汽车行驶性能的主观评价(9)-转向特性
来源:与非网发布时间:2023-10-182721浏览
询问 AI转向特性是指车辆在行驶和停车过程中，通过施加转向输入，车辆所表现出的动态响应以及包括转向感觉、转向反馈和转向做功在内的车辆转向特性。
单项标准的评价包括下列最重要的几个方面：
■ 直线行驶时的转向特性（图 9.1）
■ 转向力特性（图 9.2）
■ 转向振动（图 9.3）
■ 弯道行驶时的转向特性（图 9.4）
图 9.1直道行驶的转向特性
图 9.2 转向力特性
图 9.3 转向振动
图 9.4 弯道行驶的转向特性
9.1 转向特性
响应时间、车辆运动的建立、侧向运动和横摆运动的振荡超调及残留振动等指标可以用来评价车辆的转向特性。当车辆行驶方向改变时（驶入弯道、变道等）车辆对于转向操作的响应可以分成若干不同阶段进行评价。在驾驶员给出转向操作后的第一阶段中，主要关注行进轨迹的改变、车辆的横摆和侧倾运动的形成过程及车辆如何过度至准稳态状态。
路面状况：干燥及湿滑的平直路面
行驶工况：在直线行驶过程中，使车辆迅速转向。根据不同车速，改变转向角度和转向速度，以保证转向过程介于正常行驶状态和极限行驶状态之间。转向后迅速回打方向盘。
研发目标：车辆应该自发且线性的对转向输入做出响应。时间和相位延迟或车辆的过度响应都应避免。
图 9.5 转向传动比
影响因素：静态和动态转向传动比
伺服转向的转向特性曲线
侧倾支承（弹簧、稳定杆、阻尼）
前、后桥的侧倾运动学
前、后桥的弹性运动学（尤其是在有侧向力的情况下）
轴荷分布
车辆的转动惯量
空气动力学参数（前、后轴的升力/压力系数）
轮胎特性（车轮和轮胎尺寸、特征参数，如轮胎侧偏刚度等）
9.2 响应特性（图 9.1）
车辆在直线行驶状态下，施加很轻微的转向输入，考察车辆从多大的转向角度和转向力矩开始车辆发生侧向运动。与评价转向特性（9.1节） 时采用的转向行驶工况相比，下面将采用的行驶工况不是为了改变行驶方向，而是为了保持当前的行驶轨迹，如抵制侧风干扰或者抑制路面误差（纵向沟槽、道路线形影响等）。
路面状况：干燥及湿滑的平直路面、有纵向沟槽和不同线形的路面。
行驶工况：车辆在稳定直线行驶状态下，施加正弦或者无规则转向输入。转角幅度从很小开始逐渐增大，直到车身产生明显侧向运动。改变车速后重复该工况。
研发目标：车辆在很小的转角激励下应该产生响应。转角大小和转向力矩应该成比例增加。不允许间隙、滞后、摩擦、弹性或惯性等因素对转向特性产生影响。为了保证直线行驶的稳定性，应使转向角度随同车速提高而稳步增大。
影响因素：转向系统的弹性
前、后桥运动学和弹性运动学（尤其在微小的侧向力作用下）
伺服转向的转向特性曲线
转向系统的摩擦
轴几何尺寸的设置
轮胎特性（车轮和轮胎尺寸、特征参数，如轮胎侧偏刚度等）
9.3 沟渠效应（只适用于伺服转向车辆）
沟渠效应描述了驾驶员的感受——在平直路面上直线行驶的车辆仿佛开在沟渠地里。此时将评价以下两点：此时方向盘中间位置的感觉有多好，以及将车辆驶出“沟渠”的话需要何种的转向感觉。
路面状况：双车道平直路面。
行驶工况：中、高车速（80km/h 到最高车速）下保持稳定行驶。首先直线行驶，随后适度转向，比如迅速超车动作。
研发目标：正确的转向特性应该保证明显的、可感知的自回正性能。直线行驶过渡到转向行驶的过程应该平顺（图 9.6）。转向盘力矩在较高车速下应足够大，以获得较高的抗干扰能力，如类似于侧向风引起的外部干扰。
图9.6伺服转向的转向特性曲线
影响因素：转向特性曲线
转向回正的运动学设计（主销后倾、主销内倾）
