小型汽車操縱穩定性研究

張梓皓

（武漢理工大學，湖北 武漢 430070）

引言

如今，在小型汽車給人們的出行和生活帶來便利的同時，也給人們的生命安全造成了一定的威脅。據相關統計數據顯示：我國每天發生的交通事故達5萬多起，每年死于交通事故的人數在10萬人左右。而在造成交通事故的因素中，汽車的操縱穩定性是不可忽視的一個重要因素。因此，研究小型汽車操縱穩定性，對于改進小型汽車的結構設計和提高其安全性能具有重要的現實意義。

1 操縱穩定性的內涵及其特征

1.1 操縱穩定性的概念

操縱穩定性，顧名思義，就是指在駕駛人按照常規方法進行操縱的時候，汽車能夠排除外界干擾，遵循駕駛人的意圖并按照規定的方向穩定行駛的性能。

1.2 操縱穩定性的特征

1）方向平穩。只有保持平穩的方向，小型汽車才稱得上具有操縱穩定性。方向平穩，是指在駕駛人沒有作出任何改變行駛方向的情況下，車輛能夠保持原來的方向繼續行駛。

2）反應靈敏。小型汽車在道路上的行駛速度通常都在60 km/h以上，當汽車遇到緊急情況需要剎車或轉向時，就需要盡可能地在很短時間內達到駕駛上想要的“剎車”或“轉向”效果。所以，操縱性好的小型汽車的反應也是很靈敏的。

3）路感良好。路感就是在小型汽車行駛過程中，駕駛人根據汽車轉向系統對汽車的運動狀態和路面狀態信息的綜合反應和感覺。例如，對于一位老駕駛員而言，駕駛小型汽車到一個拐彎處，他并不確切地知道需要打多少方向，只是憑一種路感來完成方向盤的操作。

4）可操控性。可操控性，就是指車輛的轉向或停止可以人為地加以控制。小型汽車的可操控性，能夠保證車輛按照駕駛人的意志去執行前進、轉向、停止等命令。

2 影響小型汽車操縱穩定性的因素

2.1 制動系的影響

1）制動鼓。制動鼓是小型汽車鼓式制動器的摩擦偶件，因其基本形狀呈鼓型而得名。當制動鼓由于制動摩擦片和制動鼓摩擦而產生磨損、變形后，導致制動鼓失圓，產生的離心力隨車輪轉速的提高而急劇增大，從而使汽車高速擺振，影響小型汽車的操縱穩定性。

2）制動盤。正常狀態下，制動盤能夠發揮其良好的制動作用而保障小型汽車的操縱穩定性。但當制動盤出現一些異常情況時，就會影響到小型汽車操縱穩定性。這種影響主要有如下兩方面。一方面當制動盤端面圓跳動過大時，在小型汽車的行駛過程中，制動塊對制動盤產生周期性碰撞，引起制動盤振動，并且車速越高，制動盤的振動頻率也越高，從而導致小型汽車操縱的不穩定性。另一方面，在制動盤的振動頻率和懸架轉向系的固有頻率恰好吻合時，就會產生共振現象，使轉向盤發生嚴重抖動，從而影響到小型汽車的操縱穩定性。

3）制動間隙。制動間隙即剎車蹄片與輪轂之間的距離，通常保持在0.06～0.01 mm之間。在行駛過程中，當駕駛人踩下剎車時，制動間隙消失使車輪無法轉動，從而起到剎車作用。制動間隙若太小，就會造成制動難以解除，若太大，又會使制動踏板的行程加大，延長制動的距離。制動間隙不合適，會使汽車制動時發生跑偏，汽車向制動間隙小的一側跑偏，從而影響小型汽車的操縱穩定性。

4）制動抱死。制動抱死即制動器將輪胎夾緊，使輪胎無法轉動，這時小型汽車就像一塊石頭一樣在路面上滑動而不是滾動。如果汽車前輪制動抱死，就會造成汽車轉向失靈，駕駛人無法控制汽車行駛的方向。

2.2 轉向系的影響

1）轉向器。轉向器實際上相當于減速傳動裝置。所以轉向器的性能如何，就關系到汽車的操縱穩定性。如果轉向器的游隙過大或轉向沉重，將使汽車的操縱系統不易控制，從而影響到其操縱穩定性。

