中间位置转向试验和评价指标

中间位置转向操纵稳定性的参数灵敏度分析和改进

中间位置指的是车辆高速行驶时在直线行使位置附近，方向盘转动范围不太大，转动速度缓慢，侧向加速度较小时的一个区域，这个操纵区域称为中间位置（on-center）。统计结果显示，车辆在高速行驶时，驾驶员绝大多数操纵行为发生在方向盘转动范围不太大，侧向加速度较小的一个区域内，需要急打方向的紧急情况相对较少，在高速公路上尤其如此。在评估车辆高速行驶的操纵性能时，中间位置的路感是一个非常重要的问题，汽车的很多高速操纵稳定性能指标，例如经常评价的车辆是否发飘的问题就需要在这个区域内进行评估。另外，转向系统的非线性特性在转向过程中起着非常重要的作用，尤其是在中间位置。因此，在研究路感各影响因素的同时，重点需要研究干摩擦、液压助力等非线性特性的影响。评价采用的客观评价指标，主要是那些与主观性评价相关性好的中间位置操纵稳定性客观评价指标。

1 中间位置操纵稳定性的客观评价方法

可以通过侧向加速度、方向盘力矩和方向盘转角三者之间的相互关系对整车的操稳进行

评价。

方向盘力矩VS侧向加速度

从图中提取出五个评价指标： 1）方向盘力矩为0时的车辆侧向加速度

方向盘力矩为0时的汽车侧向加速度表征了汽车的回正性能。为了理解这个指标的意义，可以设想汽车在移线运动中方向盘最后要回到直线行驶的位置之前，若松开方向盘，车辆并不会回到直线行驶的位置而会“卡住”在某处。显然，此时方向盘力矩为0，但汽车仍在做大半径的曲线运动，仍有一定的侧向加速度，此加速度越小表明汽车的回正性能越好。 2）侧向加速度为0g时的方向盘力矩

侧向加速度为0g时的方向盘力矩主要反映转向系统的干摩擦。

3）侧向加速度为0g时方向盘力矩梯度

侧向加速度为0g时的方向盘力矩梯度就是方向盘力矩随侧向加速度的变化率，表征了车辆在直线行驶时的“路感”，它主要受到主销几何参数和总传动比的影响。在装有动力转向的车辆上，转向机阀中扭力杆的刚度、转阀的设计及转向系统摩擦都会对其产生影响。 4）侧向加速度为0.1g处的方向盘力矩

侧向加速度为0.1g的方向盘力矩值代表了方向盘非线性力的大小。 5）侧向加速度为0.1g处方向盘力矩梯度

0.1g处方向盘力矩梯度代表车辆的非线性路感，反映的是车辆驶离直线行驶位置时的“路感”。动力转向的车辆在0.1g时的力矩和力矩梯度比机械转向器要小很多，因此路感比机械转向差。

一些车辆中间位置转向试验客观指标的评价值

车型 产地 驱动轴 转向系 方向盘力矩为0时的侧向加速度/g 0g处的方向盘力矩/（N?m） 0g处的方向盘力矩梯度/N?m?g?1 0.1g方向盘力矩N?m 0.1g处的方向盘力矩梯度1.90 2.19 1.83 3.94 2.27 3.46 2.43 4.09 大型 美国 后轴 动力 中型 美国 前轴 动力 紧凑 美国 前轴 动力 紧凑 美国 前轴 手动 运动型 美国 后轴 动力 中型 其它 后轴 动力 中型 其它 前轴 动力 运动型 其它 后轴 手动 -0.110 -0.055 -0.063 -0.038 -0.054 -0.071 -0.045 -0.109 1.29 0.81 0.78 0.96 0.95 1.57 0.90 1.90 8.8 16.5 13.0 27.5 18.5 25.1 20.6 20.6 4.2 4.7 6.6 15.9 8.4 12.4 7.9 20.3 N?m?g?1

