横摆角速度

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一.名词解释

1、汽车使用性能：汽车能够适用各种使用条件，以最高效率、最低消耗、安全可靠地

完成运输工作的能力。

2、滚动阻力系数：车轮在等速平路行驶时滚动时所需之推力与车轮负荷之比。

3、滑移率：在车轮运动中滑动成分所占的比例。

4、制动器制动力：在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的力。

5、侧向力系数：

6、稳态横摆角速度增益：稳态横摆角速度与前轮转角之比。

7、汽车的动力因数：是剩余牵引力（总牵引力减空气阻力）和汽车总重之比：

8、附着椭圆：驱动力或制动力在不同侧偏角条件下的曲线包络线接近于椭圆，称为附

着椭圆。

9、汽车前或后轮（总）侧偏角：包括1）考虑到垂直载荷与外倾角变动等因素的弹性

侧偏角；2）侧倾转向角；3）变形转向角。

10、回正力矩：是使转向车轮恢复到直线行驶的主要恢复力矩之一,它是由接地面内分

布的微元侧反向力产生的。

11侧偏力和轮胎的侧偏现象:侧偏力：汽车在行驶过程中，由于路面的侧向倾斜、侧向风

或曲线行驶时的离心力等的

作用，车轮中心沿轮胎坐标系Y轴方向有侧向力FY，相应地在地面上产生地面侧向反作

用力FY，FY即侧偏力。侧偏现象：当车轮有侧向弹性时,即使地面侧向反作用力FY

没有达到附着极限,车轮行驶方向也将偏离车轮平面cc,这就是轮胎的侧偏现象。

12轮胎坐标系:为了讨论轮胎的力学特性，需要建立一个轮胎坐标系。规定如下：垂直车

轮旋转轴线的轮胎中分平面称为车轮平面。坐标系的原点O为车轮平面和地平面的交线与

车轮旋转轴线在地平面上投影线的交点。车轮平面与地平面的交线取为X轴，规定向前为

正。Z轴与地面垂直，规定指向上方为正。Y轴在地面上，规定面向车轮前进方向时，指

向左方为正。

13.侧倾转向：在侧向力作用下车厢发生侧倾,由车厢侧倾所引起的前转向轮绕主销的转动,

后轮绕垂直地面轴线的转动,即车轮转向角的变动,称为侧倾转向

14.悬架的侧倾角刚度:指侧倾时（车轮保持在地面上），单位车厢转角下，悬架系统给车

厢的总弹性恢复力偶矩。T为悬架系统作用于车厢的总弹性恢复力偶矩；φr为车厢转角。

可以通过悬架的线刚度或等效弹簧来计算悬架的侧倾角刚度。

15.横摆角速度频率响应特性:在分析汽车的操纵稳定性时，常以前轮转角δ或转向盘转角

δsw为输入，汽车横摆角速度ωr为输出，来表征汽车的动特性。横摆角速度频率响应特性

包括幅频特性和相频特性。

16.悬挂质量分配系数:y为车身绕横轴y的回转半径，a、b为车身质量至前、后轴的距

离。大部分汽车ε=0.8~1.2.

17.侧偏刚度k:FY−α曲线在α=0°处的斜率称为侧偏刚度k，单位为N/=kα.

18.高宽比:以百分数表示的轮胎断面高H与轮胎断面宽B之比100%HB×叫高宽比，又叫

扁平率。

19.滑水现象:在一定车速下，汽车经过有积水层的路面时，轮胎将完全漂浮在水膜上面而与

路面毫不接触，滑动附着系数ϕs≈0，侧偏力完全丧失，方向盘和刹车会完全不起作用

是一种极度危险的状态。此即滑水现象。

20汽车的操纵稳定性:指驾驶员在不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶员通过

转向系及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶

的能力。

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21.汽车的平顺性:汽车行驶平顺性，是指汽车在一般行驶速度范围内行驶时，能保证乘员不

会因车身振动而引起不舒服和疲劳的感觉，以及保持所运货物完整无损的性能。

22汽车的通过性:汽车能以足够高的平均车速通过各种坏路和无路地带及各种障碍的能力。

描述汽车通过性的几何参数主要包括最小离地间隙、接近角、离去角、纵向通过角等。

23.不足转向、中性转向、过多转向的特点:在转向盘保持一固定转角δsw下，缓慢加速或以

不同车速等速行驶时，随着车速的增加，不足转向汽车的转向半径R增大；中性转向汽车

的转向半径维持不变；而过多转向汽车的转向半径越来越小。操纵稳定性良好的汽车应具有

适度的不足转向特性。

二.填空题

02.降低悬架系统固有频率可以减小车身加速度。这是改善汽车平顺性的基本措施。

04.在侧向力作用下，若汽车前轴左、右车轮垂直载荷变动量较大，汽车趋于增大不足转向

量；若后轴左、右车轮垂直载荷变动量较大，汽车趋于减小不足转向量.

