中间位置转向试验和评价指标

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1、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

2、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0,1.处的曲弹衆址梆衣 才Q XI9方向S讓走x.nlJ. I改&时h;1T1 1III0,2&0,0冬0.2伺向j)o逹虞g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

3、 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Og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

4、其产生影响。4）侧向加速度为 O.1g 处的方向盘力矩侧向加速度为O.lg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 O.1g 处方向盘力矩梯度0.lg 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O.lg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大型中型紧凑紧凑运动型中型中型运动型产地美国美国美国美国美国其它其它其它驱动轴后轴前轴前轴前轴后轴后轴前轴后轴转向系动力动力动力手动动力动力动力手动方向盘力矩为 0时的侧向加 速度/g-0.110-0.055-0.06

5、3-0.038-0.054-0.071-0.045-0.1090g处的方向盘 力矩/（ N - m）1.290.810.780.960.951.570.901.900g处的方向盘 力矩梯度/ N - m - g -1&816.513.027.518.525.120.620.60.1g方向盘力 矩N m1.902.191.833.942.273.462.434.090.1g处的方向 盘力矩梯度N m g -i4.24.76.615.9&412.47.920.3方向盘转角vs侧向加速度IIIII0.2左0.0右0.2Row 方向盘转角Q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

6、和转向迟滞。1）转向灵敏度侧向加速度为o.ig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Og-o.lg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o.lg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

7、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O.lg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 lOO 定义为平均转向灵敏度。他的大小介于 O.lg 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

8、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

9、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

10、。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

11、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

12、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，O.lg时的方向盘力矩，0g时的方向盘力矩梯度,O.lg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， O.lg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

13、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 lOOkm/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 O.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名称符号参数值量纲1整车质量M1360Kg2整车绕z轴惯量IZ1992.5Kgm 23方向盘转动惯量isw0.069Kgm 24转向前轮绕主销转动惯量IFw0.82Kgm 25齿条质量MR2.57 LKg6轴距L2.548m7整车质心至前后轴距离a /

14、b1.063/1485m8前轮有效侧偏刚度系数Kf74371.53192N 一 m / rad9后轮有效侧偏刚度系数Kr78618.20356N 一 m / rad13转向器线角传动比iS0.00877167m / rad14转向器至前轮传动比iL0.14388167m / rad15齿条助力活塞面积Ap7.06858E-4m 216转向器小齿轮节圆半径Rp0.00877m17转向柱粘性阻尼系数HSW0.124NS / m18转向主销粘性阻尼系数HKP394/2NS / m19转向器粘性阻尼系数HGR2200NS / m20前轮回正力臂D00.068m21转向器正向传动效率nF1.0无22转向

15、器逆向传动效率nB0.92无23助力系统效率nPS1.0无24转向系统齿条干摩擦FG150N25转向主销干摩擦FC60N.M26摩擦松弛角9s0.01无27主销后倾角01.80（。）28主销内倾角913.125（。）如图 36 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。0246810方向盘转角O时间G）-20图 3-3 方向盘力矩随时间变化历程图图 3-4 方向盘转角随时间变化历程图横摆角速度50000500100I I I I I I -30 2 4 6 8 10时间(s)3 2 1 0 1

16、侧 向 加 速 度 2s/m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0505050502 1 1 - )1 1 2 方向盘转 角 (-2 -1 0侧向加速度1 c)23/ s 2丿5J_4J_3J_2J-1J_-1J_2 4 -5 方向盘转矩L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

17、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。-2-10/ 1)23侧向加速度 m / s 2丿图 3-7 方向盘力矩对侧向加速度特性图 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0.97 N

18、- m减小到0.87 N - m ； 0.1g时的力 矩2.201 N - m减小到1.71 N - 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，o.lg处的转向灵敏由0.0189 g/100-deg减小为 0.0127 g /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/ra

19、d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 0.97 N - m减小到0.85 N - m ； 0.1g时的力矩2.201 N - m减小到2.01 N - 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 0.02487 g/100 - de

20、g。方向盘转矩-2 -1 0 / 1 2侧向加速度5/s 23-3-3侧向加速度0Q/S2）234方向盘转角图 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