方向盘转角VS侧向加速度

方向盘转角??????侧向加速度 g从图中提取的评价指标：转向灵敏度、最小转向灵敏度和转向迟滞。 1）转向灵敏度

侧向加速度为0.1g时曲线斜率的倒数反映的是转向灵敏度。单位g/°。

2）最小转向灵敏度

图上侧向加速度0g-0.1g之间的曲线上最大斜率处，其值的倒数为最小转向灵敏度，这个灵敏度通常比0.1g的转向灵敏度低很多，主要原因在于非线性的转向柔性，在中间位置转向系比较高的转向柔性和横摆冲击会减小最小转向灵敏度。 3）转向灵敏度比

转向灵敏度与最小转向灵敏度的比值。因为在某种程度上最小转向灵敏度也与0.1g处的转向灵敏度成比例的变化，因此可以将二转向灵敏度进行比较，可以排除由转向柔性对系统分析的干扰，通用公司后来定义此比值为“线性度”。此项指标也可作为车辆易于驾驶程度的评价指标，线性度越高，说明车辆响应变化率与输入变化率的比例化程度越高，车辆也就越容易驾驶，这一点对新司机而言尤显重要。 4）转向迟滞

转向迟滞等于侧向加速度在正负0.1g之间的曲线所包围的面积再除以0.2g。

其他评价指标

郭孔辉在此基础上提出的三个新评价指标：

平均转向灵敏度 将整个中心区操纵性实验数据进行线性回归，其直线斜率的倒数除以100定义为平均转向灵敏度。他的大小介于0.1g转向灵敏度与最小灵敏度之间，因为驾驶员对车辆感觉有滞后，特别对新手来说对细微处不能很好的感觉，更多感觉到的是中心区平均灵敏度，因此，用此指标能反映大多数司机的情况。

平均灵敏度方差 定义实验数据与回归后支线的方差为平均灵敏度方差，由于静摩擦、转向系统柔性等原因造成了非线性，因此，此项指标也是对总体非线性程度的评价。方差越小，

说明这些影响非线性的因素越小，反之越大。如果说0.1g是灵敏度及最小灵敏度是对代表性点处细节的评价，则郭孔辉的这两个指标是对整个中心转向区的综合评价。

线性回归的相关系数 定义为灵敏度线性化系数评价指标，越接近1越好，这与线性度指标类似。

2.3方向盘力矩对方向盘转角

有两个评价参数由方向盘力矩对转角特性关系图中导出，它们是0度转角时方向盘力矩及0度转角时方向盘力矩梯度，即常提到的转向的“刚度”，这个术语可能来自于此参数的单位（如：每单位角位移变化引起的力矩变化）。然而，这个参数并不是通常意义上的转向系统刚度。这些特性更接近需要精确控制操作（如闭环控制）的“感觉”，而在正常公路行驶时的转向开环控制意义不大。 2.3.1.平均方向盘力矩梯度

将数据进行线性回归，其直线斜率定义为平均方向盘力矩梯度。因为驾驶员对车辆感觉有滞后，特别对新手来说对细微处不能很好感觉，更多感觉到的是一种平均程度，它是中心区转向时“路感”的平均度量。用此指标能反映大多数司机的情况。 2.3.2.平均方向盘力矩梯度方差

实验数据与回归后直线的方差为平均方向盘力矩梯度方差。由于静摩擦、转向系统柔性特别是动力转向助力等原因造成了系统非线性，因此，此项指标也是对总体非线性程度的评价。方差越小，说明这些影响非线性的因素较小，反之就越大。 2.3.3.线性回归的相关系数

线性回归的相关系数定义为“方向盘力矩梯度线性化系数”评价指标，越接近1越好，这与线性度指标类似。

另外，日本丰田公司的Akira Higuchi 和Hideki Sakai 经过多次试验，采用多个驾

驶员，研究中心区操纵稳定性的评价方法。根据中心区操纵稳定性的主观评价与客观评价指

标的相关性，分别从三个方面得出了以下结论[14]：

2.4方向盘力矩特性

方向盘力矩特性即方向盘力矩对侧向加速度特性。力矩梯度以及力矩梯度的线性度

是表示了方向盘的力矩特性的两个稳态评价指标。力矩梯度是指中心区侧向加速度对方向盘力矩的变化率dy/dT，因此，力矩梯度越小，侧向加速度引起的力矩越大。力矩梯度的线性度，是指中心区力矩梯度与非中心区力矩梯度之比。实验表明，力矩梯度的线性度越小，驾驶员的主观评价越高。