轮胎特性（车轮和轮胎尺寸，特征参数，如轮胎侧偏刚度等）
9.4 转向中位感觉
转向中位感觉描述了车辆在较高车速范围内的直线行驶稳定性和自回正特性。为评价这一特性，可以观察微小转向输入下的转向盘转角、转向盘力矩和横摆响应等指标。在转向并松开方向盘后，考察方向盘能否完全回正到直线行驶状态，同时车辆是否需要转向校正来保证在原车道上行驶。
路面状况：均质表面的平直路面
行驶工况：车辆在不同车速下（从 120km/h 到最高车速）保持直线行驶状态，使车辆轻微转向，以获得最小的行驶路线改变（根据车速的不同，方向盘转角介于 3-10 度之间）。方向盘在转动后首先会回正。在其它行驶工况中也将撒手松开方向盘。
研发目标：车辆在转向时应该有无间隙、无滞后的横摆响应。回正力矩在任何车速区间内都应该足够大，以克服车轮悬架和转向系的滞后响应，并保证车辆准确的自回正特性。
影响因素：转向回正的运动学设计（主销后倾、主销内倾）
转向系统和前悬架的弹性、阻尼和摩擦
前后桥（特别是后桥）的侧向弹性
轮胎特性（车轮和轮胎尺寸、特征参数，如轮胎侧偏刚度等）
9.5 转向力水平（图 9.2）
转向性能（转向特性、转向做功、转向感觉等）一般可以通过由多个变量组成的特性场来描述。但是有关转向的主观评价就相对复杂，费用也更高。通常情况下，只有通过分析和结合不同的行驶工况（车速、侧向加速度、发动机转速、转向盘转角、工作温度、轴荷、轮胎宽度/沟槽深度等）才能对其进行评价。根据不同的车速、弯道半径和侧向加速度，可以评价车辆在中间位置、线性区域和原地转向情况下的转向力水平。
9.5.1 中间位置的转向力水平（图 9.2）
在小侧向加速度情况下（依赖于车速），评价转向盘力矩和转向保持力矩。
路面状况：水平、干燥、的直线双车道路面，不同的路面情况（干燥、湿滑）
行驶工况：车辆在中、高车速下（60km/h 到最高车速）直线行驶，然后以很小的侧向加速度平滑地变道。
研发目标：转向盘力矩和转向保持力矩应该随着车速的增加而增加，以获得所有车速范围内足够的自回正性能。转向系统对外界的干扰应有足够高的鲁棒性，同时转向系统可以在保证转向舒适性的前提下，把车速信息反馈给驾驶员。
图9.7 不同类型的车辆在不同行驶工况下侧向加速度和转向盘转矩间的关系
图 9.8受车速影响的伺服转向转向特性曲线
影响因素：静态和动态转向传动比
伺服转向的转向特性曲线轴几何尺寸的设计
轮胎特性（车轮和轮胎尺寸，尤其是轮胎宽度、特征参数，如轮胎侧偏刚度、轮胎磨损等）
轴载分布
9.5.2 线性区域下转向力水平
线性区域下转向力水平描述了车辆在弯道中以中、高侧向加速度行驶时的转向感觉、转向做功和转向顺畅程度，主要评价不同车速和侧向加速度下的转向盘转角、转向盘转力矩和转向保持力矩。
路面状况：水平、干燥、由不同曲率半径组成的路面。如操纵性能测试路段，不同路面条件（干燥、湿滑）
行驶工况：车辆以不同的速度在路面上行驶，直到车速达到路面附着极限。
研发目标：转向盘力矩和转向保持力矩应该基本相同（仅有细微的迟滞），并随着车速和侧向加速度的增加成比例增加。通过观察转向盘力矩—侧向加速度曲线梯度的下降，可以辨识出是否达到路面附着极限（图 9.7）。当最大值出现时，转向舒适性和操纵性应该不受影响。总的力矩特性应该将所达到的侧向加速度和车辆的侧向引导后备能力回馈给驾驶员。
影响因素：静态和动态转向传动比
伺服转向的转向特性曲线轴几何尺寸的设计
前、后桥运动学和弹性运动学
轮胎特性（车轮和轮胎尺寸、特征参数，如回正力矩等）
轴荷分布
纵向动态载荷分布
9.5.3 原地转向力水平