21、。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-3-2 -1 0 侧向加速度54321O-1丄-3-4-5 方向盘转矩仏-1534方向盘转角Q-31侧向加速度（334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 = 2200 N - s / m增大到H_GR = 4400N -

22、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

23、特性图看出: 0g时的方向盘力矩，O.lg时的力矩,0g时的力矩梯度，O.lg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：O.lg处的转向灵敏度增大，最小转向灵敏 度基本不变。和O.lg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, O.lg处的方向盘转角由7.57增大到10.186。-3-2-10(1、234侧向加速度 (/ s 25 4 3 2 1 O-1/-3-4-5 方向盘转矩心图 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

24、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方向盘转 矩-3-2 -1 0 侧向加速

25、度51015 O-51015方向盘转角Q -3侧向加速度0 (m/s2)2343-4-3-2-10(1卡 34侧向加速度 (/ s 方向盘转矩图 3-18 方向盘转角对侧向加速度特性1510 j-15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_GO = 150.0N减小到FRIC_GO = 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

26、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。-4-5图 3-17 方向

27、盘力矩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

28、过“后倾拖距” E表现出来的。由于 后倾拖距的存在，使地面侧向力P构成了M = P的回正力矩，一方面该力矩由杆系和 yy 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) = 0.0314 rad ， THETA_STATIC(2) = 0.0314159261 rad 减 小 THETA_STATIC(1) =0.015709 rad ,THETA_STATIC(2) =0.015709rad 时 ；主销静平

29、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，O.lg时的力矩由力矩2.201 N m减小为1.97 N m，0.1g时的力矩梯度减小，变为0.87 N m g-1，0g时的力矩梯度变化不大。53-(n m )23-4-5+_-4方向盘转矩改变前 改变后图 3-20方向盘转角对侧向加速度特性图 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 F 成正比的，而在一定的前轮转角下， F 是与车

30、速的平方成正比的。车速越高，回正力 yy矩越大。而当车速很低时， F 很小，主销后倾角与前轮距就几乎不产生回正作用。因此，y为了保证低速行驶时得回正作用就需要设置主销内倾角。-4-3-2-10侧向加速度5 4 3 2 1 0 1 4 方向盘转矩m-4-3-2-10(134侧向加速度m / s 2-5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) = - 0.089

31、4rad，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

32、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g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1-58 7 6 5 4 a3 液压阀压力(P205方向盘力矩(N.M)图3-23液压助力曲线如图3-23所示，

33、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：拟合公式：y = y0 + A * ex/t第一条曲线拟和为：当方向盘力矩大于零时，y = -3775.53， A =1565.33， t =0.559080F =3775.53 +1565.33 - expG /0.55908)PS sw当方向盘力矩小于零时， y = 3775.53， A = -1565.33， t = -0.55908 0F = 3775.53 1565.33 - expC M /0.55908)

34、PS sw第二条曲线的拟和公式为： 当方向盘力矩大于零时，y = -3775.53, A = 3000.33, t = 0.559080F =3775.53 + 3000.33 - exp(M /0.55908)PS sw当方向盘力矩小于零时， y = 3775.53， A=-3000.33， t= 0.559080F = 3775.53 3000.33 - expC M /0.55908)PS sw第三条曲线的拟和为： 当方向盘力矩大于零时， y = -3775.53， A= 50.33， t= 0.559080F = 3775.53 + 50.33 - exp(M /0.55908)PS

35、sw当方向盘力矩小于零时， y = 3775.53， A= 5-0.33， t= -0.559080F = 3775.53 50.33 - expC M /0.55908)PS sw(3-1)(3-2)(3-3)(3-4)(3-5)(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

36、度不变，0.1g时的力矩梯度减小为8.2 N - m - g -1。-5-4-3-2-101234侧向加速度rm/ s2)5432bc5 斗方向盘转矩15-15-4-3-2-10r1)23侧向加速度rm/ s2)1050-5(。).-10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。-5-4 -334-4-3-2-10/1彳 34侧向加速度n /

37、s 250-1 方向盘转 角 ()-2 -1 0侧向加速度图 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。1改变前1改变后5J4J3J2J匚0J匚3 4J5 方向盘转短-(4-3-2 -1 0 (1)2侧向加速度rm / s 2/方向盘转 角 ()34图 3-26 液压助力较小时的情况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

38、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

39、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

40、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

41、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。