2.5平面运动特性

平面运动特性即侧向加速度对方向盘转角特性，侧向加速度增益即为汽车在非中心区侧向加速度对方向盘转角之比，侧向加速度增益的线性度是指中心区侧向加速度增益与非中心区侧向加速度增益之比。此值越大，表明线性度越好，主观感觉就越好。

2.6侧倾运动特性

侧倾运动特性即侧倾角对侧向加速度特性，侧倾率表示侧向加速度值较小时的范围内的

侧倾角对侧向加速度的变化率，试验表明，此值越小，主观评价越高。侧倾角延迟时间与主观评价的相关性不大。

综合以上两种评价方法，本文拟采用其中与主观评价相关性较好的参数作为本章的客观评价指标，具体指标是方向盘力矩对侧向加速度特性下的方向盘力矩为0时的汽车侧向加速度，0g时的方向盘力矩，0.1g时的方向盘力矩，0g时的方向盘力矩梯度 ，0.1g时的方向盘力矩梯度五个评价指标和方向盘转角对侧向加速度特性下转向灵敏度，最小转向灵敏度，0.1g下的转向灵敏度三个客观评价指标来对中心区操纵稳定性的参数灵敏度进行分析[14]。

3 中心区操纵稳定性的参数灵敏度分析

3.1 仿真工况及参数

运用第二章所建立的动力转向系统的汽车操纵稳定性仿真模型，进行动力转向系统不同参数特性的计算机仿真，分别从转向系统的角传动比、阻尼、干摩擦、车轮定位参数以及液压助力几个方面进行。

采用中心区操纵稳定性仿真实验，过程如下：在车辆加速到100km/h后，驾驶员随后输入一个连续正弦转向。转向频率为0.2Hz，转向输入要足够大，使侧向加速度峰值大约为0.25g。

仿真实验车的原车参数如下表所示。

表3-2 仿真实验轿车的整车以及转向系参数

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 13 名称 整车质量 整车绕z轴惯量 方向盘转动惯量 转向前轮绕主销转动惯量 齿条质量 轴距 整车质心至前后轴距离 前轮有效侧偏刚度系数 后轮有效侧偏刚度系数 转向器线角传动比 符号 参数值 1360 1992.5 0.069 0.82 2.57L 2.548 1.063/1485 74371.53192 78618.20356 0.00877167 量纲 M IZ ISW Kg Kgm2 Kgm2 Kgm2 IFw MR Kg L a/b Kf m m N?m/rad N?m/rad m/rad Kr iS

14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 转向器至前轮传动比 齿条助力活塞面积 转向器小齿轮节圆半径 转向柱粘性阻尼系数 转向主销粘性阻尼系数 转向器粘性阻尼系数 前轮回正力臂 转向器正向传动效率 转向器逆向传动效率 助力系统效率 转向系统齿条干摩擦 转向主销干摩擦 摩擦松弛角 主销后倾角 主销内倾角 iL 0.14388167 7.06858E-4 0.00877 0.124 394/2 2200 0.068 1.0 0.92 1.0 150 60 0.01 1.80 13.125 m/rad m2 AP RP HSW HKP m NS/m NS/m NS/m HGR D0 m 无 无 无 N N.M 无 ?F ?B ?PS FG FC ?s ? ? ??? ??? 如图3—6所示为本程序的仿真结果的实验参数的时间历程图，本章将取其中的一个正弦作为我们分析的数据，详细介绍各个转向系统各参数对中心区操纵稳定性的影响。

542015方向盘转矩3210-1方向盘转角1050-5-10-15?n?m?-2-3-4-50246810???-20024681012时间?s?

时间?s?

图3-3方向盘力矩随时间变化历程图

0.150.10图3-4方向盘转角随时间变化历程图

3?rad/s?-0.05-0.10-0.150246810m/s2横摆角速度0.050.00侧向加速度210-1-2-30246810时间?s?

时间?s?

