什么保证汽车具有良好的操纵稳定（什么是汽车的操纵稳定性）

我们在购买汽车时，销售顾问可能会问我们：你注重车辆的哪方面性能啊？有些人可能会说：我注重汽车的操控性。如果你再问他：你所说的操控性是指什么呢？答案可能就会五花八门了：有说转向精准的，有说换档平顺的，还有说加速有力、制动迅速的......等等。那么他们说的这些是汽车的操控性吗？其实，在汽车的使用性能里，是没有操控性这一说的，倒是有一个汽车的操纵稳定性。对于广大车主所谓的操控性，其实应该是汽车比较容易驾驶，操作上比较轻巧、便捷，与汽车的操纵稳定性是两回事。今天老侯就来给大家解析一下这个操纵稳定性。事先声明：汽车的操纵稳定性理论上极为复杂，老侯水平有限，只能言其皮毛，若要深入探究，请另请高明。

什么是汽车的操纵稳定性

通常认为汽车的操纵稳定性包含互相联系的两个部分：一是操纵性，一是稳定性。

操纵性

汽车能够确切地响应驾驶员转向指令的能力。

操纵性的好坏实际上指的是汽车的运动参数与驾驶员要求的运动参数之间的接近程度和渐进过程。

汽车操纵稳定性的基本内容

是不是看的有点晕？其实说白了，汽车操纵稳定性就是研究汽车的极限性能与转向特性，寻找汽车失控时的角度、速度等参数。汽车的转向精准程度、转向反应时间、车身姿态变化、汽车的极限行驶能力，都在它的研究范围内。

汽车运动分析

前进速度质心速度沿X轴的分量；

侧倾角速度质心绕X轴旋转角速度

侧向速度质心速度沿y轴的分量

俯仰角速度质心绕Y轴旋转角速度

垂直速度质心速度沿Z轴的分量

横摆角速度质心绕Z轴旋转角速度

这几个物理量，决定了汽车的运动状态，是加速还是减速，车身的横向与纵向的倾斜角度与变化速度。如果这些力的合力在某个角度上超过了汽车的附着力，汽车就会发生侧滑或倾覆，处于不稳定状态。

汽车的纵向行驶稳定性

汽车在坡路上行驶时，为了安全，要求汽车的滑转先于倾覆，根据汽车在坡路上行驶的受力分析，可得出以下结论：

可以看出，要想汽车具有良好的纵向稳定性，就要尽可能的降低汽车的重心位置，并且前轮驱动的汽车的纵向稳定性最好。

汽车行驶的横向稳定性

汽车横向稳定性的丧失表现为侧翻或横向滑移。

汽车在横向坡道上作等速弯道行驶时，随着车速的提高，离心力越来越大，可能发生向外侧翻。

当汽车在横坡上转向时，由于受到离心力的作用，更容易发生侧滑或侧翻。为了安全，要求汽车的侧滑先于侧翻发生。如果汽车的重心高度过高，就容易发生侧翻。另外，对于在横坡上行驶速度也有要求，超过一定的速度也会发生侧滑或侧翻。

轮胎的侧偏特性

现在是汽车都使用充气轮胎，它具有一定的径向和侧向的弹性，在受到侧向力的作用下滚动时，将因为侧向变形而引起侧向偏离。

轮胎的侧偏特性就是指侧向力与侧偏角之间的关系。

在侧向力一定的条件下，要求侧偏刚度越大越好。对侧偏刚度K的影响因素如下图：

轮胎的侧偏现象不仅影响车轮的运动轨迹，而且加剧轮胎的磨损；轮胎的侧向变形使滚动阻力增加。

汽车的转向特性

汽车的稳态转向特性

当汽车的转向盘转到一个固定的转角后保持不动，改变汽车的行驶速度，此时汽车的转向半径与理论转向半径相比较，可能会出现三种情况：

转向半径保持不变，称为中性转向；

转向半径逐渐变大，称为不足转向；

转向半径逐渐变小，称为过多转向。

具有适度不足转向的汽车才有良好的操纵稳定性，因此目前绝大多数的汽车都具有不足转向。

稳态响应与瞬态响应

驾驶员－汽车系统是一个闭环控制系统：在汽车行驶过程中，驾驶员根据需要，操纵转向盘使汽车做转向运动。路面的凹凸不平、侧风、偏载等影响汽车的行驶。驾驶员根据道路、交通等情况，通过眼、手及身体感知的汽车运动状况（输出参数），经过头脑的分析、判断（反馈），修正其对转向盘的操纵。如此不断地反复循环，操纵汽车行驶前进。

转向系统一般有稳态响应特性和瞬态响应特性两种特性。

稳态响应：

汽车等速直线行驶，急剧转动转向盘，然后维持转角不变，汽车经短暂的过渡过程后进入等速圆周行驶工况。

瞬态响应：

等速直线行驶和等速圆周行驶两个稳态运动之间的过渡过程所对应的瞬间运动响应。

把上面的话换成人话就是：稳态响应反映的是汽车转向时的稳定程度，瞬态响应反映的是转向系统的反应速度。

汽车转向轮的振动

汽车在行驶过程，有时会出现转向轮的左右摆振和上下跳动现象。

转向车轮的振动严重的影响了汽车的行驶安全。此外转向车轮的振动还会增加轮胎的磨损和滚动阻力，并使行驶系统与转向系统的负荷增大，零件的使用寿命降低。

转向车轮振动主要原因有：

转向轮的跳动与共振

车轮不平衡的影响

为了避免因车辆不平衡而引起振动，对车轮应进行静

平衡和动平衡检查。

悬架与转向传动机构的运动关系不协调的影响

前轮定位与转向轮的稳定效应

转向轮的稳定效应是指转向轮具有保持中间位置（直线行驶位置）及当转向轮偏移后能自动返回至中间位置（自动回正）的能力。

转向轮的稳定效应主要取决于主销内倾，主销后倾及轮胎外倾。

主销内倾的稳定作用

主销内倾角一般为5°～8°，一方面转向时轻便，另一方面减小地面的冲击给驾驶员的反冲力。由于汽车的重力作用有迫传车轮自动回正回复直线行驶倾向。

主销后倾的稳定作用

主销后倾角一般在0°～7°之间，由于作用在转向主销上的合力会形成一个稳定力矩，该稳定力矩能很快将车轮回到直线行驶位置。

转向车轮外倾及侧向偏离的稳定作用

汽车在行驶中，转向轮的稳定效应是上述各稳定力矩综合作用的结果。

提高操纵稳定性的电子控制系统

防抱死制动系统(ABS)与驱动力控制系统(TCS）都是提高汽车操纵稳定性的电子控制系统。目前有更多的电子控制系统能显著改善汽车的操纵稳定性，比如VSC(ESP)，4WS等。

四轮转向系统(4WS)

车辆稳定性控制系统(VSC或称ESP)

车辆稳定性控制系统(VSC或称ESP)

系统是以ABS为基础发展而成的。

基本工作原理是：在大侧向加速度、大侧偏角的极限工况下，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。

提高操纵稳定性的各种电子控制系统的有效工作区域

提高操纵稳定性的各种电子控制系统的有效工作区域

老侯点评：

汽车的操纵稳定性是极其复杂的，并不是我们日常所说的操控性。它其实研究的是汽车的极限性能，寻找汽车失控的极限角度和速度。它和转向系统和底盘悬架系统都有密切的关系，现代电子系统在汽车上的应用，对提高汽车的操纵稳定性有极大的帮助。在未来，ESP系统必将成为汽车的标准配置。

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