嚴(yán)新磊

摘 要：汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除了基本的轉(zhuǎn)向功能外，還要滿足其它各種功能的需求。比如操縱穩(wěn)定性、NVH、燃油經(jīng)濟(jì)性、碰撞性能、輕量化及其它功能。操縱穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)汽車安全駕駛的主要指標(biāo);文章主要論述了汽車操作穩(wěn)定性的影響因素及主客觀評(píng)價(jià)，并通過不同測(cè)試操作進(jìn)行相應(yīng)測(cè)評(píng)。

關(guān)鍵詞：汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng);操縱穩(wěn)定性;影響因素;評(píng)價(jià);測(cè)試

中圖分類號(hào)：U463.4 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）20-102-03

Abstract： In addition to basic steering functions， the automotive steering system also need to meet the requirement of various other functions. For example， handling and stability， NVH， fuel economy， collision performance， light weighting and other functions. The handling and stability is the key index of vehicle driving safety. This paper mainly discusses the influence factor and subjective&objective evaluation of vehicle handling and stability， then perform variable maneuver to test the conditions.

Keywords： Vehicle steering system; Handling and stability; Influence factor; Evaluation; Test

CLC NO.： U463.4 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）20-102-03

引言

汽車操縱穩(wěn)定性是指駕駛員在不感到過分緊張、疲勞的條件下，汽車能遵循駕駛者通過轉(zhuǎn)向系及轉(zhuǎn)向車輪給定的方向行駛，且當(dāng)遭遇外界干擾時(shí)，汽車能抵抗干擾并保持穩(wěn)定行駛的能力。

汽車的操縱穩(wěn)定性包含2個(gè)相互關(guān)聯(lián)的不同部分：操縱性和穩(wěn)定性。操縱性是指汽車能夠確切地響應(yīng)駕駛員轉(zhuǎn)向指令的能力，穩(wěn)定性是指汽車從非穩(wěn)定狀態(tài)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的能力，穩(wěn)定性的好壞直接影響操縱性的好壞。

汽車的操縱穩(wěn)定性不僅影響到汽車駕駛的操縱方便程度，而且是關(guān)系到汽車行駛安全的主要因素之一，是評(píng)價(jià)汽車性能優(yōu)劣的重要因素之一，因此在車輛的開發(fā)過程中操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)是必不可少的。

1 概述

車輛操縱穩(wěn)定性包含道路保持能力，穩(wěn)定性，預(yù)見性和可控性。主要用于評(píng)價(jià)駕駛員對(duì)車輛的控制難度，用于表示車輛跟隨駕駛員意圖的情況，而非極限性能，它是復(fù)雜交互作用的綜合，從懸架特性、駕駛技巧到人機(jī)工程學(xué)都對(duì)實(shí)際的操控有影響;車輛操縱穩(wěn)定性并不是指以極限速度變道或蛇形，也不是追求最高的極限加速度，普通駕駛員更關(guān)心的是0.3g內(nèi)的車輛特性，可能在車輛整個(gè)壽命周期中只有一次緊急情況會(huì)高于這個(gè)數(shù)字。具有良好操縱性能的車輛并不像品質(zhì)較差車輛一樣要求較高的駕駛技術(shù)，若某輛車相對(duì)來說難以駕駛，那么這一定是超越了普通駕駛員的技術(shù)水平。因此，對(duì)于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)顯得尤為重要。

2 操縱穩(wěn)定性影響因素和評(píng)價(jià)

2.1 操縱穩(wěn)定性影響因素

車輛操縱穩(wěn)定性影響因素較多，輪胎特性，車輛結(jié)構(gòu)（車重、尺寸、質(zhì)心高度和位置、側(cè)傾和橫擺轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、驅(qū)動(dòng)方式），懸架K&C特性，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特性，整體結(jié)構(gòu)柔度（軸對(duì)軸的扭轉(zhuǎn)和彎曲剛度），空氣動(dòng)力學(xué)特性，電子穩(wěn)定控制，人機(jī)工程學(xué)（如駕駛員位置，座椅支撐和視角），干擾因素（如天氣，道路條件）。