图3-5横摆角速度随时间历程图 图3-6侧向加速度随时间历程图

3.2 参数灵敏度分析

1.转向系统转向传动比对中心区操纵稳定性的影响

1）转向器齿轮半径

在车辆工业中，通常将齿轮比定义为方向盘转角与前轮转角之比值；观察低速下之转向行为可以发现，齿轮比的降低可以减少方向盘转至左、右死点之圈数，对于驾驶员在停车或大角度回转时，可以提高其操控上的便利性，然而相对于高速下之转向特性，车辆转向反映过于灵敏（即齿轮比太小）反而容易造成危险，因此车辆转向系之齿轮比的变化为影响驾驶员行为的关键因素[16]。

54320改变前改变后15改变前改变后方1向盘0转-1矩-22方向盘转角1050-5?n?m?-4-5-3-2-10-3???侧向加速度-10-15-20-3-2-10123?m/s?2123

图3-7方向盘力矩对侧向加速度特性

侧向加速度?m/s?2

图3-8方向盘转角对侧向加速度特性

由图3-7和3-8可以看出，当齿条半径由STEER_GR = 0.00877减小到STEER_GR = 0.0066时，齿条半径减少24.7%，方向盘力矩减少41.8%，侧向加速度减少29.4%，由方向盘力矩对侧向加速度特性图看出，力矩为0时的侧向加速度由-0.078g变为-0.068g，此值越小表示汽车的回正性越好。0g时的方向盘力矩由0.97N?m减小到0.87N?m；0.1g时的力矩2.201N?m减小到1.71N?m, 0g时的力矩梯度为减小，0.1g时的力矩梯度减小。由方向

盘转角对侧向加速度特性图看出，0.1g处的转向灵敏由0.0189g/100?deg减小为 0.0127g/100?deg。

2）齿条位移到右前轮转角传动比

由图3-9和3-10中曲线表明:当齿条位移到右前轮转角传动比IL1， IL2由 IL1 = 0.1454867m/rad ，IL2 = 0.1454867m/rad 分别减小为 IL1 = 0.1054867m/rad， IL2 = 0.1054867m/rad时，角传动比减小40%，方向盘力矩增大了27%，侧向加速度增大了38%。从方向盘力矩对侧向加速度特性图中可以看出：力矩为0时的侧向加速度由-0.078g变为-0.071g，此值越小表示汽车的回正性越好。0g时的方向盘力矩由0.97N?m减小到0.85N?m；0.1g时的力矩2.201N?m减小到2.01N?m, 0g时的力矩梯度为11.9N?m?g?1,没有发生变化。 0.1g时的力矩梯度变化不大。从方向盘转角对侧向加速度的特性图上看出：0.1g处的转向灵敏度由0.0189g/100?deg增为0.02487g/100?deg。

54方向盘转矩3210-1-2-3-4-5-4-3改变前改变后15方向盘转角1050-5改变前改变后?n?m????-10-15-2-10侧向加速度?m/s?21234-4-3侧向加速度-2-10?m/s?21234

图3-9方向盘力矩对侧向加速度特性 图3-10方向盘转角对侧向加速度特性

转向系统的转向传动比对中心区操纵稳定性影响较大，它不仅影响操纵稳定的路感，而且对转向的灵敏度影响也有很大影响。减小或增大传动比，可以增加或降低汽车转向灵敏度。低速时，为了降低驾驶员的转向负担，可以采用小传动比，增加汽车的转向灵敏度；高速时，为了不至于使汽车对转向输入太敏感，增加驾驶员的精神负担，可采用较大传动比，降低汽车的转向灵敏度。在助力特性不变的条件下，减小或增大传动比，可以增加或降低方向盘力矩。高速可适当减小传动比，以增加高速路感。以上分析表明，转向系统设计成可变传动比，既可以改善汽车转向灵敏度，又可以提高高速时汽车路感。因此，汽车电子转向系统是理想的汽车转向系统，是未来的发展趋势。 2.转向系统阻尼对中心区操纵稳定性的影响

1）转向器阻尼对中心区操纵稳定性的影响

5415方向盘转矩3210-1-2-3-4-5-4-3改变前改变后10改变前改变后?n?m?方向盘转角50-5???-10-15-2-10侧向加速度?m/s?21234-4-3-2