05.减小俯仰角加速度的办法主要有使悬挂质量分配系数ε﹥1和使前后悬架交联，轴距加

长有利于减小俯仰角振动.

07.平顺性要求车身部分阻尼比ζ取较小值，行驶安全性要求取较大值。阻尼比增大主要使

动挠度的均方根值明显下降.

10.汽车的稳态转向特性分成三种类型:不足转向,中性转向和过多转向.

11.汽车速度越高，时间频率功率谱密度Gq(f)的值越小.

13.汽车的重心向前移动,会使汽车的过多转向量减小.

14.汽车的时域响应可以分为稳态响应和瞬态响应.

15.一般而言，最大侧偏力越大,汽车的极限性能越好,圆周行驶的极限侧向加速度越高.

16.减小车轮质量对平顺性影响不大，主要影响行驶安全性.

19.对于双轴汽车系统振动，当前、后轴上方车身位移同相位时，属于垂直振动，当反相位

时，属于角振动.

20.汽车在弯道行驶中，因前轴侧滑而失去路径跟踪能力的现象称为驶出，后轴侧滑甩尾而

失去稳定性的现象称为激转。

24.稳定性因数K值越小，汽车的过多转向量越大.

25.在路面随即输入下，车身各点垂直位移的均方根值，在轴距中心处最小，距轴距中心越

远处越大。

32.汽车横摆角速度的频率特性包括相频特性和幅频特性.

33.描述道路谱的两种方式为空间频率功率谱和时间频率功率谱.

35.最大土壤推力是指地面对驱动轮或履带的切向反作用力.

36.由轮胎坐标系有关符号规定可知，负的侧偏力产生正的侧偏角.

37.当汽车质心在中性转向点之前时，汽车具有不足转向特性.

39.轮胎的气压越高,则轮胎的侧偏刚度越大.（气压过高后刚度不变）

41.采用软的轮胎对改善平顺性，尤其是提高车轮与地面间的附着性能有明显好处。

42.汽车前后轮总侧偏角包括弹性侧偏角、变形转向角、侧倾转向角。

43.具有不足转向特性的汽车，当车速为uch=1/K时，汽车稳态横摆角速度增益达到最

大值。uch即为特征车速。当不足转向量增大时K增大，uch降低。

44.具有过多转向特性的汽车，当车速为ucr=.1/K时，稳态横摆角速度增益趋于无穷大。

ucr即为临界车速。ucr越低，K值越小（即|K|越大），汽车过多转向量越大。

48.汽车悬架系统的固有频率f0降低，则悬架动挠度fd增大。

51.车厢侧倾时，因悬架形式不同，车轮外倾角的变化有三种情况：保持不变、沿地面侧向

反作用力方向倾斜、沿地面侧向反作用力作用方向相反方向倾斜。

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52.左、右车轮垂直载荷差别越大，平均侧偏刚度越小。

53.为了保持汽车的稳定性，当后轴要侧滑时，应对汽车施加外侧的横摆力偶矩；当前轴要

侧滑时，应对汽车施加内侧的横摆力偶矩。此外还应对汽车施加纵向减速度。

三.问答题

01.分析轮胎结构、工作条件对轮胎侧偏特性的影响?

答：1）轮胎的尺寸、形式和结构参数对侧偏刚度有显著影响。尺寸较大的轮胎侧偏刚度高。

子午线轮胎侧偏刚度高，钢丝子午线轮胎比尼龙子午线轮胎的侧偏刚度还要高些。2）高宽

比对侧偏刚度影响很大，高宽比小的宽轮胎侧偏刚度高。3）垂直载荷的变化对轮胎侧偏特

性有显著影响。一定范围内增大垂直载荷，轮胎侧偏刚度增大，但垂直载荷过大侧偏刚度反

而减小。4）轮胎的充气压力对侧偏刚度也有显著影响。随着轮胎充气压力的增大侧偏刚度

增大，但气压过高后刚度不变。5）在一定侧偏角下，驱动力或制动力增加时，侧偏力会逐

渐减小。6）路面粗糙程度、干湿状况对轮胎侧偏特性尤其是最大侧偏力有很大影响，路面

有薄水层时，由于滑水现象，会出现完全丧失侧偏力的情况。7）行驶车速对侧偏刚度的影

响很小。

04.在一个车轮上，其由制动力构成的横摆力偶矩的大小，取决于那些因素?

答:由制动力构成的横摆力偶矩会使车厢绕车辆坐标系z轴旋转，从而产生横摆角速度，影

响汽车的稳态响应，进而影响汽车的操纵稳定性。在一个车轮上，由制动力构成的横摆力偶

矩的大小取决于以下因素：1）制动器制动力的大小；2）车轮垂直载荷的大小；3）附着(椭)

圆规定的纵向力与侧向力的关系；4）车轮相对于汽车质心的位置。

06.分析悬架系统阻尼比ζ对衰减振动的影响.

