小型汽车操纵稳定性研究

张梓皓

（武汉理工大学，湖北 武汉 430070）

引言

如今，在小型汽车给人们的出行和生活带来便利的同时，也给人们的生命安全造成了一定的威胁。据相关统计数据显示：我国每天发生的交通事故达5万多起，每年死于交通事故的人数在10万人左右。而在造成交通事故的因素中，汽车的操纵稳定性是不可忽视的一个重要因素。因此，研究小型汽车操纵稳定性，对于改进小型汽车的结构设计和提高其安全性能具有重要的现实意义。

1 操纵稳定性的内涵及其特征

1.1 操纵稳定性的概念

操纵稳定性，顾名思义，就是指在驾驶人按照常规方法进行操纵的时候，汽车能够排除外界干扰，遵循驾驶人的意图并按照规定的方向稳定行驶的性能。

1.2 操纵稳定性的特征

1）方向平稳。只有保持平稳的方向，小型汽车才称得上具有操纵稳定性。方向平稳，是指在驾驶人没有作出任何改变行驶方向的情况下，车辆能够保持原来的方向继续行驶。

2）反应灵敏。小型汽车在道路上的行驶速度通常都在60 km/h以上，当汽车遇到紧急情况需要刹车或转向时，就需要尽可能地在很短时间内达到驾驶上想要的“刹车”或“转向”效果。所以，操纵性好的小型汽车的反应也是很灵敏的。

3）路感良好。路感就是在小型汽车行驶过程中，驾驶人根据汽车转向系统对汽车的运动状态和路面状态信息的综合反应和感觉。例如，对于一位老驾驶员而言，驾驶小型汽车到一个拐弯处，他并不确切地知道需要打多少方向，只是凭一种路感来完成方向盘的操作。

4）可操控性。可操控性，就是指车辆的转向或停止可以人为地加以控制。小型汽车的可操控性，能够保证车辆按照驾驶人的意志去执行前进、转向、停止等命令。

2 影响小型汽车操纵稳定性的因素

2.1 制动系的影响

1）制动鼓。制动鼓是小型汽车鼓式制动器的摩擦偶件，因其基本形状呈鼓型而得名。当制动鼓由于制动摩擦片和制动鼓摩擦而产生磨损、变形后，导致制动鼓失圆，产生的离心力随车轮转速的提高而急剧增大，从而使汽车高速摆振，影响小型汽车的操纵稳定性。

2）制动盘。正常状态下，制动盘能够发挥其良好的制动作用而保障小型汽车的操纵稳定性。但当制动盘出现一些异常情况时，就会影响到小型汽车操纵稳定性。这种影响主要有如下两方面。一方面当制动盘端面圆跳动过大时，在小型汽车的行驶过程中，制动块对制动盘产生周期性碰撞，引起制动盘振动，并且车速越高，制动盘的振动频率也越高，从而导致小型汽车操纵的不稳定性。另一方面，在制动盘的振动频率和悬架转向系的固有频率恰好吻合时，就会产生共振现象，使转向盘发生严重抖动，从而影响到小型汽车的操纵稳定性。

3）制动间隙。制动间隙即刹车蹄片与轮毂之间的距离，通常保持在0.06～0.01 mm之间。在行驶过程中，当驾驶人踩下刹车时，制动间隙消失使车轮无法转动，从而起到刹车作用。制动间隙若太小，就会造成制动难以解除，若太大，又会使制动踏板的行程加大，延长制动的距离。制动间隙不合适，会使汽车制动时发生跑偏，汽车向制动间隙小的一侧跑偏，从而影响小型汽车的操纵稳定性。

4）制动抱死。制动抱死即制动器将轮胎夹紧，使轮胎无法转动，这时小型汽车就像一块石头一样在路面上滑动而不是滚动。如果汽车前轮制动抱死，就会造成汽车转向失灵，驾驶人无法控制汽车行驶的方向。

2.2 转向系的影响

1）转向器。转向器实际上相当于减速传动装置。所以转向器的性能如何，就关系到汽车的操纵稳定性。如果转向器的游隙过大或转向沉重，将使汽车的操纵系统不易控制，从而影响到其操纵稳定性。

