【技研】底盘运动性能和轮胎特性
一、车辆的基本运动形式
车辆的基本运动形式包括行驶、转弯和停止。
行驶：发动机驱动前或后桥，使车轮向前滚动，轮胎和地面的产生的向前的静摩擦力推动车辆向前行驶；
转弯：驾驶员通过转向节臂拉动转向节绕主销旋转，使轮胎与地面产生侧向力，使车辆完成转向；
停止：车辆制动时，轮胎和地面的摩擦产生的向后的制动力，使车辆停止。
二、直行行驶时车辆的力学特性
汽车直行行驶的要满足两个必要条件：
1、Ft≤Fn*u；
其中Ft：地面对车辆的切向反作用力(也可以理解为摩擦力)，大小等于车轮受到的驱动力Fo克服各种阻力后的合力FT，主动轮方向向前、从动轮方向向后；
Fn：地面对车辆的正压力，方向z向垂直向上；
u：地面附着系数；
FT：车轮受到的驱动力Fo克服各种阻力后的合力=Fo-（滚动阻力+加速阻力+坡道阻力+加速阻尼等）
2、FT＞0。
这个是针对轮胎的受力模型来说；
解释一下原因：（1）车辆要正常行驶，车轮必须是纯滚动；
（2）要实现纯滚动，即地面和车轮没有相对运动，车轮必须受力为0；
（ 3）对汽车建立力学模型，可以看到，车辆受到的外力只有一个，就是Ft;
（ 4）根据高中学的摩擦力理论，只有摩擦力的前提下，要使物体静止或匀速运动，这个力只能是静摩擦力。而静摩擦力存在的必要条件就是≤Fn*u。
（5）静摩擦力并不能使汽车运动，只能使汽车与地面保持相对无运动；
（6）汽车与路面相对无运动，车轮又需要外力施加一个力矩来平衡转矩。这个力矩就是由Ft来提供。车轮在Ft*R(车轮的滚动半径) 的力矩作用下向前滚动，实现汽车行驶。
（7）当FT＜0时，不会产生向前的Ft。所以汽车也不会走。
三、转向行驶时车辆的力学特性
3.1转向的必要条件：
当我们使劲悠小球，小球受到离心力绕手指转动，这时离心力和绳子的拉力平衡。如果切断绳子，小球就会飞去。
同样我们开车转弯时，车子受到离心力的作用。
此时，轮胎和地面的摩擦力与离心力的平衡，这个摩擦力叫做侧偏力，有叫转弯力。
就是这两个力平衡，让我们安心在悬崖边上开车，否则车子就会飞到悬崖下去。
3.2转向时的力学特性：
转向时车轮收到的力和力矩如下图所示，轮胎在与整车前进方向一致时为纯滚动，在侧向轮胎和地面之间没有相对运动，所以不产生侧偏力。
而当中心面与轮胎的前进方向成一个夹角时，轮胎和地面之间在侧向产生了相对运动（轮胎已转了β角，而轮胎具有朝轮胎的前进方向的运动趋势），这个相对运动在地面和轮胎之间产生了摩擦力，这个摩擦力垂直前进方向的分力就是侧偏力，这个夹角叫侧偏角。侧偏力就是使车辆完成转向的驱动力，但是只有在侧偏力＜（Fn*u-Ft）的前提下才可以。因为如果超过转向附着力，车轮已发生滑动，无法实现转向。
3.3车辆从直行到转向的转变机理 ：
如上图所示，车辆从直行到转向完成共经历四个阶段：
（1）直线行驶状态转动方向盘，车辆仍在直行，但前轮已有侧偏角；
（2）有侧偏角的前轮产生侧偏力，这个力使车在侧向运动的同时，还使车辆围绕中心开始横摆运动，此时，后轮一边因侧向运动向左侧，一边因侧向运动向右侧，其结果基本上车辆还是直行；
（3）随着横摆运动进一步加大，后轮向右侧移动，同时后轮产生侧偏角；
（4）最后结果，前后轮都产生侧偏角，使侧向力与离心力平衡，完成转向。
3.4车辆转弯时的注意事项 ：因车速和轮胎性能的不同，相对车辆的前进方向，车体的朝向会发生变化。高速转弯时，转动方向盘，前轮可获得大的侧偏角，而后轮较小，当离心力大于后轮侧偏力时，后轮向外侧甩尾，所以应注意相应的减小转弯速度或使用高性能轮胎提高抓地力。
四、操纵性和稳定性
4.1操纵性：驾驶员按照自己意愿改变前进方向的性能，如在崎岖不平的道路上行驶时，随着驾驶员转动方向盘，能敏捷平顺地改变方向。
4.2稳定性：车辆在受到侧风、路面不平等影响时，还能按照原方向行驶，即使受到干扰，也能迅速恢复稳定平衡状态的性能。
4.3操纵性与稳定性的关系：
操纵性是基于驾驶员的意志，产生横摆运动的性能，而稳定性是受到干扰也不要产生横摆运动，即使发生了横摆运动也让其很快停止的性能。所以，这两个性能是相互矛盾的，提高操纵性，稳定性变差，相反，提高稳定性，操纵性变差。
这两个相反性能的平衡对驾驶员来说非常重要，二者平衡的获取方法，就是在确保很好稳定性的同时，提高操纵性。
五、轮胎的转弯性能及其影响因素
5.1轮胎的扁平率和转向特性：
由上图可知，轮胎扁平率越小，侧偏刚度就越大，而提高扁平率，就必须减小轮胎高度或增大轮胎宽度和沿口添胶的刚性。
5.2轮胎的负荷特性：
由上图可知，随车轮胎垂直负荷的增加，最大转弯侧向力和转弯能力均增大，但增大为非线性变化。
今天和大家讲解了车辆运动特性相关知识和轮胎特性相关知识，大家有任何问题可留言小编，希望能给各位带来提高。