侧向加速度-10?m/s?21234

图3-11方向盘力矩对侧向加速度性 图3-12方向盘转角对侧向加速度性

图3-11和3-12中曲线表明，当转向器阻尼由H_GR = 2200N?s/m增大到H_GR = 4400N?s/m时，转向器阻尼增大100%，方向盘力矩和侧向加速度均没有明显的变化。方向盘力矩梯度及其线性度，最小转向灵敏度均变化不大，因此转向器阻尼在此变化范围内对中心区的操纵稳定性的影响不大。

2）主销转动阻尼对中心区操纵稳定性的影响

图3-13和3-14中曲线表明，当主销转动阻尼由H_KP = 197N?s/m增大到 H_KP = 394N?s/m时，主销转动阻尼增大了100%，方向盘力矩减小了5.5%，侧向加速度减小了4.5%。从方向盘力矩对侧向加速度特性图中可以看出：力矩为0时的侧向加速度由-0.078g减小到-0.071g，此值越小表示汽车的回正性越好。从方向盘力矩对侧向加速度特性图看出：0g时的方向盘力矩，0.1g时的力矩, 0g时的力矩梯度，0.1g时的力矩梯度，基本没有发生变化。从方向盘转角对侧向加速度的特性图上看出：0.1g处的转向灵敏度增大，最小转向灵敏度基本不变。和0.1g处的方向盘转角均明显增大，0g处的方向盘转角由1.567增大到5.092，0.1g处的方向盘转角由7.57增大到10.186。

54方向盘转矩3210-1改变前改变后1510改变前改变后?n?m-2?-3-4-5-4-3-2-10方5向盘0转-5角???-10-15侧向加速度?m/s?21234-4-3-2

侧向加速度-10?m/s?21234

图3-13方向盘力矩对侧向加速度特性 图3-14方向盘转角对侧向加速度特性

阻尼对中心区操纵稳定性影响不大。由于车速较高，方向盘转动范围不大，且转动比较缓慢，所以阻尼对中心区的操纵稳定性作用较小。但阻尼过小，会影响汽车的撒手稳定性。图中仿真曲线也表明了这一点。

3.转向系干摩擦对中心区操纵稳定性的影响

在转向过程中，转向系各零部件之间存在一定的摩擦，这种摩擦称为转向系的干摩擦，

且干摩擦总是与部件的运动速度方向相反。干摩擦与转向轮的回正力矩共同形成方向盘操舵力矩，而驾驶员“路感”则是对应转向轮回正力矩部分，这样，如果干摩擦太大，则会影响驾驶员的“路感”信息，从这个角度来说，干摩擦应越小越好，但另一方面，如果逆传递的干摩擦太小，也会增大不平路面对方向盘的冲击。 1）转向器干摩擦对中心区操纵稳定性的影响

54315改变前改变后10改变前改变后方向盘转矩210-1-2方5向盘0转角-5?n?m?-3-4-5-4-3-2-10???-10-15侧向加速度?m/s?21234-4-3-2-10

侧向加速度?m/s?21234

图3-15方向盘力矩对侧向加速度特性 图3-16方向盘转角对侧向加速度特性

由图3-15和3-16中可以看出，当转向器干摩擦由FRIC_G0 = 150.0Ｎ减小到FRIC_G0 = 50.0N时，转向器干摩擦减小了66.7%，方向盘力矩减小了26.5%，侧向加速度仅减小4%，从方向盘力矩对侧向加速度的特性图可以看出，0g时的方向盘力矩明显减小， 0.1g处的方向盘力矩也明显减少,减少0.87N。因此，可以说，转向器干摩擦的变化对方向盘力矩影响较大，而对侧向加速度的影响不大。

2）转向主销干摩擦对中心区操纵稳定性的影响

由图3-17和3-18可以看出，当车轮转向主销干摩擦由FRIC_C0 = 60.0N.M减小FRIC_C0 = 20.0N.M时，车轮转向主销干摩擦减小66.7%，方向盘力矩减小11.8%，侧向加速度减小6%。从方向盘力矩对侧向加速度特性图可以看出：0g时的方向盘力矩，0.1g时的力矩, 0g时的力矩梯度，0.1g时的力矩梯度，基本没有发生变化。从方向盘转角对侧向加速度的特性图上看出：0g和0.1g处方向盘转角增大，转向灵敏度减小。

