ＳｌＬｌＣＯＮ
ＬＬＥｙ—ｌ囊ｉ
ｆ高新技术产韭发展】
论汽车转向特性
王圣惟
（江苏省交通技师学院江苏镇江２１２００６）
摘要：汽车转向过程中会出现不同的转向特性，这种特性是由车辆本身的特性决定的，不同转向特性的车辆表现出来的安全稳定性也不一致，我们通过理
论分析能够正确认识汽车的转向性能。
关键词：汽车；转向：分析
中图分类号：Ｆ５４文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－－７５９７（２０１０）０８１００２０－－０１
汽车转向特性一般分为三种，即：不足转向、中性转向和过度转向。“转向不足”的车辆过弯时会出现’推头”想象，表现为前轮打滑，失去转向力而直直地冲向弯道外侧。
而“转向过度”的车辆过弯时会出现“甩尾”现象，表现为后轮打滑，失去抓地力车头指向弯道内侧，致使车身打转，甚至使汽车原地掉头，严重时还会发生翻车事故。
。推头”和“甩尾”都是汽车过弯时会出现的两种不稳定现象。判定车辆具有何种转向特性的一般方法（如图ａ所示）：
如果车轮是刚性车轮（没有弹性变形），那么汽车后轴中点的速度吒的方向是沿着汽车纵轴线方向，但由于轮胎的的偏离，在转向过程中左右后轮上作用有侧向力，结果后轴中点的速度Ｋ偏离纵轴线一个夹角岛（％称为后轴偏离角）。
同样如果车轮是刚性车轮，转向时左右前轮转角是不相等的，前轴中点速度Ｋ与纵轴线夹角为６－－０．５（６左＋８右），其中６左和６右分别为左右前轮的转角。同样由于弹性轮胎的偏离，产生前轴偏离角啦，结果前轴中点速度巧与纵轴夹角为（６一ｑ）。
过前后轴中点分别作Ｋ和‘的垂线，交点即为汽车的瞬时转向中心０，下面来决定０点的位置参数ｃ和转向半径Ｒ。
因为三＝Ｒｔａｎ岛＋盖伍ｎ移一喁），所以
不足转
Ｒ：——————兰——一。———ＬＣ＝Ｒｔａｎ佤：—兰塑竖：一些２咖呸＋ｔａｎ（万一ｑ）甜岛一吗
ｔａｎ呸＋ｔａｎ（８一喁）・弦吗一ｑ如果车轮是刚性的，即ｑ＝％＝０，则有ｃ＝ｏ，瞬时转向中心在后轴延长线上
图８
Ｔ
Ｔ
将方向盘转过一定角度，然后驱动汽车绕瞬时转向中心转向，如果车辆越转越往外走，即转向所画的圆弧越来越大，转向半径越来越大，则车辆具有不足转向特性。反之，如果车辆越转越往里转。即转向所画的圆弧越来越小，转向半径越来越小，则车辆具有过度转向特性。当然如果车辆转向半径不变，转向中心一定，则车辆具有不足转向特性。
下面我们来分析一下转向特性形成的原因：
因为车轮不是刚性的。所以在运动过程中会有变形，以至于会发生侧偏现象，即汽车高速行驶开始转向时，因受汽车向前行驶的惯性作用，汽车会对转向产生瞬时抵抗，便产生了轮胎侧偏角，即汽车行驶方良与车轮朝向所成的夹角，我们把这个夹角叫侧偏角，我们用希腊字母ａ表示这个角度的大小，侧偏角的大小与轮胎结构，车轮铅垂载荷以及地面的附着系数有关系．下面是汽车转向简图（图ｂ）：
特性．
此时Ｒ＝』≮＊．＝ＪＬ．ａ
氇ｎＯ
ｏ
对于装轮胎的车辆，如果ｑ２钙，则转向半径Ｒ和刚性轮相等。这时称汽车具有中性转向特性。但ｑ２吒≠０，所以ｃ≠Ｏ，即两者的瞬时转向中心并不重合，所以行驶轨迹也不一致。
如果ｑ＞钙，则转向半径要比刚性轮大，这是称汽车具有不足转向的如果ｑ＜呸，则转向半径要比刚性轮小，这是称汽车具有过多的转向的特性。
由此可见影响汽车转向特性的是前后轴的的偏离角度，而偏离角度又受前后轴的载荷、轮胎特性和地面附着系数的影响。
具有过多转向特性的车辆是不稳定、不安全的。一般应具有适度的不足转向特性。
下面我们来分析一下具有过多转向特性的车辆和具有不足转向特性的车辆在侧向力作用下的运动，如图ｃ。
