当质心在中性转向点之前时，a'?a，S.M.为正值，汽车具有不足转向特性； 当质心在中性转向点之后时，a'?a，S.M.为负值，汽车具有过多转向特性。 ②汽车内、外轮负荷转移对稳态转向特性的影响 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，汽车趋于增加不足转向量；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。 5.5汽车转弯时车轮行驶阻力是否与直线行驶时一样？ 答：不一样。汽车转弯时由于侧倾力矩的作用，左、右车轮的垂直载荷不再相等，所受阻力亦不相等。另外，车轮还将受到地面侧向反作用力。 5.6主销内倾角和后倾角功能有何不同？ 答：主销内倾角的作用，是使车轮在方向盘收到微小干扰时，前轮会在回正力矩作用下自动回正。另外，主销内倾还可减少前轮传至转向机构上的冲击，并使转向轻便。 主销后倾的作用是当汽车直线行驶偶然受外力作用而稍有偏转时，主销后倾将产生车轮转向反方向的力矩使车轮自动回正，可保证汽车支线行驶的稳定性。 汽车转向轮的回正力矩来源于两个方面，一个是主销内倾角，依靠前轴轴荷，和车速无关；一个是主销后倾角，依靠侧倾力，和车速有关；速度越高，回正力矩就越大。 5.7横向稳定杆起什么作用？为什么有的车装在前悬架，有的装在后悬架，有的前后都装？答：横向稳定杆的主要作用是增加汽车的侧倾刚度，避免汽车在转向时产生过多的侧倾。另外，横向稳定杆还有改变汽车稳态转向特性的作用，其机理在题5.2中有述。横向稳定安装的位置也是由于前、后侧倾刚度的要求，以及如何调节稳态转向特性的因素决定的。 5.8某种汽车的质心位置、轴距和前后轮胎的型号已定。按照二自由度操纵稳定性模型，其稳态转向特性为过多转向，试找出五种改善其特性的方法。 答：①增加主销内倾角；②增大主销后倾角；③在汽车前悬架加装横向稳定杆；④使汽车前束具有在压缩行程减小，复原行程增大的特性；⑤使后悬架的侧倾转向具有趋于不足转向的特性。 5.9汽车空载和满载是否具有相同的操纵稳定性？ 答：不具有相同的操纵稳定。因为汽车空载和满载时汽车的总质量、质心位置会发生变化，这些将会影响汽车的稳定性因数、轮胎侧偏刚度、汽车侧倾刚度等操纵稳定性参数。 5.10试用有关公式说明汽车质心位置对主要描述和评价汽车操纵稳定性、稳态响应指标的影响。 答：以静态储备系数为例说明汽车质心位置对稳态响应指标的影响： S.M.=k2k2a'?aaL，为中性转向点至前轴的距离） ??（a'?k1?k2Lk1?k2L当中性转向点与质心位置重合时，S.M.＝0，汽车为中性转向特性； 当质心在中性转向点之前时，a'?a，S.M.为正值，汽车具有不足转向特性； 当质心在中性转向点之后时，a'?a，S.M.为负值，汽车具有过多转向特性。 5.11二自由度轿车模型的有关参数如下： 总质量 m=1818.2kg 绕Oz轴转动惯量 Iz?3885kg?m 轴距 L=3.048m 质心至前轴距离 a=1.463m 质心至后轴距离 b=1.585m 前轮总侧偏刚度 k1=-62618N/rad 后轮总侧偏刚度 k2=-110185N/rad 转向系总传动比 i=20 试求： 第 21 页 共 31 页
21) 2) 稳定性因数K、特征车速uch。 稳态横摆角速度增益曲线?r????ua、车速u=22.35m/s时的转向灵敏度r。 ?sw??s3) 静态储备系数S.M.，侧向加速度为0.4g时的前、后轮侧偏角绝对值之差?1??2与转弯半径的比值R/R0(R0=15m)。 4) 车速u=30.56m/s时，瞬态响应的横摆角速度波动的固有（圆）频率?0、阻尼比?、反应时间?与峰值反应时间? 注意：2）所求的转向灵敏度解： 1）稳定性因数 ?r中的?sw是指转向盘转角，除以转向系传动比才是车轮转角。 ?swK?m?ab?1818.2?1.4631.585?22??????0.0024s/m ???3.0482?110185?62618L2?kk??1??2特征车速uch?1/K? 20.6m/s?74.18km/h 2） 稳态横摆角速度增益曲线?r???ua如下图所示： ??s?r?3.3690/20=0.168 ?sw车速u=22.35m/s时的转向灵敏度 3） 态储备系数S.M.?a?-ak2a???0.1576， Lk1?k2Lay?0.4g时前、后轮侧偏角绝对值之差 ?1??2?K?ayL?0.0024?0.4g?3.048?0.0281rad?1.6 第 22 页 共 31 页
