车辆动力学的一个重点就是车辆的弯道行驶性能，这是因为在该工况下，车辆的运动受到横向加速度、纵向加速度（由驱动和制动产生）以及相应的轮胎作用力的影响。特别重要的是轮胎的特性，即只有存在侧滑率（侧偏角）或纵滑率的情况下才会产生侧向力和纵向力。此外，由于这些力的作用而导致的轮胎定位参数的变化会对车辆的横摆运动产生附加作用。这些作用可以通过后面提到的自转向特性、转向横摆特性、侧倾特性等加以描述。在每一次的转向操纵过程中，驾驶员对车辆都会有一个横摆响应预期。这种预期是在多年驾驶经验所获得的对车辆动力学特性理解的基础上，对车辆横摆响应在时间和幅值上的一种估计。车辆预期的横摆特性和实际横摆特性间的偏差，可以被理解为车辆自身的转向运动， 即“自转向特性”。经简化后，车辆的自转向特性可以分为过度响应（过多转向）或者不足响应（不足转向）两类。在过度响应（过多转向）的情况下，驾驶员必须施加一个小于他所估计的转向角，才可以获得理想的横摆响应。在过度响应情况下，不仅要施加转向行驶所要求的方向盘转角，而且还需要根据车速、横向加速度和转弯半径修正方向盘转角。此外进行主观评价时也必须考虑车辆横摆响应建立的时间过程，因为如果实际产生的横摆响应过于滞后于所期望的横摆响应，那么驾驶员不得不减小方向盘转角，同时他将感受到过多转向。文献中提供了很多方法，通过测量获得的数据或者由此推导计算出的特征参数，来客观的评价复杂的主观感受。但这些文献大多仅给出了对车辆稳态响应特性的评价。为了评价稳态特性，目前有两种被广泛采用的方法，这两种方法都参考了车辆稳态圆周行驶时的状态（图10.1）。一种方法是比较前轮和后轮的侧偏角，这种方法本质上是比较实际需要的转向角和阿克曼转向角。另一种方法则评价由侧向加速度变化引起的转向角变化的需求。比较前、后轮侧偏角类似于比较弯道行驶所需的实际转向角和阿克曼转向角。根据阿克曼转向角定义的自转向特性车辆进行圆周行驶，转向半径保持不变。随着侧向加速度的增加，所需的转向盘转角也相应增加。据此可以定义车辆的自转向特性：不足转向：随着侧向加速度的增加，所需的转向盘转向角增大（自转向梯度为正） 过度转向：随着侧向加速度的增加，所需的转向盘转向角减小（自转向梯度为负）中性转向：随着侧向加速度的增加，所需的转向盘转向角保持不变（自转向梯度为零）为了获得最后一种定义给出的所需转向盘转角和侧向加速度间的关系， 建立了四种不同的测试工况，这些测试工况或改变转向半径，或改变车速，或改变转向盘转角，或改变侧向加速度。自转向特性的主观评价主要针对的是前面提出的过多/不足转向特性，而忽略了瞬态响应部分的影响，同时仅局限于描述所需转向盘转角和侧向加速度间的关系，这一关系又是通过改变测试工况来获得的。为了获得主观评价，车辆必须尽可能多得在不同弯道内以不同的车速和侧向加速度进行试验。图 10.2 稳态圆周行驶的试验条件由于老式汽车的结构，人们对车辆的自转向特性也有了一定的了解（前驱：不足转向；后驱：过多转向）。但是新式的汽车已经不再适合进行这么简单的分类了。由于汽车底盘的校准采用了容错性设计，现代汽车带有轻微的不足转向特性而和驱动方式无关，由此带来的是在弯道行驶载荷转移时，车辆有一定程度的向车道内侧偏转的趋势。只有在低附着系数路面上才能体现出不同驱动方式带来的自转向特性上的差异。路面状况：由不同曲率半径弯道组成的平整路面（操纵性的试验路段）或不同表面（干燥、湿滑、雪地和冰面路面）组成的测试路面.行驶工况：车辆以恒定的驱动力，在附着极限所允许的所有车速范围内进行弯道行驶。研发目标：在中、低侧向加速度范围内期望有中性或者轻微的不足转向特性；当侧向加速度很高时，不足转向特性应该非线性的增大（图10.3）。保持弯道行驶的转向做功要小并且明确、可预知。