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从图中我们可以看出．不足转向特性的车辆（ｑ’％）与过多转向特性的车辆（喁‘％）在相同侧向力的作用下，形成的瞬时转向中心不一致，分别位于车辆两侧，不难看出具有不足转向特性的车辆产生的离心力分力与侧向力方向相反，能够抵消一部分侧向反力，减小侧向力对车辆运动的影响，而过多转向的车辆产生的离心力分力与侧向力同向，则加剧
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了侧向力的作用，进一步使车辆不稳定性增加．所以出于安全考虑，车辆应具有一定的不足转向特性。
。转向不足”的车辆过弯时出现的前轮打滑，失去转向力而直直地冲向弯道外侧的现象就是不足转向的车辆能抗外力而保持自己原有的运动状态的能力的一个表现。
而“转向过度”的车辆过弯时出现的后轮打滑，失去抓地力车头指向
图ｂ
（下转第３７页）
万方数据
【高新技术产业发展】，ｉ鬓麓
电停电，主变换器从蓄电池获取电能继续不间断地对负载供电。这种ＵＰＳ能够获得优良的输入、输出特性，还可减少变换器总容量，提高运行效率并增强ＵＰＳ过载能力。缺点是主电路和控制电路相对复杂，降低了系统的可靠性。
综上所述，在市电故障时，各种ＵＰＳ的输出电能质量取决于逆变器输出电压质量，差别不会很大，只有在市电正常时，由于电路结构和工作状态不同，各种ＵＰＳ的性能差别较大。
２ＵＰＳ的发展方向
２．３智能化
智能化要求，对运行中ＵＰｓ状态进行检测，及时发现并处理故障。这需要借助计算机技术，对各类信息进行分析综合，用程序控制ＵＰＳ的起动、停止和定期自检，实现无人值守的自动操作。还可以根据需要控制整流部分，自动对蓄电池进行分阶段恒流充电。
２．４网络化
ＵＰＳ应具有联网功能。在网上可以随时观察ＵＰＳ的各项运行参数，而且在市电或ＵＰＳ故障时，可以向服务器、工作站等发出信息；当市电停电或蓄电池放电将要结束时，能够按照预先约定有序地关闭工作站、服务器等，使修理维护、操作、查询、监控更加便捷。
２．５绿色化
电网质量标准的提高，要求ＵＰＳ的输入功率因数不能太低，应尽量减小输入电流的谐波和从电网吸取的无功能量。以往常用的不可控整流电路及相控整流电路不能满足这一新要求。加强抗电磁于扰能力，降低辐射干扰，将ＵＰＳ输人功率因数提高到理想程度，这就是绿色无污染ＵＰＳ。一般常采用有源功率因数校正的方法提高ＵＰＳ功率因数。
ＵＰＳ系统模块化和冗余化设计
随着ＩＴ业数据处理量的加大以及应用范围的扩大，对供电质量提出了更高的要求，同时对ＵＰＳ也提出了更高的要求。目前ＵＰＳ技术的发展方向主要有：提高逆变器的开关频率。应用新型开关器件实现高效率、小型化；采用微机控制实现ＵＰＳ的智能化和网络化；采用全数字控制手段，满足各种负载（如非线性负载、三相不平衡负载）的要求、减少谐波、提高可靠性；在ＵＰＳ输入侧设置必要的功率因数校正装置，实现ＵＰＳ的绿色化：采用冗余并机技术，提高ＵＰＳ的容量和可靠性，即实现ＵＰＳ的大容量单机冗余化。
２．１控制系统的全数字化
近年来，随着专用集成电路（ＡＳＩＣ）、现场可编程逻辑器件（即ＧＡ）及数字信号处理器（Ｉ）ＳＰ）技术的发展，ＵＰＳ的控制逐渐由模拟控制转向数字控制，即向数字化方向发展。控制电路的元器件数量明显减少，提高了系统的抗干扰能力。电源输出控制采用软件处理，设计、调试和修改灵活，电源性能一致性好。采用高档微处理器和数字信号处理器的数字化控制，有利于提高ＵＰＳ的效率、可靠性以及多台ＵＰＳ的并机，容易实现与计算机网络的通信，通过网络对关键器件进行有效监视，对已发生的故障进行冗余措施处理。
与ＵＰＳ的数字化控制相对应，各种各样的离散控制方法已成为研究的热点，如无差拍控制、重复控制、离散滑模控制及人工神经网络控制等。
２．２主电路拓扑高频化和软开关技术