2）轉向傳動機構。轉向傳動機構是聯結方向盤與轉向器之間的一道“橋梁”。當轉向傳動機構出現故障時，駕駛人對方向盤的操作無法正確地傳導給汽車轉向器，也就無法控制汽車的正確轉向，從而使汽車失控。

2.3 行駛系的影響

1）前輪定位參數、后懸架結構參數及橫向穩定桿。前輪定位參數主要包括前輪外傾角、主銷后傾角、主銷內傾角和前輪前束。如果前輪定位參數不標準，駕駛員在操縱轉向時就會有沉重感，車輛也容易發生擺振等現象。小型汽車的后懸架結構參數就像前懸架的“干涉轉向”一樣，對汽車操縱穩定性有一定的影響。橫向穩定桿是小型汽車懸架中的輔助部件，用彈簧鋼制成，呈“U”形。當小型汽車轉彎引起車身側傾時，外側懸架就產生對穩定桿的推力，使穩定桿扭曲，桿身的自身彈力就會阻止車輪抬起，從而保持汽車的平衡。

2）輪胎。輪胎能支撐起車身的全部重量，傳送牽引和制動的扭力，保證車輛行駛中的操縱穩定性。輪胎的載荷能力增加，小型汽車的穩定轉向特性也將隨之增加。

3）懸架和減振器的影響。懸架是把車架與汽車前后橋連在一起，使車輛在行駛過程中車輪受到的來自路面的沖擊力不會直接傳遞到車架，保證了車身的相對穩定性。減振器是利用鋼板彈簧的減震原理，消減車身的震動，從而使汽車平穩行駛，保證了車輛的操縱穩定性。

3 提高小型汽車操縱穩定性的途徑

3.1 優化制動系的性能

1）優化制動鼓。保證制動鼓有足夠壁厚的同時，在外表面靠近開口部位鑄出加強筋以提高它的強度，使制動鼓既耐磨又能及時散熱，有效防止了它的變性、工作面失圓等。

2）優化制動盤。制動盤的結構采取通風型設計可降低溫升20%～30%。例如，奧迪、切諾基等多數轎車都采用通風型制動盤，而且厚度也保持在20～22.5 mm之間，這樣就有效保證了制動盤的耐磨性、耐熱性、散熱性。

3）安裝制動間隙自動調節裝置。安裝制動間隙自動調節裝置，能保證制動間隙始終保持在一定的范圍內，以提高操縱穩定性。

4）安裝防抱死裝置。安裝防抱死裝置讓汽車在緊急制動情況下不會產生側滑等現象，使駕駛人能夠實現對車輛的有效操控。

3.2 優化轉向系的性能

1）優化轉向器。采用循環球式轉向器能提高小型汽車的轉向器性能，把滑動摩擦轉化成滾動摩擦，操縱輕便且磨損較小，從而降低能量損耗，提高對制動的傳動效率。

2）優化轉向傳動機構。要提高小型汽車的操縱穩定性，就需要通過轉向傳動機構的優化，使汽車轉向輪偏轉角按一定關系變化，使車輪與地面的相對滑動減小。

3.3 優化行駛系的性能

1）加強車輪定位檢查。加強對車輪定位檢查，發現車輪與其相對位置發生偏離時，要及時進行調整和恢復，從而保證汽車轉彎時轉向輕便，駕駛人也容易操縱。

2）加強對輪胎的保養。除了廠家在輪胎的材料、工藝方面進行改進以外，小型汽車的使用者還需要加強對輪胎的保養。在高速行駛過程中盡量保持車距，以避免不必要的制動，減少對輪胎的損害。如果發現輪胎氣壓低，要及時為輪胎充氣，并避免輪胎的負載過高而損壞輪胎。

3）優化懸架和減振器。懸架和減振器是為提高車內人員的舒適度而設計。但如果只考慮到舒適度，就會增加彈簧的柔軟性，這樣又會導致車輛的不穩定性，剎車時會造成車輛“點頭”等。所以，需要優化懸架和減振器的設計，以保證小型汽車的操縱穩定性。

4 結語

影響小型汽車操縱穩定性的因素很多，大致可分為制動系、轉向系和行駛系三大方面。為了提高小型汽車操縱穩定性，可以通過改善與優化制動系、轉向系、行駛系的設計來實現。

[1]趙海芳，劉祎，劉潔.基于多體動力學車輛操縱穩定性影響因素分析[J].機械設計與制造，2017（11）：130-133.

[2]王林林.基于ADAMS車輛操縱穩定性前懸架優化研究[D].西安：長安大學，2016.