自转向特性应该不受路面附着特性（附着系数）以及载荷情况影响。图 10.3 稳态圆周行驶时转向盘转角-侧向加速度关系曲线侧倾轴线的位置及其在弹簧变形时的变化在高速范围内的空气动力学特性轮胎特性（车轮和轮胎尺寸、特征参数，如侧偏刚度等）图10.4 列举了底盘改动对自转向特性的影响，并给出了基本趋势；通过组合若干种措施可以强化或者削弱作用效果。图10.4 影响自转向特性的参数转向横摆响应特性描述了在给定转向盘转角和转向速度后车辆横摆响应的建立过程。路面状况：由直道过度到不同半径弯道的平整路面（洲际公路，高速公路和匝道路），附着特性不同（干燥、湿滑）。行驶工况：车辆从直道过渡到弯道行驶；车速和转向速度可变。研发目标：车辆横摆角加速度和横摆角应该和转向盘转角成一定比例；在较高车速或不同路面附着系数的情况下，上述横摆响应特性也不能变化过大。不希望出现时间和相位上的滞后以及过度的响应。悬架特征参数（前轮前束、车轮外倾、主销后倾、主销内倾）轮胎特性（车轮和轮胎尺寸、特征参数，如侧偏刚度等）该原则评价了侧向加速度的建立方式以及侧向力是如何作用于车辆的；特别关注车辆的侧倾、横摆特性相对于转向盘转角、转向盘转速间的关系，以及相应的前、后轮的响应特性。路面状况：由直道过度到不同半径弯道的平整路面（洲际公路，高速公路和匝道路），附着特性不同（干燥，湿滑）行驶工况：车辆从直道过度到弯道行驶；车速、侧向加速度和转向盘速度可变。研发目标：前、后轮侧向力的建立应该不存在相位差；不希望产生可感知的侧向弹性和拖拽、张紧效应。前、后桥运动学和弹性运动学（尤其在受侧向力的情况下）（图 10.5）轮胎特性（车轮和轮胎尺寸、特征参数，如侧偏刚度等） 图 10.5 侧向力（侧向力转向）对车轮前束改变的影响
该指标主要评价车辆转向时，横摆角速度、横摆角相对于转向盘转动速度之间的关系， 以及为保持车道所需的转向做功。路面状况：均质表面的平整路面。路面需开阔，可以进行单次或者两次变道。（雪地或者椭圆形高速环道、三车道高速公路、试车场的动态试验区）；不同附着特性表面（干燥、湿滑）。行驶工况：车辆保持直线行驶，然后进行一次或者两次变道。车速和转向速度介于高速公路上缓慢变道速度和类似于避让突然出现的障碍物时的速度之间，并可改变。研发目标：横摆角速度的建立应该和转向速度成比例。不希望横摆角速度出现反向变化、惯性、相位滞后等不稳定情况或者幅值的严重超调。这将恶化车辆的车道保持能力、稳定性和操纵性能。影响因素：前、后桥运动学和弹性运动学静态和动态转向传动比悬架弹簧、稳定杆和阻尼的校准车辆绕 z 轴的转动惯量轮胎特性（车轮和轮胎尺寸、特征参数，如侧偏刚度等）侧向引导能力描述了当侧向力升高至附着极限时，汽车底盘的固有特性。该指标评价可传递到前、后轮的最大侧向力以及接近或超越附着极限时车辆响应的过渡特性。路面状况：由不同半径弯道组成的平整、不同附着性能（操纵性试验路段、动态试验区、干燥、湿滑）的路面。行驶工况：车辆首先以中等侧向加速度行驶（图10.6）；车速和侧向加速度将一直提高到附着极限。研发目标：前、后轮上的侧向力应该平衡且尽可能的大。前、后轮的平衡应该不受附着系数和路面附着特性的影响。当超过路面附着极限时，车辆不允许出现过度的横摆响应；车辆响应的过渡特性应该柔和，能给予驾驶员车辆后备侧向附着能力的反馈信息，以及使转向修正变得更加容易。轮胎特性（车轮和轮胎尺寸、特征参数，如侧偏刚度等） 车辆的侧倾特性描述弯道行驶工况下车辆的侧向倾斜特性，即侧倾角（图 10.7）、侧倾角速度和侧倾角加速度随侧向加速度的变化情况。路面状况：由直道和不同曲率半径、不同转向方向的弯道组成的平整、均质表面的跑道行驶工况：车辆以不同的速度和不同的侧向加速度在跑道上行驶，并改变转向盘转角速度。研发目标：车身侧倾角和侧倾角速度应该尽可能小，并随侧向加速度成比例增加。左转或者右转的侧倾特性应该一致。现代欧洲轿车的侧倾角介于 4°/g 和 8°/g 之间。采用主动悬架，可以使侧倾角大幅减小。为了在弯道行驶过程中能较好的感受到侧向力，侧倾角不允许控制到 0 度。人们对“身处弯道”往往感觉很不舒服。影响因素：抗侧倾设计（弹簧、稳定杆、副弹簧和阻尼） 图 10.7 侧倾角-侧向加速度关系曲线
