什么是汽车的操纵稳定性（汽车操纵稳定性解读）

1、定义

汽车的操纵稳定性是指在驾驶员不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶者通过转向系统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。其中主要包含两个因素：操纵性和稳定性。操纵性好简言之就是“听话”，汽车能够按照驾驶员的要求运行；稳定性好简言之就是能够抵抗干扰。

2、操纵稳定性不好的具体表现

1）“发飘”—汽车自己改变方向，轮胎附着力小，汽车升力较大。这种情况可能与转向系统、悬架系统、轮胎，以及整车的造型有关系。

2）“反应迟钝”—当驾驶员通过方向盘对车辆进行操控的时候，系统反应滞后，执行命令延迟。这种情况通常与转向系统的传动比有直接关系。

3）“晃”—左右摇摆，行驶方向不稳定。由于人体对俯仰和左右摇摆的敏感度性较高，所以这种情况小则会严重影响乘坐的舒适性，大则导致行驶危险性。这种情况与悬架系统的刚度和匹配方式以及轮胎的刚度有关系。

4）“丧失路感”—操纵稳定性不好的汽车在高速或急剧转向时会丧失路感，导致驾驶员对路况判断困难而无法做出准确的操纵决策。

5）“失控”—行驶中不能控制方向，是一种极其危险的情况，通常在某些极端天气或操纵过激所导致。操纵稳定性不好的车辆，制动时可能会发生侧滑、甩尾以及失去转向功能等危险事故。

3、影响因素

汽车操纵稳定性的影响因素很多，其中主要因素是在行驶系、转向系及传动系等方面。

1） 前轮定位的影响

前轮定位参数包括：前轮外倾角、主销内倾角、主销后倾角和前轮前束（前束角）。

前轮外倾角，是指通过前轮中心的汽车横向平面与前轮平面的交线线与地面垂直线所成的夹角，前轮外倾角一般在1°左右，如图1所示。它的作用主要是当汽车行驶时，将轮毂压向内轴承，而减轻外端较小的轴承载荷，同时，可以防止因前轴变形和主销孔与主销间隙过大引起前轮内倾，减轻轮胎着地与主销轴线与地面交点间的距离，从而使转向轻便。

图1 前轮外倾角

主销内倾角，是指主销轴线与地面垂线在汽车横向平面内的夹角，如图2所示。主销内倾角对操纵稳定性的影响，主要也是回正力矩，它是在前轮转动时将车身抬高，由于系统位能的提高而产生的前轮回正矩，它与侧向力无关。因此可以说，主销内倾角主要在低速时起回正作用，“后倾拖距”主要在高速时起回正作用。

图2 主销内倾角

主销后倾角，是指主销轴线与地面垂线在汽车纵向平面内的夹角，如图3所示。主销后倾角对汽车操纵稳定性的影响主要通过“后倾拖距”使地面侧向力对轮胎产生一个回正力矩，该力矩产生一个与轮胎侧偏角相似的附加转向角，它与侧向力成正比，使汽车趋于增加不足转向，有利于改善汽车的稳态转向特性。若主销后倾角减小，使得回正力矩变小，当地面对转向轮的干扰力矩大于转向轮的回正力矩时，就会产生摆振。

图3 主销后倾角

前轮外倾随负荷的变化而变化。当车辆转向时，在离心力作用下，车身向外倾斜，外轮悬架处于压缩状态，车轮外倾角逐渐减小（向负外倾变化）；内轮悬架处于伸张状态，使得本来对道路向负外倾变化的外倾角减弱。从而提高车轮承受侧向力的能力，使汽车转向时稳定性大为提高。前轮前束（如图4所示）不可过大，若前束过大，会使车轮外倾角、主销后倾角变小，会使前轮出现摆头现象，行驶中有蛇行，转向操作不稳。