5415方向盘转矩3210-1-2-3-4-5-4-3改变前改变后10改变前改变后?n?m?方向盘转角50-5???-10-15-2-10侧向加速度?m/s?21234-4-3-2-10

图3-17方向盘力矩对侧向加速度特性

侧向加速度?m/s?21234

图3-18方向盘转角对侧向加速度特性

干摩擦对中心区操纵稳定性影响较大。转向器干摩擦和主销干摩擦对高速汽车中心区路

感都有较大影响。其中齿条干摩擦对方向盘力矩影响较大，但对侧向加速的几乎没什么影响，而主销处的干摩擦对方向盘力矩和侧向加速度均有影响，且影响较大。减小齿条的干摩擦，可减小方向盘力矩，而侧向加速度转向灵敏度不受任何影响，主销干摩擦对方向盘力矩和侧向加速度影响较大，减小主销处的干摩擦可减小方向盘力矩，但同时也减小了转向灵敏度。减小干摩擦，有助于驾驶员感受到真实的地面回正力矩和侧向力，增加高速路感。

4.车轮定位参数对中心区操纵稳定性的影响

1）主销后倾角

主销后倾角与前移量对操纵稳定性的影响主要是通过“后倾拖距”?表现出来的。由于后倾拖距?的存在，使地面侧向力Py构成了M???Py的回正力矩，一方面该力矩由杆系和转向器传到方向盘，使驾驶员感到轮胎接地面的侧向力，这是转向轮的角反馈。后倾拖距在汽车操纵稳定性中所起的作用就是增加了力矩反馈和角反馈。

由图3-19和3-20中曲线表明，当主销静平衡时的后倾角由THETA_STATIC(1) = 0.0314rad ，THETA_STATIC(2) = 0.0314159261rad减小THETA_STATIC(1) =0.015709rad,THETA_STATIC(2) =0.015709rad时 ；主销静平衡时的后倾角减小50%，方向盘力矩减小了17.2%，而侧向加速度没有明显的改变。方向盘力矩为0时的侧向加速度由-0.078g变为-0.104g，0g时的力矩没有改变， 0.1g时的力矩由力矩2.201N?m减小为1.97N?m， 0.1g时的力矩梯度减小，变为0.87N?m?g?1，0g时的力矩梯度变化不大。

5415方向盘转矩3210-1-2改变前改变后10改变前改变后?n?m?-3-4-5-4-3-2-10方向盘转角50-5-10-15-4-3-2-10???侧向加速度?m/s?21234

侧向加速度?m/s?21234

图3-19方向盘力矩对侧向加速度特性 2）主销内倾角

主销后倾角与前轮偏距所造成的回正力矩是与前轮偏距所造成的回正力矩与汽车侧向力Fy成正比的，而在一定的前轮转角下，Fy是与车速的平方成正比的。车速越高，回正力矩越大。而当车速很低时，Fy很小，主销后倾角与前轮距就几乎不产生回正作用。因此，为了保证低速行驶时得回正作用就需要设置主销内倾角。

图3-20方向盘转角对侧向加速度特性

515方向盘转矩43210-1-2改变前改变后方10向5盘转0角改变前改变后???-5?n?m-3?-4-5-4-3-2-10-10-15侧向加速度?m/s?21234-4-3-2-10

图3-21方向盘力矩对侧向加速度特性

图3-22方向盘转角对侧向加速度特性

侧向加速度?m/s?21234图3-21和3-22中曲线表明，当主销静态时的内倾角由PHI_STATIC(1) = - 0.22907rad，PHI_STATIC(2) = 0.22907rad（?） ；减小到PHI_STATIC(1) = - 0.0894rad，PHI_STATIC(2) = 0.0894rad时，主销静态时的内倾角减小了38%，而方向盘力矩和侧向加速度均没有明显的变化。因此可以说，主销内倾角对中心区的操纵稳定性影响不大。