2.2 操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

車輛操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)主要分兩個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行評(píng)價(jià)：穩(wěn)態(tài)操縱特性和瞬態(tài)操縱特性。兩者的區(qū)別在于轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)輸入的頻率，制動(dòng)及油門的輸入。穩(wěn)態(tài)輸入是駕駛員的輸入狀態(tài)沒有改變，車輛處于平衡的狀態(tài)。也就是，車輛既沒有加速也沒有減速，而駕駛員的對(duì)車輛的輸入是恒定。穩(wěn)態(tài)工況主要是定圓試驗(yàn)和直線行駛，穩(wěn)態(tài)操縱的實(shí)例包括坡度輸入的轉(zhuǎn)向，高速公路上緩慢的加速或減速以保持車速。瞬態(tài)輸入則是出現(xiàn)在駕駛員對(duì)車輛的輸入狀態(tài)發(fā)生了改變，瞬態(tài)工況主要是階躍輸入，轉(zhuǎn)角諧波輸入（中心區(qū)），換道，蛇形等。瞬態(tài)操縱的實(shí)例包括移線變道，高速公路加速，躲避碰撞等。穩(wěn)態(tài)的良好特性有時(shí)可能在瞬態(tài)上并不安全或不可接受，但是反過來是可能的。比如某車的不足轉(zhuǎn)向效果很大部分來源于側(cè)傾轉(zhuǎn)向，穩(wěn)態(tài)效果會(huì)很好，因?yàn)榉磻?yīng)時(shí)間足夠，但是瞬態(tài)下，存在不確定性。

在整車操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中，比較常見的關(guān)注點(diǎn)包括小的轉(zhuǎn)彎半徑、助力性能、不同車速轉(zhuǎn)向力矩，不同車速打方向（原地、極低速、中速、高速）catch up，kickback，車輛回正性，方向盤擺正，車輛跑偏等。

小的轉(zhuǎn)彎半徑的優(yōu)勢(shì)是容易停車，可在狹小的空間內(nèi)轉(zhuǎn)向。最小轉(zhuǎn)彎半徑與車輪軸距、前輪距、內(nèi)輪最大轉(zhuǎn)角、外輪最大轉(zhuǎn)角相關(guān)。最小轉(zhuǎn)彎半徑減小，車輪轉(zhuǎn)角增大，齒條行程增大。車輛轉(zhuǎn)彎遵循阿克曼幾何原理，具體如圖1所示。

助力性能要求在全部轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)提供足夠的助力，齒條力在接近轉(zhuǎn)角極限位置時(shí)快速增加，而一般情況下，為了追求好的手感，在接近轉(zhuǎn)角極限位置時(shí)轉(zhuǎn)向力保持不變或小的變化，具體如圖2所示。

不同車速下要求有合適的轉(zhuǎn)向力矩及匹配車輛動(dòng)態(tài)響應(yīng)，便于操縱，隨著車速上升，還要求有足夠的路感及中間位置感;在特定的橫向加速度下，不只是轉(zhuǎn)向力，以下特性也非常重要，比如初始轉(zhuǎn)向力、轉(zhuǎn)向力變化率、操縱保舵力。具體如圖3、圖4所示。

不同車速下快打方向（原地、極低速、中速、高速），由于助力延遲，快打方向時(shí)轉(zhuǎn)向力會(huì)比正常時(shí)重，使轉(zhuǎn)向變得困難，因此需增加快打方向時(shí)的助力，系統(tǒng)提供足夠的助力，提高緊急避險(xiǎn)性能。具體如圖5所示。

車輛在不平路面上行駛時(shí)，路面的反饋傳遞至方向盤，造成方向盤的擺動(dòng)，稱之為kickback。車輛行駛時(shí)，釋放方向盤后，車輛向左或右偏移，稱之為車輛跑偏。通常這些問題不是由于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)造成的，但是一般都是通過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制來進(jìn)行改善。

3 結(jié)論與建議

由上述介紹可知，車輛操縱穩(wěn)定性主要包含道路保持能力，穩(wěn)定性，預(yù)見性和可控性。而實(shí)際評(píng)估過程中，主要從穩(wěn)態(tài)操縱特性和瞬態(tài)操縱特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)操作穩(wěn)定性通常關(guān)注點(diǎn)在不同車速下力矩建立及和匹配車輛懸架動(dòng)態(tài)響應(yīng)，要求有足夠的路感。因此我們?cè)谧瞿耻囆偷霓D(zhuǎn)向系統(tǒng)操作穩(wěn)定性評(píng)價(jià)之前，需要很好的理解并摸透該車型的市場(chǎng)定位及懸架輪胎特性，這樣有助于更好的評(píng)估該車輛性能。

參考文獻(xiàn)

[1] 余志生.汽車?yán)碚摰?版[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2009.