图4 前轮前束

1） 后悬架结构参数的影响

后悬架结构参数对汽车操纵稳定性的影响，近似于前悬架的“干涉转向”。它是在汽车转向时，由于车身侧倾导致独立悬架的左右车轮相对车身的距离发生变化，外侧车轮上跳，与车身的距离缩短，内侧车轮下拉，与车身的距离加大。悬架的结构参数不同，车轮上下跳动时，车轮前束角的变化规律也必然会不同。前轮前束指汽车转向的前端向内收使两前轮的前端距离小于后端距离。两车轮前后的距离之差，称为前束值，一般不大于8~12mm。其作用是消除由于前轮外倾使车轮滚动时向外分开，引起车轮滚动时边滚边拖的现象，引导前轮沿直线行驶。

2） 横向稳定杆的影响

横向稳定杆常用来提高悬架的侧倾角刚度，或是调整前、后悬架侧倾角刚度的比值。在汽车转弯时，它可以防止车身产生很大的横向侧倾和横向角振动，以保证汽车具有良好的行驶稳定性。提高横向稳定杆的刚度后，前悬架的侧倾角刚度增加，转向时左右轮荷变化加大，前轴的每个车轮的平均侧偏刚度减小，汽车不足转向量有所增加。前悬架中采用较硬的横向稳定杆有助于提高汽车的不足转向性，并能改善汽车的蛇行行驶性能。

3） 轮胎的影响

轮胎是影响汽车操纵稳定性的一个重要因素，增大轮胎的载荷能力，特别是后轮胎的载荷能力，例如加大轮胎尺寸或提高层级，或者后轮由单胎改为双胎，都会改善汽车的稳态转向特性。改变后轮胎的外倾角，也可以改善汽车的操纵稳定性，这是因为后轮胎的负外倾角可以增加后轮胎的侧偏刚度，从而减小过多转向趋势。

5）前轴或车架变形的影响

由于车架是汽车的基础，它的变形会直接影响各部件的连接及配合，从而直接影响操纵稳定性。如果汽车前轴变形，就会改变主销孔的轴线位置，使主销内倾角变大，则外倾角变小，反之，内倾角变小，外倾角变大，从而行驶时会产生转向沉重，磨胎和无自动回正的能力。

4） 悬架的影响

当车辆受到侧向作用力时，汽车前、后轴垂直载荷变动量的大小是影响操纵稳定性的主要原因。如果汽车前轴左、右车轮的垂直载荷变动量较大，汽车趋于增加不足转向量；如果后轴的左、右车轮的垂直载荷变动量较大，汽车趋于减少不足转向量。影响汽车前轴和后轴左、右车轮的垂直载荷变动量的主要因素有：前、后悬架的侧偏刚度，悬挂质量，质心位置，前、后悬挂侧倾中心位置等。这些参数也是悬架系统影响操纵稳定性的参数。

5） 转向系的影响

当车厢侧倾时，转向系与转向系运动学关系如果不协调，将会引起转向车轮侧倾，干涉转向。在汽车直线行驶中，当车厢与车桥发生相对运动时，会引起前轮转动而损害汽车的操纵稳定性。汽车的转向系刚度会引起转向车轮的变形转向，转向系刚度低，转向车轮的变形转向角大，从而增加了汽车的不足转向趋势；转向刚度高，转向车轮的变形转向角小，则减小了汽车的不足转向趋势。

4、评价方法

操纵稳定性的研究通常采用把驾驶者与汽车作为统一整体的人—汽车系统，采用的方法有两种：主观评价和客观评价。如果只研究汽车本身特性，一般不把驾驶员算在内，而采用开路系统，那么评价方法只有客观评价。

由于汽车是由人来驾驶的，因此主观评价法始终是操纵稳定性的最终评价方法。不过主观评价受个人因素影响较大，往往不同的驾驶者给出的评价结果差异较大。而且，一般情况下，它不能给出“汽车性能”与“汽车结构”之间的关联信息，因此会导致问题的改进无从下手。而开路系统中客观评价试验中的指标，可以通过理论分析确定它们与汽车结构参数的函数关系，有利于找到提高性能的结构优化具体途径。

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