根据所测参数，汽车操纵稳定性路上试验所需测定的参数和仪器有：用非接触式行驶速度仪或第五轮仪和时间信号发生器测定行驶速度和时间；用转向参数测量仪或转向盘测力仪测量转向盘作用转矩及转角；用加速度计测量侧向加速度（或测出汽车横摆角速度ω_r和转弯半径R后，由Rω²_r求得）；汽车横摆角速度用二自由度角速度陀螺仪来测量，汽车的航向角和车厢侧倾角用三自由度航向陀螺仪和垂直陀螺仪来测量。

1.转向参数测量仪

图6-40所示为国产ZC-2型转向参数测量仪，该仪器由操纵盘、主机箱、连接叉和定位杆四部分组成，具有测试转向盘自由行程、转向角和转向力的功能。操纵盘实际上是一个附加转向盘，用螺栓固定于三爪底板上，底盘与连接叉间装有力矩传感器，以测出转向时的操纵力矩；连接叉通过装在其上的长度可伸缩的活动卡爪与被测转向盘连接；主机箱固定在底盘中央，内装力矩传感器、接口板、微机板、转角编码器、打印机和电池等；从底板下伸出的定位杆，通过磁座附在驾驶室内仪表板上，其内端与装在主机箱下部的光电装置连接。使用时，把转向测量仪对准被测转向盘中心，调整好三只伸缩爪的长度，使之与转向盘牢固连接后，转动操纵盘的转向力通过底板、力矩传感器、连接叉传递到被测转向盘上，使转向轮偏转实现汽车转向。此时，力矩传感器把转向力矩转变成电信号，定位杆内端所连接的光电装置将转向角的变化转化为电信号。传感信号输送至主机箱后，由装在其内的微机自动完成数据采集、转角编码、运算、分析、存储、显示并打印出所测结果。

图6-40 转向参数测量仪

2.陀螺仪

在汽车操纵稳定性试验中，经常要在汽车运动状态下测定其一些动态运动参数，例如汽车行进方位角、汽车横摆角速度、车身侧倾角及纵倾角（俯仰角）等。这些运动参数通常用陀螺仪进行测量。陀螺仪分为二自由度陀螺仪和三自由度陀螺仪。

（1）基本原理

陀螺仪是一个安装在内、外框架上能高速旋转的转子，并且该转子还能在框架内绕自转轴线上的一个固定点向任意方向回转。这种测量装置具有下述两个基本特性。

①定向性。转子高速旋转时，除非受到外力的作用，转子轴线的方向将一直保持不变。

②进动性。当转子不自转时，若把一个重物挂在内框架上，在重力作用下，内框架将向着重物的作用方向翻转（图6-41a）；当转子高速自转时，内框架受外力作用时并不翻转，而外框架将绕其自身的转动轴线发生偏转（图6-41b）。

图6-41 陀螺仪进动性原理图

1—转子 2—内框架 3—外框架 4—支架

陀螺仪的这两个基本特性可用动量矩定理解释。按动量矩定理，陀螺仪运动时满足下式：

式中 H——转子绕定点转动时的动量矩；(www.daowen.com)

T′——陀螺仪受的外力矩。

当T′=0时，H为常数，即H的大小和方向都不变，表现为定向性。当T′≠0时，由于外力矩T′不能增大转子的自转速度，于是转子以产生绕铅垂轴转动的方式来增大其动量矩，表现为进动性。当改变外力矩的作用方向时，进动方向也随之发生改变。

试验时，可以根据测定的运动参数选用不同的陀螺仪。例如，测量角位移时通常选用三自由度陀螺仪，测量汽车回转角速度时选用二自由度陀螺仪。

（2）三自由度陀螺仪

三自由度陀螺仪由转子、内框架和外框架组成（图6-42）。转子在内框架内高速转动，内框架又可以沿其轴线在外框架中转动，外框架则通过支座（外框架转动轴线）安装在被测物体上。

三自由度陀螺仪可以根据其定向性原理来测量角位移。由图6-42a可知，当转子轴线垂直于地平面时，陀螺仪外框架相对底座转角φ则能测量汽车的侧倾角，而陀螺仪内框架相对外框架转角则可测量汽车点头角。

图6-42b所示的三自由度陀螺仪，在安装时转子轴线与地面平行，可以用来测定行驶方向角γ的变化。

（3）二自由度陀螺仪

二自由度陀螺仪主要是用来测定角速度的，所以，又可称为角速度陀螺仪，其结构如图6-43所示。

图6-42 三自由度陀螺仪

图6-43 二自由度陀螺仪

二自由度陀螺仪主要是用来测定角速度的，区别在于其外框架与被测物体固连在一起，而内框架上安装有弹簧及阻尼系统。

当被测物体绕Ox轴以角速度转动时，内框架将绕Ox轴有一与成正比的转角φ，因而，测量转角φ就能知道被测物体绕Ox轴的角速度。Ox轴称角速度陀螺仪的输入轴（敏感轴），Oy轴称为输出轴。用二自由度陀螺仪测量汽车转弯的角速度时，敏感轴应与通过汽车质心位置并垂直于地面的轴线相重合或平行。

在稳态情况下，为常数，φ角亦为常数。因此，转子轴的运动完全可以看成是一个三自由度陀螺仪绕外框架轴线Ox以角速度进动，这个进动是由于绕内框架轴线Oy轴有外力矩T′作用而产生的，显然，这个力矩是由于转角φ所引起的弹簧恢复力矩。