汽车原地转向方向盘转向特性试验及数据分析

赵玉霞，孙华雨

（河南机电职业学院，河南 郑州 451191）

汽车原地转向方向盘转向特性试验及数据分析

赵玉霞，孙华雨

（河南机电职业学院，河南 郑州 451191）

本论文研究不同类型的汽车在在水泥路、泥土路、石子路三种路面上，不同轮胎气压下的原地转向方向盘转向特性。通过对试验数据进行整理和分析、曲线拟合，求得试验车的方向盘力矩与方向盘转角的关系式，得出了汽车原地转向时方向盘力和力矩的平均值。最终得出不同汽车在相同条件下和相同车在不同条件下的汽车原地转向方向盘转向特性。

汽车原地转向特性试验；方向盘力矩；方向盘回转力矩；方向盘转角

CLC NO.: U463.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)02-108-02

引言

汽车原地转向阻力矩是汽车转向系统设计时的重要参数之一，是影响汽车操纵稳定性的主要因素。目前,汽车转向特性的核心问题就是汽车转向助力特性和转向系统机构特性的研究[1-6]。而实际驾驶中驾驶员操纵方向盘既有力输入又有角输入[7]。本文所进行的原地转向试验主要是在原地转向时给方向盘角输入来观察汽车方向盘的力变化特性和车轮的变化状况。目的主要是分析汽车实际应用中转向阻力矩对汽车转向系统的影响以及验证轮胎载荷渐变假设[8]。

1、汽车原地转向试验

汽车转向中要求有良好的路感，路感就是操舵力矩[9]，要做到路感清晰就要使汽车的前轮侧向力信息反映到方向盘上的力矩存在且不能太大。最终折算到方向盘上的力矩是方向盘转动力矩，其中轮胎的回正力矩占绝大部分[10]。

1.1 试验目的

进行汽车原地转向特性试验，目的是为了获得汽车在原地转向时方向盘转动的力矩变化区间,属于综合性试验。

1.2 试验对象

试验选取三辆车作为研究对象，这三辆车分别为试验车1，试验车2，试验车3，它们的转向系统均为机械式转向系统，其基本参数如表1。

表1 试验车基本参数表

上述表格中的转向半径为试验后计算所得。

1.3 试验条件

轮胎气压：25Psi（Pounds per square inch即磅/平方英寸），30Psi，35Psi（1Psi=6.895 KPa）气象：依据GB/T 12534-1990 汽车道路试验方法通则[11]。试验仪器：气压泵、电子秤、卷尺、直尺、三角板、白纸。

1.4 试验方案设计和试验方法

方向盘力矩特性是车辆响应路感和转向轻便性最重要的决定性因素[12]。本文测量方向盘力矩特性试验方法如下：

以该车摆正时即汽车停止时两个前轮与后轮平行的位置，此时方向盘所在位置角度为零度，向右转动为正角度。使用气压泵保证左右轮气压均为30Psi，将电子秤固定在方向盘上，根据牛顿定律，力的作用是相互的，手拉电子秤转动方向盘的力保证均匀，是使方向盘刚刚转动时记录读数。

按右手螺旋法把T表示为矢量，当矢量方向与截面的外法线方向一致时，T为正；反之，为负，根据这一法则， 顺时针为负，逆时针为正。

2、试验数据处理

通过上述试验方法测得数据画图如下图1。

图1 中是方向盘转动力矩和方向盘回转力矩随着方向盘转角的变化曲线，从方向盘中间位置向右或者向左转动方向盘，其转动力矩均和回转力矩是随着方向盘转角的增大而逐渐增大的，但是在增大的过程中都有小幅的回落，参考[13-14]可以知道这种现象受汽车转向系统方向盘、轮胎及转向机构结构的影响所产生。

方向盘转动90度，车轮转动一个角度做出曲线如图2，也即是纵坐标左右车轮转角随着横坐标方向盘转角的变化规律图。

图2方向盘向左或者向右转动时，其车轮转角是基本对称的。向右转动时，右车轮转角大；向左转动时，左车轮转角大。

3、结论

通过上述试验可以得到如下结论：

（1）汽车原地转向试验得出了试验车1、试验车3和试验车2的方向盘力矩和回正力矩随方向盘转角的变化关系是不断波动变化的，并且随着方向盘转角的增大，力矩增加。

（2）汽车方向盘力矩和方向盘转角之间近似傅里叶基本型函数，其每转一周所做功是开口向下的抛物线曲线。

（3）将试验车数据代入前文假设，可以基本验证轮胎载荷模型假设是可信的。并且计算的汽车转向阻力矩是满足国家汽车标准规定：汽车以10Km/h车速、24m转弯直径前行转弯时，不带助力转向力应小于245N的。

（4）不同车在相同条件下的方向盘转向阻力矩不同，试验车1是普通面包车，转动一周的方向盘平均力矩和平均力小于试验车3皮卡和试验车2质量稍大的面包车。

[1] 宗长富，麦莉.基于驾驶模拟器的驾驶员所偏好的转向盘力矩特性研究.中国机械工程，2007年4月下半月.

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[4] 李啸.转向盘转角特性在驾驶疲劳检测中的应用研究.北京林业大学硕士毕业论文.2009年6月.

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[6] 郭亚朝. 轮胎式滑移装载机转向阻力矩分析.矿山机械.2012年8期.

[7] 陈家瑞.汽 车构造（第2版）（下册）[M].北京：机械工业出版社,2005.

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[14] 林秉华.最新汽车设计实用手册. 黑龙江人们出版社.2005,06.

The test and data analysis of the automobile static steering characteristics

Zhao Yuxia, Sun Huayu
（Henan Mechanical College, Henan Zhengzhou 451191）

The paper research three vehicles with mechanical steering system, and the static steering characteristics of different vehicles under different tire pressures and different roads such as the cement road，the dirt road, gravel road. Through the experiment of different vehicles under the same conditions and the same cars at different conditions of automotive steering, the paper gets the automobile static steering characteristics. At last, the experimental data get curve fitting, the paper gets the relationship between the obtained test vehicle steering torque and steering wheel angle, we can also get the average values of the steering wheel force and torque and characteristic curve of automobile steering from the test data's processing.

Test of the automotive steering characteristics; steering resistance torque; self-aligning torque on the steering wheel; steering wheel angle

U463.4

A

1671-7988(2015)02-108-02

赵玉霞，硕士研究生，就职于河南机电职业学院。