车辆进入弯道行驶时，驾驶员预计车辆会绕纵轴发生侧倾运动。对角侧倾会让人产生这样的感觉：车辆转向时会绕空间上对角线布置的轴线发生侧倾运动。这种“扭曲”的感觉在前、后桥上都会出现。通常该指标用来评价前、后桥侧倾运动（侧倾角、侧倾角速度）建立的协调性、一致性，以及侧倾运动相对于侧向加速度的相位滞后。路面状况：由直道和不同曲率半径、不同转向方向的弯道组成的平整、均质表面的跑道.行驶工况：车辆以不同的速度在跑道上行驶，并突然猛打方向研发目标：尽可能准确地绕车辆纵轴或者侧倾轴产生侧倾运动。前、后悬架的弹簧应该同相位的运动，这样就感觉不到车辆在沿对角轴线运动。悬架弹簧、稳定杆、副弹簧和阻尼的校准侧倾轴线位置和悬架变形时该位置的变化可控悬架系统的设计悬架支撑效应是车辆的固有特性。在弯道行驶过程中，车辆靠弯道外侧一面的悬架位移明显小于靠内侧一面的悬架位移。这让人感觉到悬架的弹性很差；车辆在侧向力的作用下犹如被“杠杆”撑起一般。此时需要评价在哪一车桥上能感受到这种支撑现象。某些情况下这会影响到车辆的车道保持性能。路面状况：由直道和不同曲率半径、不同转向方向的弯道组成的平整、均质表面的跑道.行驶工况：车辆以不同的速度在跑道上行驶，并突然猛打方向研发目标：车辆受侧向力作用时，不允许感觉到这种支撑效应。悬架弹簧、稳定杆、副弹簧和阻尼的校准侧倾轴线位置和悬架变形时该位置的变化前、后桥的设计10.9 侧倾螺旋效应（Wankschrauben）侧倾螺旋效应描述了车辆在表面有大的波纹或凹陷的路面上行驶时，车身侧倾振动和横摆振动的叠加过程。出现该现象的原因主要在于后桥运动学特性的非对称性，当施加相应的激励时，非对称性会导致后桥螺旋般的垂向和侧向运动。侧倾螺旋效应评价车辆绕垂直和纵轴的运动和车身前、后部的垂向运动。路面状况：由弯道和至少一道波纹或凹陷组成的表面均质的路面。研发目标：车辆后悬架的这种螺旋式往复运动应该平行于路面。无论车辆左转还是右转， 都不应该感觉到这种侧倾螺旋效应。运动学和弹性运动学，尤其是在受侧向力作用的情况下侧倾轴线位置和悬架变形时该位置的变化变道特性评价了车辆在变道工况下的行驶稳定性，以及车辆的横摆响应特性（横摆角速度、横摆角的建立和消除过程）。该行驶工况可以评价驾驶员在危险情况下，为躲避突然出现的障碍物做出紧急转向时车辆的性能。图 10.8 VDA 和 ISO 变道行驶路面状况：均质表面的平整路面。路面需开阔，可以进行单次或者两次变道。（雪地或者高速环道、三车道高速公路、试车场的动态试验区）；不同表面（干燥、湿滑、雪地、冰面）行驶工况：车辆保持直线行驶，然后进行一次或者两次变道。车速和转向速度介于高速公路上缓慢变道速度和类似于躲避突然出现的障碍物时的速度之间，并可以改变直至极限情况。除了采用自由驾驶的方法外，还可以采用 ISO 标准提供的双移线工况和 VDA 标准提供的避让工况。虽然这两种方法都很有帮助，但是试验费用较高，同时变道时只允许中、低车速（图10.8）。研发目标：车辆应该精确且无相位滞后地跟踪转向盘转角输入。不希望出现车辆的过度响应（激转）或者克服惯性所必需的转向修正。轮胎特性（车轮和轮胎尺寸、特征参数，如侧偏刚度等） 当车辆稳态圆周运动时进行制动，能评价车辆弯道行驶的稳定性、包括横摆角、横摆角速度和横摆角加速度在内的横摆响应特性和用于修正行驶路线偏差的转向做功。路面状况：由不同曲率半径的弯道组成的、平整、均质路面；车速范围要接近其所能达到的最高车速。行驶工况：车辆以不同车速和侧向加速度行驶于弯道中。当车辆处于准稳态状态时，对车辆进行中等至大强度制动。对于装备有制动力控制系统的车辆，制动工况要分为触发制动控制和不触发制动控制两种情况来完成。图 10.9 弯道制动过程中车辆的横摆响应特性