由于主销内倾角的存在，当前轮转向时，将使车身有抬高的倾向，这种系统位能的提高也会产生前轮的回正力矩。而后倾拖距造成的回正力矩是与侧向力成正比的，或者说是与离心加速度成正比的。而由主销内倾所造成的回正力矩却与侧向力无关。因为离心加速度为

V2/R，在R一定时，它与车速V的平方成正比。也就是说，由于后倾拖距造成的回正力

矩是与车速的平方成正比的，在低速时，该回正力矩很小；在高速时则较大，但由于主销内倾造成的回正力矩与车速无关。即在低速时具有与高速时一样的回正力矩。在高速行驶时，主销后倾造成的回正力矩要比内倾角造成的前轮回正力矩大得多，在低速行驶时，前轮的回正力矩却要比主销后倾造成的回正力矩大得多，因此可以说，后倾拖距?主要是在高速时起回正作用，而主销内倾主要在低速时起回正作用。两者互相补充，使汽车在整个车速范围内都具有适当的回正作用。图中仿真曲线的变化也表明了主销后倾角对方向盘力矩有影响，而主销内倾角对中心区操纵稳定性影响不大。

5. 液压助力特性对中心区操纵稳定性的影响

x 1087液6压阀5压力43210-505方向盘力矩(N.M)6

123如图3-23所示，第二章的中的液压助力曲线模型，不同的液压助力曲线形式对中心区操纵稳定性的影响不同，我们根据实验数据，改变助力曲线的形式，得到如图所示的液压助力曲线，经过仿真得出如下结果：

x/t拟合公式：y?y0?A*e

第一条曲线拟和为： 当方向盘力矩大于零时，

图3-23 液压助力曲线 y0= -3775.53，A=1565.33，t=0.55908

?Msw/0.5590? 8 (3-1) FPS??3775.53?1565.33?exp当方向盘力矩小于零时，y0= 3775.53，A= -1565.33，t= -0.55908

FPS?3775.53?1565.33?exp??Msw/0.55908? (3-2)

第二条曲线的拟和公式为：

当方向盘力矩大于零时，y0= -3775.53，A= 3000.33，t= 0.55908

FPS??3775.53?3000.33?exp?Msw/0.55908? (3-3)

当方向盘力矩小于零时，y0= 3775.53，A=-3000.33，t= 0.55908

FPS?3775.53?3000.33?exp??Msw/0.55908? (3-4)

第三条曲线的拟和为：

当方向盘力矩大于零时，y0= -3775.53，A= 50.33，t= 0.55908

FPS??3775.53?50.33?exp?Msw/0.55908? (3-5)

当方向盘力矩小于零时，y0= 3775.53，A= 5-0.33，t= -0.55908

FPS?3775.53?50.33?exp??Msw/0.55908? (3-6)

1）第一种情况：正常情况下的液压助力曲线

由图3-24看出，当液压产生助力时，方向盘力矩明显减小，而侧向加速度不发生改变，

由中心区操纵稳定性的客观评价指标可以看出，当液压助力起作用时，力矩梯度的线性度明显减小，方向盘力矩为0时的侧向加速度也没有发生变化，所以，对回正性没有什么影响。0g时的力矩没有发生变化， 0.1g时的力矩减小为1.87， 0g时的力矩梯度不变，0.1g时的力矩梯度减小为8.2N?m?g?1。

5415方向盘转矩3210-1-2-3-4-5-4-3改变前改变后方向盘转角1050-5改变前改变后?n?m????-10-15-2-101234侧向加速度?m/s?2-4-3-2-10

侧向加速度?m/s?21234

图3-24 正常情况下的液压助力曲线

2）第二种情况：液压助力较大时的情况

在图3-25中所示的液压曲线的作用下，方向盘力矩大大减小，侧向加速度没有明显变化，此时的最小转向灵敏度没有发生明显的变化。方向盘力矩对侧向加速度的梯度及梯度的线性度减小，线性度几乎等于0，因此，此时的“路感”更差。

5415方向盘转矩3210-1改变前改变后10改变前改变后?n?m?-2-3-4-5-4-3-2-10方5向盘0转-5角???侧向加速度-10-15?m/s?21234-4-3-2-10