2）转向传动机构。转向传动机构是联结方向盘与转向器之间的一道“桥梁”。当转向传动机构出现故障时，驾驶人对方向盘的操作无法正确地传导给汽车转向器，也就无法控制汽车的正确转向，从而使汽车失控。

2.3 行驶系的影响

1）前轮定位参数、后悬架结构参数及横向稳定杆。前轮定位参数主要包括前轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角和前轮前束。如果前轮定位参数不标准，驾驶员在操纵转向时就会有沉重感，车辆也容易发生摆振等现象。小型汽车的后悬架结构参数就像前悬架的“干涉转向”一样，对汽车操纵稳定性有一定的影响。横向稳定杆是小型汽车悬架中的辅助部件，用弹簧钢制成，呈“U”形。当小型汽车转弯引起车身侧倾时，外侧悬架就产生对稳定杆的推力，使稳定杆扭曲，杆身的自身弹力就会阻止车轮抬起，从而保持汽车的平衡。

2）轮胎。轮胎能支撑起车身的全部重量，传送牵引和制动的扭力，保证车辆行驶中的操纵稳定性。轮胎的载荷能力增加，小型汽车的稳定转向特性也将随之增加。

3）悬架和减振器的影响。悬架是把车架与汽车前后桥连在一起，使车辆在行驶过程中车轮受到的来自路面的冲击力不会直接传递到车架，保证了车身的相对稳定性。减振器是利用钢板弹簧的减震原理，消减车身的震动，从而使汽车平稳行驶，保证了车辆的操纵稳定性。

3 提高小型汽车操纵稳定性的途径

3.1 优化制动系的性能

1）优化制动鼓。保证制动鼓有足够壁厚的同时，在外表面靠近开口部位铸出加强筋以提高它的强度，使制动鼓既耐磨又能及时散热，有效防止了它的变性、工作面失圆等。

2）优化制动盘。制动盘的结构采取通风型设计可降低温升20%～30%。例如，奥迪、切诺基等多数轿车都采用通风型制动盘，而且厚度也保持在20～22.5 mm之间，这样就有效保证了制动盘的耐磨性、耐热性、散热性。

3）安装制动间隙自动调节装置。安装制动间隙自动调节装置，能保证制动间隙始终保持在一定的范围内，以提高操纵稳定性。

4）安装防抱死装置。安装防抱死装置让汽车在紧急制动情况下不会产生侧滑等现象，使驾驶人能够实现对车辆的有效操控。

3.2 优化转向系的性能

1）优化转向器。采用循环球式转向器能提高小型汽车的转向器性能，把滑动摩擦转化成滚动摩擦，操纵轻便且磨损较小，从而降低能量损耗，提高对制动的传动效率。

2）优化转向传动机构。要提高小型汽车的操纵稳定性，就需要通过转向传动机构的优化，使汽车转向轮偏转角按一定关系变化，使车轮与地面的相对滑动减小。

3.3 优化行驶系的性能

1）加强车轮定位检查。加强对车轮定位检查，发现车轮与其相对位置发生偏离时，要及时进行调整和恢复，从而保证汽车转弯时转向轻便，驾驶人也容易操纵。

2）加强对轮胎的保养。除了厂家在轮胎的材料、工艺方面进行改进以外，小型汽车的使用者还需要加强对轮胎的保养。在高速行驶过程中尽量保持车距，以避免不必要的制动，减少对轮胎的损害。如果发现轮胎气压低，要及时为轮胎充气，并避免轮胎的负载过高而损坏轮胎。

3）优化悬架和减振器。悬架和减振器是为提高车内人员的舒适度而设计。但如果只考虑到舒适度，就会增加弹簧的柔软性，这样又会导致车辆的不稳定性，刹车时会造成车辆“点头”等。所以，需要优化悬架和减振器的设计，以保证小型汽车的操纵稳定性。

4 结语

影响小型汽车操纵稳定性的因素很多，大致可分为制动系、转向系和行驶系三大方面。为了提高小型汽车操纵稳定性，可以通过改善与优化制动系、转向系、行驶系的设计来实现。

[1]赵海芳，刘祎，刘洁.基于多体动力学车辆操纵稳定性影响因素分析[J].机械设计与制造，2017（11）：130-133.

[2]王林林.基于ADAMS车辆操纵稳定性前悬架优化研究[D].西安：长安大学，2016.