在不同的驻车工况下，评价转向盘力矩和转向盘转角。路面状况：水平、干燥、附着能力强的路面
行驶工况：车辆在原地缓慢转动过程中，向左、向右分别打足方向盘。使用不同宽度轮胎和接近磨损极限的轮胎进行评价。
研发目标：转向盘力矩和方向盘转角应该尽可能小。使用接近磨损极限的轮胎时，作用在方向盘上的力不允许超过 200N。转向盘力矩在触碰挡块后，不可以反向变化（轮胎自动转向）。
影响因素：静态转向传动比
伺服转向的转向特性曲线 轴几何尺寸的设计
转向几何尺寸（阿克曼近似、阿克曼转向轮偏转角，图 9.9）
轮胎特性（车轮和轮胎尺寸、特征参数，如回正力矩等）
前轴载荷
图 7.26 稳态转向运动学（阿克曼转向角）
9.6 紧急转向 （仅用于伺服转向）
紧急转向指在车辆突然转向时转向助力的不稳定性。一名熟练的驾驶员可以在此情况下将方向盘转动速度提高到 800—1000 度/秒。该行驶工况模拟了躲避突发、危险情况时的阶跃式转向动作，并评价该工况起始阶段时，转向盘力矩随转向盘转角和转向速度的变化情况。
路面状况：均质表面的平直路面或者有障碍物的路面
行驶工况：车辆首先保持直线行驶状态，然后以可能的最高速度转动方向盘，单次或多次重复变道。改变转向速度、转向盘转角、车速和发动机转速。
研发目标：转向盘转角和转向盘力矩应成比例增加。驾驶员不应该感觉到转向助力的衰减或者中断。
影响因素：转向助力的设计/动态特性/后备的转向助力（流量、管路截面，管路弹性， 伺服转向特性场）
9.7 转向回正的超调
车辆从弯道行驶进入直线行驶的过程中，通过转向盘转角的振幅和阻尼评价转向回正特性。
路面状况：从不同曲率半径的弯道过度到直道并具有不同附着特性的路面（比如：右转进入直道）
行驶工况：车辆从弯道行驶转入直线行驶的过程中，驾驶员根据车辆状态放开转向盘， 任其自由回正。可以完全任方向盘自由回正也可以让驾驶员用手扶着方向盘回正。在该工况中车速和车辆加速度可变。（比如：模拟转弯或者斜穿行驶工况）
研发目标：超调的幅度应该尽可能小，并快速衰减。车辆在趋于稳定的行驶过程中，应该能够很好的保持原先给定的车道宽度。方向盘转动幅度在任何情况都不允许变大。
影响因素：转向系统的弹性、转动惯量和阻尼
转向回正设计（主销后倾角，主销内倾角）
抗侧倾设计（弹簧、稳定杆、阻尼）
轮胎特性（车轮和轮胎尺寸、特征参数，如回正力矩等）
9.8 直线行驶时变向引起的来回摆动
车辆在直线行驶过程中，突然转向（类似于避让突然出现的障碍物工况），评价车辆的横摆特性和其回复稳定位置的摆动历程。
路面状况：均质表面的平直路面
行驶工况：车辆以不同的车速（从 80km/h 到最高车速）保持直线行驶，然后施加剧烈的、悬架侧倾固有频率范围内的正弦激励，随后继续保持直线行驶。整个过程中驾驶员不可以松开转向盘。
研发目标：车辆的横摆运动应该尽快衰减。
影响因素：前、后桥的侧向弹性。
前、后桥运动学和弹性运动学。
抗侧倾设计（弹簧、稳定杆、阻尼）
轮胎特性（车轮和轮胎尺寸、特征参数，如侧偏刚度等）
9.9 弯道行驶后的残留转向效应
车辆进入弯道行驶后，评价车辆回复到稳态直线行驶状态的响应。特别值得关注的是前、后桥的残留转向效应以及转向力矩的波动。
路面状况：均质表面的平直路面，从弯道过度到直道
行驶工况：车辆从弯道（圆周行驶或变道行驶）进入直道行驶。车速（80—140km/h）、侧向加速度和转向速度可变。
研发目标：车桥的残留转向效应不应该被感觉到。转向行驶工况后，前、后桥上侧向力引起的转向角和侧向弹性应该同时、无相位滞后的消除。不希望产生转向盘力矩的波动和扰动。