ＵＰＳ的高频化，一方面是指逆变器开关频率的提高，由于新型开关器件ＩＧＢＴ的广泛使用，中小容量ＵＰＳ逆变器的开关频率已经可以做２０ｋｌｉｚ左右，大容量ＵＰＳ开关频率一般在ｌＯｋＨｚ左右；ＵＰＳ高频化的另一方面体现在中小容量ＵＰＳ中，即采用高频隔离的形式取代笨莺的工频隔离变压器，这是ＵＰＳ高频化的真正意义。高频隔离可以采用两种方式实现：＿种方式是在整流器与逆变器之间加一级高频隔离的ＤＣ／ＤＣ变换器，另一种方法是采用高频链逆变技术。
开关器件的开关损耗会给高频化带来不利影响，为此，采用软开关技术，减小器件应力和发热，提高系统工作效率，成为今后ＵＰＳ技术的必然趋势。
２．６
这可以提高系统的灵活性、可靠性。各个模块处于均流运行，功率开关器件的电应力降低，开关损耗减小，电源系统的体积、蕈量大为降低。由于模块的标准化，因而电源产品种类减少，便于规范化，同时为实现高可靠性的电源系统提供了可能。模块化打破了ＵＰＳ在功率上的局限，可像搭积木一样根据用户的需求任意组合．当其中某一个模块发生故障时，可以热更换此模块，其他模块则平均分摊故障模块的负载，不影响系统的工作，从而提高了系统的安全性，方便了维护，节约了投资。
随着电源设备系统化和网络化的实施，对电源模块并联冗余的要求也越来越高，电源系统并机模块的数量也越来越多。近几年来出现了专门作为并联的全冗余电源系统，这种全冗余设计是指不但在控制电路上采用冗余设计，而且在功率变换部分也采用冗余设计。如在ＵＰＳ系统中，整流器、逆变器、静态开关等均采用冗余设计，这使整个系统的可靠性大幅度提
高。
参考文献：
［１］陈坚，电力电子学（第二版）［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００４
作者简介：
杨子立（１９６５一），女，硕士，副教授。
（上接第２０页）
故也是过度转向车辆不稳定的一个表现。
车速越高，这种现象越明显，所以过弯时一定要减速行驶。
为了提高车辆过弯时的稳定性，我们设计了四轮转向系统即
０。
４ＷＳ（４Ｗｈｅｅｌ
Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）除了传统的以前轮为转向轮，后两轮也是转向轮，
以使汽车快速安全的通过弯道。最大可能减小转向特性对汽车行驶稳定性的影响。
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最后还要说明一点，载荷变化会引起车辆质心位置改变，会影响到转向特性。质心后移，使不足转向量下降，严重时，会导致具有过多转向特
侧向力
性。所以装载货物时也考虑整车质心移动对转向性能的影响。
参考文献：
［１］高延龄主编，汽车运用工程，第三版，北京：人民交通出版社，２００４．［２］余志生主编，汽车理论，北京：机械Ｔ业出版社，２０００．
０
［３］庄ｌ｝｜｝德著，汽车轮胎学，北京：北京理工大学出版社，１９９６．［４］陈新亚著，好车子的一百个标准，北京：机械工业出版杜，２００９．［５］高峰主编，汽车底盘构造与维修，北京：机械工业出版社，２０１０．
圈Ｃ
弯道内侧，致使车身打转，甚至使汽车原地掉头，严重时还会发生翻车事
万方数据
匝圃
ＳｌＬｌＣＯＮ
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ｆ高新技术产韭发展】
论汽车转向特性
王圣惟
（江苏省交通技师学院江苏镇江２１２００６）
摘要：汽车转向过程中会出现不同的转向特性，这种特性是由车辆本身的特性决定的，不同转向特性的车辆表现出来的安全稳定性也不一致，我们通过理
论分析能够正确认识汽车的转向性能。
关键词：汽车；转向：分析