研发目标：车辆在制动过程中必须保持方向稳定性，横摆响应应该尽可能小并易于修正。由制动引起的车道偏离应该趋向于一定程度上辅助驾驶员的操纵。这可以通过中等制动强度下车辆在弯中轻微的“卷入效应”来实现。随着车速的增加“卷入效应”的趋势应该逐步减小。制动系统的设计（制动力分配、踩踏板特性、制动摩擦片和制动盘的摩擦、温度特性）电子底盘控制系统（ABS，ESP，半主动和主动悬架系统）的设计轮胎特性（车轮和轮胎尺寸、特征参数，如侧偏刚度等）转向-加速特性描述了在驱动力作用的影响下，车辆自转向特性的改变。该评价适用于车辆弯道行驶工况，特别是出弯的时候。车辆以不同大小的驱动力加速行驶，评价驾驶员保持车道所需的做功。路面状况：由不同曲率半径的弯道组成的、表面附着特性不同的平整路面（操纵性测试路段）或者试车场的动态试验区。行驶工况：车辆首先以恒定的侧向加速度在弯道或者环道上行驶，然后突然猛踩油门踏板，改变驱动力大小。通过不同的踩踏板速度来改变侧向加速度和发动机转矩直至极限值。研发目的：车辆在稳态圆周行驶时会存在轻微的不足转向趋势，在加速时该不足转向趋势会有所减弱。车辆加速带来的过多转向趋势会使行车路线发生一定的偏移。车辆的横摆响应应该可以预知的，而不是让人猝不及防。同时仅需要很小的转向做功就应该能修正该横摆响应。同时该特性不应受路面附着特性和载荷情况的影响。轮胎特性（车轮和轮胎尺寸、特征参数，如侧偏刚度等） 车辆以中、高侧向加速度弯道行驶时，突然中断驱动力，随后评价车辆保持原来的车道所需的做功。（图10.10）路面状况：由不同曲率半径的弯道组成的、表面附着特性不同的平整路面（操纵性测试路段，特别是急弯）或者试车场的动态试验区。行驶工况：车辆首先以恒定的侧向加速度在弯道或者环道上行驶，然后突然松开油门踏板，切断驱动力输入。试验过程中可以改变侧向加速度，以及通过不同的档位选择来改变发动机的制动扭矩。研发目的：车辆在稳态圆周行驶时会存在轻微的不足转向趋势，在载荷变换反应工况下， 该不足转向趋势会有所减弱。车辆加速带来的过多转向趋势会使行车路线发生一定的偏移。车辆的横摆响应应该可以预知的，而不是让人猝不及防。仅需要很小的转向做功就应该能修正该横摆响应。通过调节驱动力来设置车辆稳态出弯时的性能。同时该特性不应受路面附着特性和载荷情况的影响。轮胎特性（车轮和轮胎尺寸、特征参数，如侧偏刚度等） 图 10.10 载荷变换反应下车辆的横摆角速度响应图10.11 影响载荷变换反应的原因
图 10.11 列举了引起载荷变换反应最重要的原因及其作用趋势。当车辆在不同表面（路面不平度、路面附着特性）的直道和弯道上行驶时，根据所行驶的路面表面不同，对车辆保持行驶轨迹的稳定性、保持行驶路线所需的做功以及前、后轮的侧向引导能力相对于路面附着系数的关系加以评定。路面状况：不同表面的平整直道和弯道。试验道路应该具有尽可能多的路面附着系数和表面特性以供选择，比如不同粗糙度的沥青路面、不同磨损程度的路面、水泥路面、碎石路面、干燥和湿滑的路面、雪地和冰路面。行驶工况：车辆以不同的车速和纵向力（驱动/制动）在车道上行驶。研发目的：车辆行驶特性和转向特性在上述所有不同路面的情况下应该保持不变。前轮相对于后轮的后备侧向引导能力应该基本保持不变。
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