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汽车操纵稳定性
汽车操纵稳定性
1.汽车行驶的纵向稳定性
汽车在纵向坡道上行驶，例如等速上坡，随着道路坡度增大，前轮的地面法向反作用力不断减小。当道路坡度大到一定程度时，前轮的地面法向反作用力为零。在这样的坡度下，汽车将失去操纵性，并可能产生纵向翻倒。汽车上坡时，坡度阻力随坡度的增大而增加，在坡度大到一定程度时，为克服坡度阻力所需的驱动力超过附着力时，驱动轮将滑转。这两种情况均使汽车的行驶稳定性遭到破坏。
2.汽车横向稳定性
汽车横向稳定性的丧失，表现为汽车的侧翻或横向滑移。由于侧向力作用而发生的横向稳定性破坏的可能性较多，也较危险。
图5.2所示汽车在横向坡路上作等速弯道行驶时的受力图。随着行驶车速的提高，在离心力cF作用下，汽车可能以左侧车轮为支点向外侧翻。当右侧车轮法向反力0zRF时，开始侧翻。
3.轮胎的侧偏特性
轮胎的侧偏特性是研究汽车操纵稳定性理论的出发点。
3.1轮胎的坐标系与术语
图5.3示出车轮的坐标系，其中车轮前进方向为x轴的正方向，向下为z轴的正方向，在x轴的正方向的右侧为y轴的正方向。
（1）车轮平面垂直于车轮旋转轴线的轮胎中分平面。
（2）车轮中心车轮旋转轴线与车轮平面的交点。
（3）轮胎接地中心车轮旋转轴线在地平面（xOy平面）上的投影（y轴），与车轮平面的交点，也就是坐标原点。
（4）翻转力矩xT地面作用于轮胎上的力，绕x轴的力矩。图示方向为正。（5）滚动阻力矩yT地面作用于轮胎上的力，绕y轴的力矩。图示方向为正。（6）回正力矩zT地面作用于轮胎上的力，绕z轴的力矩。图示方向为正。（7）侧偏角轮胎接地中心位移方向（车轮行驶方向）与x轴的夹角。图示方向为正。（8）外倾角xOz平面与车轮平面的夹角。图示方向为正。
3.2轮胎的侧偏现象
如果车轮是刚性的，在车轮中心垂直于车轮平面的方向上作用有侧向力yF。当侧向力yF不超过车轮与地面的附着极限时，车轮与地面没有滑动，车轮仍沿着其本身行驶的方向行驶；当侧向力yF达到车轮与地面间附着极限时，车轮与地面产生横向滑动，若滑动速度为Δu，车轮便沿某一合成速度u′方向行驶，偏离了原行驶方向，如图5.4所示。
当车轮有侧向弹性时，即使yF没有达到附着极限，车轮行驶方向也将偏离车轮平面的方向，这就是轮胎的侧偏现象。下面讨论具有侧向弹性车轮，在垂直载荷为W的条件下，受到侧向力yF作用后的两种情况：（1）车轮静止不动时由于车轮有侧向弹性，轮胎发生侧向变形，轮胎与地面接触印迹长轴线aa与车轮平面cc不重合，错开Δh，但aa仍平行于cc，如图5.5a所示。（2）车轮滚动时接触印迹的长轴线aa，不只是和车轮平面错开一定距离，而且不再与车轮平面cc平行。图5.5b示出车轮的滚动过程中，车轮平面上点Al、A2、A3、„依次落在地面上，形成点1A、2A、3A„，点1A、2A、3A的连线aa与cc的夹角，即为侧偏角。车轮就是沿着aa方向滚动的。显然，侧偏角的数值是与侧向力yF有关的。

3.3轮胎的侧偏特性
图5.6所示为一轮胎的侧偏力～侧偏角关系曲线。曲线表明，侧偏角不超过3°～4°时，可认为yF与成线性关系。随着yF的增大，增大较快，轮胎产生滑移。汽车正常行驶时，侧向加速度一般不超过（0.3～0.4）g，侧偏角不超过4°～5°，故可认为侧偏力与侧偏角成线性关系，可用下式表示：

3.4回正力矩（绕z轴的力矩）
在轮胎发生侧偏时，还会产生图5.3所示作用于轮胎绕z轴的力矩zT。圆周行驶时，zT是使转向车轮恢复到直线行驶位置的主要恢复力矩之一，称为回正力矩。
回正力矩是由接地面内分布的微元侧向反力产生的。由图5.5可知，车轮在静止时受到侧向力后，印迹长轴线aa与车轮平面cc平行，错开Δh，即印迹长轴线aa上各点的横向变形（相对于cc平面）均为Δh，故可以认为地面侧向反作用力沿aa线是均匀分布的（图5.8a）。车轮滚动时，印迹长轴线aa不仅与车轮平面错开一定距离，而且转动了角，因而印迹前端离车轮平面近，侧向变形小；印迹后端离车轮平面远，侧向变形大。可以认为，地面微元侧向反作用力的分布与变形成正比，故地面微元侧向反作用力的分布情况如图5.8b所示，其合力Fy的大小与侧向力F有相等，但其作用点必然在接地印迹几何中心的后方，偏移某一距离e，e称为轮胎拖距，Fye就是回正力矩Tz。
在yF增加时，接地印迹内地面微元侧向反作用力的分布情况如图5.8c所示。yF增大至一定程度时，接地印迹后部的某些部分便达到附着极限，反作用力将沿345线分布（图5.8d）。随着yF的进一步加大，将有更多部分达到附着极限，直到整个接地印迹发生侧滑，因而轮胎拖距会随着侧向力的增加而逐渐变小。
4.1汽车的稳态转向特性
对汽车曲线运动进行初步分析时，把汽车看作平行于路面的平面运动。即汽车没有垂直