侧向加速度?m/s?21234

图3-25 液压助力较大时的情况

3）第三种情况：液压助力较小时的情况

在图3-26所示的助力下，方向盘力矩和侧向加速度均没有明显的变化，因此所起助力较小，所以对中心区的操纵稳定性没有什么改善。

54方2向盘1转0矩-13改变前改变后1510改变前改变后?n?m?-3-4-5-4-3-2-10-2方向盘转角50-5???-10-15侧向加速度?m/s?21234-4-3-2-10

图3-26 液压助力较小时的情况

侧向加速度?m/s?21234

液压助力特性对中心区操纵稳定性影响较大，当液压产生助力时，方向盘力矩明显减小，而侧向加速度不发生改变，力矩梯度的线性度明显减小，路感变差。传统的液压助力的转向系统由于助力特性一定，不随车速而改变，如果增大液压

助力，虽然低速时转向轻便，却降低了高速时的路感，不利于驾驶员感知路面状况。

4中心区操纵稳定性的改进方法

上节从转向系统的角传动比，阻尼，干摩擦，主销定位以及液压助力等五个方面，通过改变各参数值，对中心区操纵稳定性的影响程度进行了定量的分析，通过仿真，可以看出：对中心区操纵稳定性影响较大的因素有：转向系的传动比、转向器齿轮半径、转向器和主销的干摩擦、主销后倾角以及液压助力特性等五个方面，而转向器阻尼，主销转动阻尼，主销静态时的内倾角等几个参数中心区路感几乎没什么影响。转向器干摩擦，主销静态时的后倾角仅影响方向盘力矩的变化，而对侧向加速度的影响较小。

针对以上分析，可以看出：

1．转向系统的转向传动比对中心区操纵稳定性影响较大，它不仅影响操纵稳定的路感，而且对转向的灵敏度影响也有很大影响。减小或增大传动比，可以增加或降低汽车转向灵敏度。低速时，为了降低驾驶员的转向负担，可以采用小传动比，增加汽车的转向灵敏度；高速时，为了不至于使汽车对转向输入太敏感，增加驾驶员的精神负担，可采用较大传动比，降低汽车的转向灵敏度。在助力特性不变的条件下，减小或增大传动比，可以增加或降低方向盘力矩。高速可适当减小传动比，以增加高速路感。以上分析表明，转向系统设计成可变传动比，既可以改善汽车转向灵敏度，又可以提高高速时汽车路感。因此，汽车电子转向系统是理想的汽车转向系统，是未来的发展趋势。

2．阻尼对中心区操纵稳定性影响不大。由于车速较高，方向盘转动范围不大，且转动比较缓慢，所以阻尼对中心区的操纵稳定性作用较小。阻尼过小，会影响汽车的撒手稳定性。 3．干摩擦对中心区的操纵稳定性影响较大，其中齿条干摩擦对方向盘力矩影响较大，但对侧向加速的几乎没什么影响，而主销处的干摩擦对方向盘力矩和侧向加速度均有影响，且影响较大。减小齿条的干摩擦，可减小方向盘力矩，而侧向加速度转向灵敏度不受任何影响，主销干摩擦对方向盘力矩和侧向加速度影响较大，减小主销处的干摩擦可减小方向盘力矩，但同时也减小了转向灵敏度。

4．主销定位参数对操纵稳定性影响较大。特别是在高速时主销后倾角对方向盘力矩影响更大，但并不影响转向灵敏度。而主销内倾角对中心区操纵稳定性影响不大。减小主销后倾角可减小方向盘力矩的大小，而转向灵敏度不受影响。

5．液压助力特性对中心区操纵稳定性影响较大，当液压产生助力时，方向盘力矩明显减小，而侧向加速度不发生改变，力矩梯度的线性度明显减小，路感变差。传统的液压助力的转向系统由于助力特性一定，不随车速而改变，如果增大液压助力，虽然低速时转向轻便，却降低了高速时的路感，不利于驾驶员感知路面状况。如果采用电控的液压助力动力转向系统（HEPS）或电动助力转向系统（EPS），助力特性可以设计为随车速而变化的形式，低速时采用大助力，高速时采用小助力或不助力，甚至反助力，则可显著改善高速行驶时的方向盘力矩的品质。

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