影响因素：弹性运动学（尤其在受侧向力的作用下）
前、后桥的侧倾运动学
前、后桥（尤其是后桥）的侧向弹性
轮胎特性（车轮和轮胎尺寸，特征参数，如侧偏刚度等）
9.10 目标精确度
目标精确度描述了快速转向时的行驶路线误差和必要的转向修正做功。最值得关注的是，行驶轨迹是圆滑流畅，还是由于许多微小的转向修正造成棱角。
路面状况：由不同曲率半径的弯道组成的、表面平整或者粗糙的跑道，有长距离弯道的高速公路
行驶工况：车辆以不同的车速（100km/h 到最高车速）在跑道上行驶
研发目标：车辆应该无扰动地跟踪行驶轨迹，对转向修正的要求要尽可能低。如果车辆拥有好的目标精确度，那么其行驶轨迹应该圆滑和流畅。由天气原因引起的干扰，如侧向风，应该很容易被消除。
影响因素：转向系统的弹性
静态和动态转向传动比
伺服转向的转向特性曲线前、后桥的侧向弹性
前、后桥运动学和弹性运动学。
空气动力学特性
转向回正的运动学设计（主销后倾角，主销内倾角）
车轴几何尺寸的调整
抗侧倾设计（弹簧、稳定杆、阻尼）
轮胎特性（车轮和轮胎尺寸、特征参数，如侧偏刚度等）
9.11 路感
评价的是车辆反馈给驾驶员的行驶状态和路面信息，尤其是由车速、侧向加速度和转向角要求、转向力矩和力矩波动间的相互关系。
路面状况：由不同表面粗糙度、不同表面特性（干燥、湿滑）、直道和不同弯道组成的路面
行驶工况：车辆以不同的速度在道路上行驶，弯道处的侧向加速度位于附着极限范围之内
研发目标：驾驶员应该能通过观测到的量获得关于道路表面、摩擦特性、附着性能、当前侧向加速度和附着极限储备等足够多的信息。反馈的程度不能降低驾驶舒适性。
前、后桥运动学和弹性运动学
底盘悬架的弹性、摩擦和阻尼
悬架弹簧、稳定杆和阻尼的校准
轮胎特性（车轮和轮胎尺寸、特征参数，如侧偏刚度等）
驱动方式
9.12 操控性
操控性描述了车辆在垂向、纵向和侧向力的作用下，车辆的零部件协调工作的程度，如车辆的转向特性，横摆、侧倾和振动特性以及转向做功的消耗。操控性也受驱动特性和制动性能的影响。
路面状况：平整的均质表面，由直道和各种弯道组成的路面
行驶工况：车辆以不同的车速和不同的侧向加速度在跑道上行驶。
研发目标：无论车身尺寸和重量，车辆应给人留下轻便的印象。车辆转向所需耗费的功应该尽可能的少并且给予驾驶员反馈。缓慢、滞后或者过度响应的转向和悬架特性都应该避免。在保证悬架舒适性的前提下，应该使车身侧倾角和俯仰角尽可能小。
影响因素：悬架弹簧、稳定杆和阻尼的校准转向特性（转向力矩和传动比） 前、后桥运动学和弹性运动学
轴荷分布
车辆转动惯量（尤其是绕 z 轴的转动惯量）
主动悬架系统的设计
轮胎特性（车轮和轮胎尺寸、特征参数，如侧偏刚度等）
9.13 转向回正
转向回正从停车到最高车速的所有车速范围内，根据转向盘力矩随转向盘转角、车速和侧向加速度的变化过程，评价车辆的回正性能。
路面状况：不同曲率半径的弯道组成的平整路面
行驶工况：车辆以低、中、高车速和侧向加速度在弯道内行驶；在停车工况时，保持极低的速度并同时转动方向盘直至锁死。
研发目标：在任何行驶工况下，都应该有正的回正力矩。不希望出现负的转向盘力矩。
影响因素：转向回正力的运动学设计（主销后倾角，主销内倾角及其在转向过程中的变化）
转向几何尺寸（阿克曼近似值，阿克曼转向轮偏转角）
机械或者液压回正辅助装置（回正弹簧，伺服阀）
横向稳定杆的转向效应驱动形式
轮胎特性（车轮和轮胎尺寸、特征参数，如回正力矩等）
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