中图分类号：Ｆ５４文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－－７５９７（２０１０）０８１００２０－－０１
汽车转向特性一般分为三种，即：不足转向、中性转向和过度转向。“转向不足”的车辆过弯时会出现’推头”想象，表现为前轮打滑，失去转向力而直直地冲向弯道外侧。
而“转向过度”的车辆过弯时会出现“甩尾”现象，表现为后轮打滑，失去抓地力车头指向弯道内侧，致使车身打转，甚至使汽车原地掉头，严重时还会发生翻车事故。
。推头”和“甩尾”都是汽车过弯时会出现的两种不稳定现象。判定车辆具有何种转向特性的一般方法（如图ａ所示）：
如果车轮是刚性车轮（没有弹性变形），那么汽车后轴中点的速度吒的方向是沿着汽车纵轴线方向，但由于轮胎的的偏离，在转向过程中左右后轮上作用有侧向力，结果后轴中点的速度Ｋ偏离纵轴线一个夹角岛（％称为后轴偏离角）。
同样如果车轮是刚性车轮，转向时左右前轮转角是不相等的，前轴中点速度Ｋ与纵轴线夹角为６－－０．５（６左＋８右），其中６左和６右分别为左右前轮的转角。同样由于弹性轮胎的偏离，产生前轴偏离角啦，结果前轴中点速度巧与纵轴夹角为（６一ｑ）。
过前后轴中点分别作Ｋ和‘的垂线，交点即为汽车的瞬时转向中心０，下面来决定０点的位置参数ｃ和转向半径Ｒ。
因为三＝Ｒｔａｎ岛＋盖伍ｎ移一喁），所以
不足转
Ｒ：——————兰——一。———ＬＣ＝Ｒｔａｎ佤：—兰塑竖：一些２咖呸＋ｔａｎ（万一ｑ）甜岛一吗
ｔａｎ呸＋ｔａｎ（８一喁）・弦吗一ｑ如果车轮是刚性的，即ｑ＝％＝０，则有ｃ＝ｏ，瞬时转向中心在后轴延长线上
图８
Ｔ
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将方向盘转过一定角度，然后驱动汽车绕瞬时转向中心转向，如果车辆越转越往外走，即转向所画的圆弧越来越大，转向半径越来越大，则车辆具有不足转向特性。反之，如果车辆越转越往里转。即转向所画的圆弧越来越小，转向半径越来越小，则车辆具有过度转向特性。当然如果车辆转向半径不变，转向中心一定，则车辆具有不足转向特性。
下面我们来分析一下转向特性形成的原因：
因为车轮不是刚性的。所以在运动过程中会有变形，以至于会发生侧偏现象，即汽车高速行驶开始转向时，因受汽车向前行驶的惯性作用，汽车会对转向产生瞬时抵抗，便产生了轮胎侧偏角，即汽车行驶方良与车轮朝向所成的夹角，我们把这个夹角叫侧偏角，我们用希腊字母ａ表示这个角度的大小，侧偏角的大小与轮胎结构，车轮铅垂载荷以及地面的附着系数有关系．下面是汽车转向简图（图ｂ）：
特性．
此时Ｒ＝』≮＊．＝ＪＬ．ａ
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对于装轮胎的车辆，如果ｑ２钙，则转向半径Ｒ和刚性轮相等。这时称汽车具有中性转向特性。但ｑ２吒≠０，所以ｃ≠Ｏ，即两者的瞬时转向中心并不重合，所以行驶轨迹也不一致。
如果ｑ＞钙，则转向半径要比刚性轮大，这是称汽车具有不足转向的如果ｑ＜呸，则转向半径要比刚性轮小，这是称汽车具有过多的转向的特性。
由此可见影响汽车转向特性的是前后轴的的偏离角度，而偏离角度又受前后轴的载荷、轮胎特性和地面附着系数的影响。
具有过多转向特性的车辆是不稳定、不安全的。一般应具有适度的不足转向特性。
下面我们来分析一下具有过多转向特性的车辆和具有不足转向特性的车辆在侧向力作用下的运动，如图ｃ。
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从图中我们可以看出．不足转向特性的车辆（ｑ’％）与过多转向特性的车辆（喁‘％）在相同侧向力的作用下，形成的瞬时转向中心不一致，分别位于车辆两侧，不难看出具有不足转向特性的车辆产生的离心力分力与侧向力方向相反，能够抵消一部分侧向反力，减小侧向力对车辆运动的影响，而过多转向的车辆产生的离心力分力与侧向力同向，则加剧