?R0?L?,??LL,R??17.4113,R/R0?1.16 R????1??2?时，瞬态响应的横摆角速度波动的固有（圆）频率4） 速u=30.56m/s?0?Luk1k21?Ku2?5.58rad/s,f0?0.8874Hz， mIZ??阻尼比???ma2k1?b2k2?IZ?k1?k2?2LmIZ212??kk?1?Ku??0.5892， ??1??2arctan???mua???0?Lk2?反应时间???01??2???????0.1811s ?1??2?arctan??????????0.3899s 峰值反应时间???01??25.12稳态响应中横摆角速度增益达到最大值时的车速称为特征车速uch。证明：特征车速uch?1/K，且在特征车速时的横摆角速度增益，为具有相等轴距L中性转向汽车横摆角速度增益的一半。 答：特征车速指汽车稳态横摆角速度增益达到最大值时的车速，汽车稳态横摆角速度增益为： ?ru/L111)s???? ?1?Ku2L(1?Ku)12LK2LKuuu当?1u?Ku，即u?1/K时等号成立，所以特征车速uch?1/K。此时的横摆角速度增益r)s?，具有u?2L相等轴距L中性转向汽车的横摆角速度增益为u/L，前者是二者的一半。 5.13测定汽车稳态转向特性常用两种方法，一为固定方向盘转角法，并以R/R0-ay曲线来表示汽车的转向特性；另一为固定圆周法。试验时在场地上画一圆，驾驶员以低速沿圆周行使，记录转向盘转角?sw0，然后驾驶员控制转向盘使汽车始终在圆周上以低速连续加速行使。随着车速的提高，提高转向盘转角?sw（一般）将随之加大。记录下?sw角，并以?sw???ay曲线来评价汽车的转向特性。试证：sw?1?Ku2，说明如何根据sw?u2曲线来判断汽车的转?sw0?sw0?sw0向特性。 证明：设转向器的总传动比为i,设低速运动时的前轮转角为?0，则 ?sw0??0/i?L，（其中R为圆周半径）。 iR第 23 页 共 31 页
连续急速行使时，由式（5-11）：???r1(?Ku)2u/L，又?r?u/R，得 ?sw??/i?L(1?Ku2)。 iR所以?sw?1?Ku2，证毕。 ?sw0?sw???1，sw?u2是一条直线；不足转向时，K>0，sw?1， ?sw将随车速得增加而逐渐?sw0?sw0?sw0中性转向时，K=0，增大；K<0，?sw?1，?sw将随车速得增加而逐渐减小。 ?sw05.14习题图4是滑柱连杆式独立悬架（常称为Mc Pherson strut suspension）示意图。试证： 1）R.C.为侧倾中心。 2）悬架的侧倾角刚度为K?r?2ks(mp2)，式中，ks为一个弹簧的（线）刚度。 n 分析：计算悬架侧倾角刚度时，要利用虚位移原理进行推导。推导时注意，本题和书中的单横臂独立悬架是有区别的，主要是本题有一个角?。 证明： 1）先对左侧悬架分析。当车轮上下跳动时，CB杆绕B点转动，故AC杆的瞬心必在CB所在的直线上；由于AC杆导向机构的约束，A点的运动方向平行与AC杆自身，故AC杆的瞬心必在过A点，垂直AC的直线上。由此可得到左侧车轮的瞬心O’点，侧倾中心就在DO’与汽车中心线的交点上，如图中所示。 2) a.求悬架的线刚度Kl 设车厢不动，汽车处于静止受力状态，作用在轮胎上的地面法向反作用力为Fz'，再在轮胎上加一微元力?Fz'，△ss为弹簧的虚位移，△st为车轮的虚位移，弹簧力相应增加?Q,则?Q?ks?ss。 设O’D与水平面的夹角为?，因为O’为左侧车轮的运动瞬心，由图可知 ?sscos??st?。 mn第 24 页 共 31 页
根据力矩平衡：?Fz'ncos???Qm?ks?ssm。 单侧悬架的线刚度为Kl??Fz'm2?ks()。 ?stncos?由式（5-42）整个悬架的侧倾角刚度为： K?r?1mpKl(2pcos?)2?2ks()2。 2n5.17 习题图5为三种前独立悬架对车轮相对车身垂直上下位移时前束变化的影响。试问图中哪一条曲线具有侧倾过多转向效果？ 答：曲线1对应的前独立悬架，转弯时车厢侧倾，内侧前轮处于反弹行程，前束增加，车轮向汽车纵向中心线转动，外侧前轮处于压缩行程，前束减小，车轮向外转动。采用这种悬架导致汽车的侧倾转向增加了不足转向量，具有侧倾不足转向效果。 曲线2对应的前独立悬架，曲线较其他两种更贴近纵坐标轴，说明这种悬架的侧倾转向量很小，几乎等于零。 曲线3对应的前独立悬架，转弯时车厢侧倾，内侧前轮处于反弹行程，前束减小，车轮向汽车纵向中心线相反方向转动，外侧前轮处于压缩行程，前束增大，车轮向内转动。采用这种悬架导致汽车的侧倾转向增加了过多转向量，具有侧倾过多转向效果。 5.18转向盘力特性与哪些因素有关，试分析之。 答：转向盘力随汽车运动状况而变化的规律称为转向盘力特性，与下列因素有关：转向器传动比及其变化规律、转向器效率、动力转向器的转向盘操作力特性、转向杆系传动比、转向杆系效率、由悬架导向杆系决定的主销位置、轮胎上的载荷、轮胎气压、轮胎力学特性、地面附着条件、转向盘转动惯量、转向柱摩擦阻力以及汽车整体动力学特性等。 5.19地面作用于轮胎的切向反作用力是如何控制转向特性的？ 答：参考课本第六节。 第六章 汽车的平顺性 6.1设通过座椅支承面传至人体垂直加速度的谱密度为一白噪声，Ga(f)?0.1m?s。求在0.5~80Hz频率范围内加权加速度均方根值aw和加权振级Law，并由表6-2查出相应人的主观感受。 解 2?3第 25 页 共 31 页