答：悬架系统阻尼比ζ对衰减振动有两方面的影响：1）与有阻尼固有频率ωr有关2ωr=

ω01−ζ。2）决定振幅的衰减程度，其中d为减幅系数。汽车悬架系统阻尼比ζ的数值

通常在0.25左右，属于小阻尼。

07.试从汽车操纵稳定性的角度出发,分析电控四轮转向系统和车辆稳定性控制系统的控制

的实质及特点.

答：4WS汽车转弯行驶时，后两轮也随着前两轮有相应的转向运动。一般两轮转向汽车(2WS)

在中、高速作圆周行驶时，车身后部甩出一点，车身以稍稍横着一点的姿态作曲线运动（如

图所示），增加了驾驶者在判断与操作上的困难。电控4WS汽车的质心侧偏角总接近与零，

车厢与行驶轨迹方向一致，汽车自然流畅地作曲线运动，驾驶者能方便地判断与操作，显著

地改善了操纵稳定性。改变制动力在前、后轴上的分配比例，可以起到控制汽车曲线运动的

作用。车辆稳定性控制系统是以ABS为基础发展而成的。系统主要在大侧向加速度、大侧

偏角的极限工况下工作。它利用左、右两侧制动力之差产生的横摆力偶矩来防止出现难以控

制的侧滑现象，如在弯道行驶中因前轴侧滑而失去路径跟踪能力的驶出现象以及后轴侧滑甩

尾而失去稳定性的激转现象等危险工况，从而显著地改善了汽车的安全性和操纵稳定性。

08.车厢的侧倾力矩由哪几部分组成?

答:由以下三部分组成,1）悬挂质量离心力引起的侧倾力矩；2）侧倾后,悬挂质量重力引起的

侧倾力矩；3）独立悬架中,非悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩；

12.汽车横摆角速度的瞬态响应的特点是什么？用什么量来表示？

答:有以下几个特点：1）在时间上有滞后（反应时间τ）汽车的横摆角速度要经过一段时

间后才能第一次达到稳态横摆角速度ωr0。用反应时间τ来表示。τ应小些为好，这样转

向响应才迅速。2）在执行上有误差（超调量最大横摆角速度ωr1常大于稳态值ωr0，称为

超调量，它表示执行指令误差的大小。3）横摆角速度有波动（波动频率ω）横摆角速度ω

r以频率ω在ωr0值上下波动。ω叫做波动频率，它是表征汽车操纵稳定性的一个重要参

数，值小些为好。4）进入稳态需要经历一段时间（稳定时间δ）横摆角速度达到稳态值ω

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r0的95%~105%之间的时间δ称为稳定时间，它表明进入稳态响应所经历的时间。

16.试从汽车平顺性和安全性的角度出发,分析铝合金轮辋的优点.

答：铝合金轮辋与传统钢制轮辋相比，在汽车行驶平顺性和安全性方面主要有以下优点：

1）刚性好。可以有效地减少路面冲击对轮辋形状的破坏，提高行驶安全性；2）散热性能好。

可以提高轮胎寿命，有些铝合金轮辋还可以依靠本身的造型，在旋转时将气流导向制动器，

提高制动器的散热能力，使之保持较好的制动性能从而提高行驶安全性；3）质量小。减小

车轮部分的质量可以减小车轮转动惯量，从而缩短制动距离，提高行驶安全性；4）真圆度

高。可以提高车轮运动精度，保证汽车在高速行驶时的安全性和平顺性；5）吸振性好。可

以有效吸收来自路面的振动与噪声，提高车辆行驶的平顺性。

17.什么叫汽车的稳态横摆角速度增益?如何用前、后轮侧偏角绝对值之差来评价汽车的稳态

转向特性?

答:稳态横摆角速度与前轮转角之比称为稳态横摆角速度增益，

19.有几种方式可以判断或者表征汽车角阶跃输入稳态转向特性?

稳态转向特性：

K＜0过多转向；K＝0中性转向。

前后轮侧偏角绝对值之差（α1−α2）：＞0不足转向；＜1过多转向；＝1中性转向转向

半径之比：＞1不足转向；＜0过多转向；＝0中性转向；

静态储备系数：＞0不足转向

注：ay为侧向加速度的绝对值，a′为中性转向点至前轴的距离，a为质心至前轴的距离。

R0为前轮转角一定的时，令车速极低、侧向加速度接近于零时的转向半径。R为一定车速

下，有一定侧向加速度时的转向半径。

25.简述影响汽车行驶平顺性因素。

①汽车的最大单位驱动力②行驶速度③汽车车轮：轮胎花纹、轮胎直径与宽度、轮胎

的气压、前轮距与后轮距、前轮与后轮的接地比压、从动车轮和驱动车轮④液力传动⑤差

速器⑥悬架⑦拖带挂车⑧驱动防滑系统⑨驾驶方法。

26.简述系统参数对振动响应均方根值的影响。