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。转向不足”的车辆过弯时出现的前轮打滑，失去转向力而直直地冲向弯道外侧的现象就是不足转向的车辆能抗外力而保持自己原有的运动状态的能力的一个表现。
而“转向过度”的车辆过弯时出现的后轮打滑，失去抓地力车头指向
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万方数据
【高新技术产业发展】，ｉ鬓麓
电停电，主变换器从蓄电池获取电能继续不间断地对负载供电。这种ＵＰＳ能够获得优良的输入、输出特性，还可减少变换器总容量，提高运行效率并增强ＵＰＳ过载能力。缺点是主电路和控制电路相对复杂，降低了系统的可靠性。
综上所述，在市电故障时，各种ＵＰＳ的输出电能质量取决于逆变器输出电压质量，差别不会很大，只有在市电正常时，由于电路结构和工作状态不同，各种ＵＰＳ的性能差别较大。
２ＵＰＳ的发展方向
２．３智能化
智能化要求，对运行中ＵＰｓ状态进行检测，及时发现并处理故障。这需要借助计算机技术，对各类信息进行分析综合，用程序控制ＵＰＳ的起动、停止和定期自检，实现无人值守的自动操作。还可以根据需要控制整流部分，自动对蓄电池进行分阶段恒流充电。
２．４网络化
ＵＰＳ应具有联网功能。在网上可以随时观察ＵＰＳ的各项运行参数，而且在市电或ＵＰＳ故障时，可以向服务器、工作站等发出信息；当市电停电或蓄电池放电将要结束时，能够按照预先约定有序地关闭工作站、服务器等，使修理维护、操作、查询、监控更加便捷。
２．５绿色化
电网质量标准的提高，要求ＵＰＳ的输入功率因数不能太低，应尽量减小输入电流的谐波和从电网吸取的无功能量。以往常用的不可控整流电路及相控整流电路不能满足这一新要求。加强抗电磁于扰能力，降低辐射干扰，将ＵＰＳ输人功率因数提高到理想程度，这就是绿色无污染ＵＰＳ。一般常采用有源功率因数校正的方法提高ＵＰＳ功率因数。
ＵＰＳ系统模块化和冗余化设计
随着ＩＴ业数据处理量的加大以及应用范围的扩大，对供电质量提出了更高的要求，同时对ＵＰＳ也提出了更高的要求。目前ＵＰＳ技术的发展方向主要有：提高逆变器的开关频率。应用新型开关器件实现高效率、小型化；采用微机控制实现ＵＰＳ的智能化和网络化；采用全数字控制手段，满足各种负载（如非线性负载、三相不平衡负载）的要求、减少谐波、提高可靠性；在ＵＰＳ输入侧设置必要的功率因数校正装置，实现ＵＰＳ的绿色化：采用冗余并机技术，提高ＵＰＳ的容量和可靠性，即实现ＵＰＳ的大容量单机冗余化。
２．１控制系统的全数字化
近年来，随着专用集成电路（ＡＳＩＣ）、现场可编程逻辑器件（即ＧＡ）及数字信号处理器（Ｉ）ＳＰ）技术的发展，ＵＰＳ的控制逐渐由模拟控制转向数字控制，即向数字化方向发展。控制电路的元器件数量明显减少，提高了系统的抗干扰能力。电源输出控制采用软件处理，设计、调试和修改灵活，电源性能一致性好。采用高档微处理器和数字信号处理器的数字化控制，有利于提高ＵＰＳ的效率、可靠性以及多台ＵＰＳ的并机，容易实现与计算机网络的通信，通过网络对关键器件进行有效监视，对已发生的故障进行冗余措施处理。
与ＵＰＳ的数字化控制相对应，各种各样的离散控制方法已成为研究的热点，如无差拍控制、重复控制、离散滑模控制及人工神经网络控制等。
２．２主电路拓扑高频化和软开关技术
