汽车直线行驶的动力学机理分析
透明导电薄膜摘要：通过系统动力学的分析，考虑到车轮外倾角，主销后倾角，转向轴线内倾角(转向主销内倾角)，车轮摆动角（前束）等因素的影响，建立了二自由度汽车转向模型的数学推导公式，并利用matlab模锻锤进行建模仿真对此模型进行稳定性分析。 关键词：动力学、车轮定位参数、稳定性
前言
随着汽车普及率的提高，越来越多的人选择汽车作为自己的交通工具，但据调查60%以上的人乘车过程中有过难受、晕车甚至呕吐的经历。所以，改善汽车行驶平顺性、安全性和操纵稳定性显得十分重要。汽车动力学就是研究汽车行驶平顺性、安全性和操纵稳定性的一门专业学科，该学科已成为汽车设计、制造和使用部门的一个重要课题。
汽车动力学的随机振动主要是考虑汽车垂直运动、侧倾运动及俯仰运动，也就是只研究轮胎所受的垂向力使汽车产生的运动，主要涉及到汽车三个方面的性能，即行驶安全性、平稳性和悬架动行程，平稳性是对乘客舒适程度的描述，行驶安全性是对轮胎与道路接触稳定性的
描述，悬架动行程是对汽车行驶时悬挂弹性变形范围的描述。本文就简要地通过系统动力学，对汽车直线行驶时状况进行分析和研究。
1火筒式加热炉.汽车受到的外力分析
作用于车辆的外力有四种，其中一定存在的有两种，即摩擦阻力和空气阻力。驾驶员对车辆运动施加控制的作用机理主要来自于轮胎，即通过轮胎将力施加于车辆。对普通的道路车辆而言，一般将空气阻力的影响列为次要因素，它主要影响着车身的外形设计，而轮胎受力情况是我们需要重点考虑的因素。对于一些高速车辆，尤其是赛车，空气动力学的影响则非常重要。 车辆运动过程中，轮胎主要受到垂向、纵向以及侧向三个方向的力和力矩。轮胎垂向力的作用是使车辆具有良好的附着性能。轮胎纵向力的作用是使车辆加速或减速，驾驶员通过加速踏板和变速机构来控制驱动力的大小，通过制动系统来控制制动力的大小。轮胎侧向力的作用是使车辆转弯，驾驶员通过转向系统使车轮产生一个转向角，以此来控制轮胎的侧向力。同时，单个轮胎在转弯过程中会产生 “回正力矩”，有利于车轮转弯后回到直线行驶的位置，并且能通过方向盘为驾驶员提供一个反馈力矩，即通常所说的“路感”。
当车辆在静止的空气中做直线运动时，主要受到空气阻力、升力和俯仰力矩的作用。由于这些力和力矩的作用，车辆前后轴载荷的分布将发生变化，从而影响车辆的操纵稳定性。
当直线行驶的车辆受到稳定的侧风作用时，其平衡状态将受影响。若要车辆仍保持其稳定状态，轮胎就必须产生相应的侧向反力来抵消这一作用力。而在小扰动情况下，车辆的动态特性一般不会因其平衡状态的微小变化而改变。
然而，实际中车辆通常受到的是不稳定的阵风。这种情况下，车辆受到不可预测的力和力矩作用，致使其偏离预定轨迹。当然，车辆受到这些干扰是不可避免的，而且其干扰的强度随天气条件和周围环境的不同而不同。因此，设计者需要解决的主要问题是，如何使设计的车辆具有一定的鲁棒性，即对此类外部激励尽可能地不敏感。
2医用拉链.车轮定位参数的定义和作用
车轮定位要素主要包括车轮外倾角，主销后倾角，转向轴线内倾角(转向主销内倾角)，车轮摆动角（前束）等[1]。
（1）车轮外倾角：
如图1所示，前轮安装在车桥上时，其旋转平面向外倾，这种现象称为车轮外倾。车轮旋转平面与纵向垂直平面之间的夹角叫做车轮外倾角。其作用是提高车轮工作的安全性与转向操纵的轻便性，由于主销与衬套之间，轮毂与轴承等处都存在着装配间隙，空载时车轮的安装正好垂直于路面，而满载时上述间隙将发生变化，车桥内倾将使路面对车轮垂直反作用的轴向分力压向轮毂外端的小轴承，使该轴承及其锁紧螺母失效而使车轮脱出。为此，安装车轮时要预先留有一定的外倾角，以防止上述不良影响。
