汽車中心區轉向特性試驗簡述

陸飛

（中國第一汽車股份有限公司天津技術開發分公司）

近年來，隨著汽車工業的發展，消費者在選購汽車產品時，除汽車的價格和舒適性外，汽車的操控性也已經成為關注的重點，因此汽車底盤動力學的研究已成為汽車開發領域的重點工作。汽車中心區轉向特性試驗作為汽車操縱性客觀評價中的一項，它從轎車底盤動力學角度出發，客觀體現了高、低車速時汽車給與駕駛員的反饋，然而汽車中心區轉向特性試驗、轉向特性指標描述及數據處理一直沒有得以系統地總結。文章依托GB/T6323—2014《汽車操縱穩定性試驗方法》[1]，介紹了汽車中心區轉向特性試驗，通過測定6個評價指標，量化各個指標的評價值，客觀體現出汽車的中心區轉向特性，為汽車開發過程中操控性方面的研究提供參考。

1 試驗介紹

1.1 試驗方法設計

試驗車是按廠方規定裝備齊全的汽車，試驗前測定車輪定位參數，對轉向系統和懸架系統進行檢查、調整和緊固；試驗場地及環境應該滿足我國規定的汽車操縱穩定性[2]試驗方法的要求；試驗人員駕駛裝備了特定試驗儀器的汽車以100 km/h的恒定速度進入試驗路段，做近似于正弦曲線的蛇行行駛，正弦運動的周期為5 s，側向加速度峰值在0.4 g左右；測量儀器可采用德國CORRSYS-DATRON整車動態性能測試系統。

1.2 試驗評價指標介紹

在汽車中心區轉向特性試驗中，有6項主要評價指標，各評價指標的試驗參數，如表1所示。

表1 汽車中心區轉向特性試驗評價指標

指標典型值對駕駛員主觀感覺的影響（指標意義）如下。

1）最小轉向靈敏度：較大的值在主觀上體現為在中心區內轉向靈敏，響應快。

2）0.1 g時的轉向靈敏度：是汽車中心區操縱性的一個評價指標，反映了小側向加速度下汽車對轉向盤輸入的靈敏度。

3）中心區轉向靈敏度線性度：此項指標是汽車易于駕駛程度的評價指標之一。線性度越高，說明汽車響應變化率與輸入變化率的比例化程度越高，汽車也就越容易駕駛。

4）轉向滯后：轉向遲滯與轉向輸入下的橫擺角速度滯后有關，因為橫擺角速度滯后越多，在坐標系中轉向遲滯也就越多。橫擺角速度參數滯后時間就是在轉向盤轉角通過零值與橫擺角速度通過零值之間的幾秒延遲。

5）0g時的轉向盤力矩梯度:0 g時的轉向盤力矩梯度是由于側向加速度變化導致的轉向盤力矩變化，描述路感和方向判斷力（方向感）相關。

6）0.1 g時的轉向盤力矩梯度：0.1 g轉向盤力矩梯度是由于側向加速度變化導致的轉向盤力矩變化，描述路感和方向判斷力（方向感）相關。

7）中心區轉向盤力矩梯度線性度：該參數是對中心區行駛工況轉向盤力矩梯度線性度的一種描述，該值越接近1，轉向盤力矩梯度的線性度越好。

8）0.1 g時的轉向盤力矩：該參數是中心區行駛工況轉向盤力感的一個評價指標。

9）轉向盤力矩線性度：該參數是中心區行駛工況轉向盤力矩線性度的一種描述，這個值越接近1，轉向盤力矩的線性度越好。

10）0N·m時的側向加速度：通常由中心區操縱性試驗繪制出的側向加速度與轉向盤力矩關系曲線是帶有滯環的。在該曲線上，當轉向盤力矩為0時，側向加速度不為0，有2個取值，這2個點的平均值是對汽車中心區行駛時穩態回正性能的一種描述。

11）0g時轉向盤扭矩：該參數反映的是轉向系統的干摩擦，此參數也同樣受粘性阻尼及汽車響應滯后的影響。

2 數據處理

2.1 數據計算

取試驗過程中不同的3個周期作為數據處理段，根據記錄的橫擺角速度及汽車前進速度，用式（1）計算側向加速度。

式中：vi——第i點前進車速，m/s；

ri——第i點橫擺角速度，rad/s；

Ayi——第i點側向加速度，m/s2；

n——采樣點數。

用Excel將試驗測試所得數據以及式（1）計算所得的數據按照序號、時間、速度、轉向盤角度、橫擺角速度、側向加速度及轉向盤力矩分列，完成數據分列后將此Excel導入Origin軟件中，繪制出汽車空、滿載狀態下轉向盤左轉及右轉時轉向盤力矩與側向加速度關系曲線、轉向盤轉角與側向加速度關系曲線、轉向盤力矩與轉向盤轉角關系曲線、轉向盤轉角與橫擺角速度關系曲線，根據各曲線函數計算出評價指標參數值。

2.2 繪制數據圖

將排列好的數據導入Origin軟件[3]。利用Origin軟件中的Smoothing-FFT Filter功能進行濾波，建議使用20點濾波分析。用過濾后的數據繪制轉角曲線，從曲線上觀察數據的有效性，挑選除前后第1個波峰（或波谷）的有效數據，如圖1所示。

圖1 汽車轉向盤轉角曲線圖

在圖1中選取濾波后的曲線作為工作曲線，查找極點的時間坐標，如圖2所示。

圖2 汽車轉向盤轉角極點圖

根據設備的規定判斷左右轉向時的曲線是上升還是下降，將每次左右轉向時波峰及波谷極點間的曲線數據分別復制到一個表格中，如圖3所示。將所有左轉（或右轉）的表格文件導入，繪制轉向盤力矩與側向加速度關系曲線、轉向盤轉角與側向加速度關系曲線、轉向盤力矩與轉向盤轉角關系曲線、轉向盤轉角與橫擺角速度關系曲線族，如圖4所示。在圖4中刪去明顯錯誤并影響擬合的曲線，對曲線族進行多曲線擬合。利用曲線函數計算得出各評價指標參數值。

圖3 汽車轉向特性指標的數據匯總顯示界面

圖4 汽車轉向盤轉角與側向加速度關系曲線族

3 結論

文章通過對汽車中心區轉向特性試驗方法的研究，結合Origin軟件數據處理方法，量化了汽車部分線性操縱穩定性參數；通過對汽車中心區轉向特性參數表征意義的描述，提升了汽車試驗及設計人員對轉向特性主客觀評價相結合的能力。在整車開發過程中，該方法對汽車轉向系統的研究及匹配具備一定的作用。