ＵＰＳ的高频化，一方面是指逆变器开关频率的提高，由于新型开关器件ＩＧＢＴ的广泛使用，中小容量ＵＰＳ逆变器的开关频率已经可以做２０ｋｌｉｚ左右，大容量ＵＰＳ开关频率一般在ｌＯｋＨｚ左右；ＵＰＳ高频化的另一方面体现在中小容量ＵＰＳ中，即采用高频隔离的形式取代笨莺的工频隔离变压器，这是ＵＰＳ高频化的真正意义。高频隔离可以采用两种方式实现：＿种方式是在整流器与逆变器之间加一级高频隔离的ＤＣ／ＤＣ变换器，另一种方法是采用高频链逆变技术。
开关器件的开关损耗会给高频化带来不利影响，为此，采用软开关技术，减小器件应力和发热，提高系统工作效率，成为今后ＵＰＳ技术的必然趋势。
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这可以提高系统的灵活性、可靠性。各个模块处于均流运行，功率开关器件的电应力降低，开关损耗减小，电源系统的体积、蕈量大为降低。由于模块的标准化，因而电源产品种类减少，便于规范化，同时为实现高可靠性的电源系统提供了可能。模块化打破了ＵＰＳ在功率上的局限，可像搭积木一样根据用户的需求任意组合．当其中某一个模块发生故障时，可以热更换此模块，其他模块则平均分摊故障模块的负载，不影响系统的工作，从而提高了系统的安全性，方便了维护，节约了投资。
随着电源设备系统化和网络化的实施，对电源模块并联冗余的要求也越来越高，电源系统并机模块的数量也越来越多。近几年来出现了专门作为并联的全冗余电源系统，这种全冗余设计是指不但在控制电路上采用冗余设计，而且在功率变换部分也采用冗余设计。如在ＵＰＳ系统中，整流器、逆变器、静态开关等均采用冗余设计，这使整个系统的可靠性大幅度提
高。
参考文献：
［１］陈坚，电力电子学（第二版）［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００４
作者简介：
杨子立（１９６５一），女，硕士，副教授。
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故也是过度转向车辆不稳定的一个表现。
车速越高，这种现象越明显，所以过弯时一定要减速行驶。
为了提高车辆过弯时的稳定性，我们设计了四轮转向系统即
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４ＷＳ（４Ｗｈｅｅｌ
Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）除了传统的以前轮为转向轮，后两轮也是转向轮，
以使汽车快速安全的通过弯道。最大可能减小转向特性对汽车行驶稳定性的影响。
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最后还要说明一点，载荷变化会引起车辆质心位置改变，会影响到转向特性。质心后移，使不足转向量下降，严重时，会导致具有过多转向特
侧向力
性。所以装载货物时也考虑整车质心移动对转向性能的影响。
参考文献：
［１］高延龄主编，汽车运用工程，第三版，北京：人民交通出版社，２００４．［２］余志生主编，汽车理论，北京：机械Ｔ业出版社，２０００．
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［３］庄ｌ｝｜｝德著，汽车轮胎学，北京：北京理工大学出版社，１９９６．［４］陈新亚著，好车子的一百个标准，北京：机械工业出版杜，２００９．［５］高峰主编，汽车底盘构造与维修，北京：机械工业出版社，２０１０．
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弯道内侧，致使车身打转，甚至使汽车原地掉头，严重时还会发生翻车事
万方数据
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