（2）主销后倾角：
如图2所示，主销装在前轴上，其上端向后倾斜，这种现象叫做主销后倾。在纵向垂直平面内，垂线与主销轴线之间的夹角，叫主销后倾角。主销后倾的作用主要是为了保持汽车行驶的稳定性，并使汽车转向后，转向轮有自动回正功能。当车轮向左转动时由于主销后倾角的作用使左侧转向节向下压，由于转向节与车轮接地距离不变，实际上左侧车身略向上提升。在车身自重的作用下，迫使转向节向上提升，回到原来的向前方行驶的位置.这样可使车轮复位及提高直线行驶的稳定性。如果后倾角是正的，当前轮转向时，车辆内侧会向下降，结果底盘将会升高，因此会增加负荷至转向节。如果两轮的后倾角相同，车辆转向后会回到正前方。增加正的后倾角角度可增加转向盘的稳定性，但是转向力会变大；减少正的后倾角则转向盘的稳定性降低，但是转向时省力。
（3）主销内倾角：
如图3所示，从车子的前方看转向轴线与地面铅垂线所形成的角度称为主销内倾角。主销内倾角的作用是减少转向操纵力，也就是将轮胎转动所需力矩减到最少，同时减少回跳和跑偏现象。转向轴线的内倾角同转向轴线的后倾角一样，使车辆完成转向时具有“自动回正”的功能，用以改善车辆直线行驶的稳定性。
智能电位器（4）车轮前束：
如图4所示，车轮前束是从车辆的前方看，在两轮轴高度相同的悄况下，左右轮胎中心线的前端和后端距离之差值。前束的作用主要是消除由于外倾角所产生的轮胎侧滑。采用正外倾角的前轮，车轮顶部朝外倾斜，当车辆向前行驶时，车轮要朝外侧滚动，从而产生侧滑会造成轮胎磨损。所以，前束作用是消除由于外倾角所产生的轮胎侧滑。滴胶标牌
3.车轮定位参数的设置对汽车行驶性能的影响
(1)车轮外倾角的影响：
不管采用正外倾角或负外倾角，由于车轮转速相同但车轮内侧和外侧的转动半径不一致，必然造成车轮内、外磨损不均。主销后倾角过大时，转向沉重，驾驶员容易疲劳；主销后倾角过小时，在汽车直线行驶状况下容易发生前轮摆振，转向盘摇摆不定，转向盘自动回
正能力变弱，因此驾驶员不敢放松转向盘，同样会导致驾驶员疲劳等等。
具有正外倾角的小轿车在高速转向时，离心力增大，因此车身向外倾斜程度加剧，产生了更大的正外倾，使外侧悬架超负载，加剧了外侧轮胎的变形与磨损。同时，由于外侧轮胎与地面接触处的内外滚动半径不同，外侧小于内侧，降低了转向性能。
而具有负外倾角的车辆在转弯时外侧角减小，车辆倾斜度也相应减小，可使轮胎内外侧滚动半径近似相等，使轮胎的内外侧磨损均匀，同时提高了车身的横向稳定性。
因此，在现代汽车中，由于悬架和车桥比过去的坚固，加上路面平坦，因此采用正外倾角的车辆越来越少。而采用零倾角的车或负外倾角的车越来越多，以改善转弯时的稳定性和行驶时的平顺性。
(2)主销后倾角的影响：
主销后倾角愈大，车速愈高，则前轮的稳定性愈好，但后倾角过大会造成转向盘沉重，造成驾驶员疲劳。现代高速轿车由于轮胎气压低，弹性较大，行驶时由于轮胎与地面的接触面中心向后移动引起稳定力矩增加，故后倾角可以减小到接近于零，甚至为负值（即主销
前倾）。主销后倾角的角度不会影响轮胎磨损，它是用来稳定行车方向和提供转向时的回正力矩。
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