汽车中心区转向特性试验简述

2017-08-17陆飞

汽车工程师 2017年7期

陆飞

（中国第一汽车股份有限公司天津技术开发分公司）

近年来，随着汽车工业的发展，消费者在选购汽车产品时，除汽车的价格和舒适性外，汽车的操控性也已经成为关注的重点，因此汽车底盘动力学的研究已成为汽车开发领域的重点工作。汽车中心区转向特性试验作为汽车操纵性客观评价中的一项，它从轿车底盘动力学角度出发，客观体现了高、低车速时汽车给与驾驶员的反馈，然而汽车中心区转向特性试验、转向特性指标描述及数据处理一直没有得以系统地总结。文章依托GB/T6323—2014《汽车操纵稳定性试验方法》[1]，介绍了汽车中心区转向特性试验，通过测定6个评价指标，量化各个指标的评价值，客观体现出汽车的中心区转向特性，为汽车开发过程中操控性方面的研究提供参考。

1 试验介绍

1.1 试验方法设计

试验车是按厂方规定装备齐全的汽车，试验前测定车轮定位参数，对转向系统和悬架系统进行检查、调整和紧固；试验场地及环境应该满足我国规定的汽车操纵稳定性[2]试验方法的要求；试验人员驾驶装备了特定试验仪器的汽车以100 km/h的恒定速度进入试验路段，做近似于正弦曲线的蛇行行驶，正弦运动的周期为5 s，侧向加速度峰值在0.4 g左右；测量仪器可采用德国CORRSYS-DATRON整车动态性能测试系统。

1.2 试验评价指标介绍

在汽车中心区转向特性试验中，有6项主要评价指标，各评价指标的试验参数，如表1所示。

表1 汽车中心区转向特性试验评价指标

指标典型值对驾驶员主观感觉的影响（指标意义）如下。

1）最小转向灵敏度：较大的值在主观上体现为在中心区内转向灵敏，响应快。

2）0.1 g时的转向灵敏度：是汽车中心区操纵性的一个评价指标，反映了小侧向加速度下汽车对转向盘输入的灵敏度。

3）中心区转向灵敏度线性度：此项指标是汽车易于驾驶程度的评价指标之一。线性度越高，说明汽车响应变化率与输入变化率的比例化程度越高，汽车也就越容易驾驶。

4）转向滞后：转向迟滞与转向输入下的横摆角速度滞后有关，因为横摆角速度滞后越多，在坐标系中转向迟滞也就越多。横摆角速度参数滞后时间就是在转向盘转角通过零值与横摆角速度通过零值之间的几秒延迟。

5）0g时的转向盘力矩梯度:0 g时的转向盘力矩梯度是由于侧向加速度变化导致的转向盘力矩变化，描述路感和方向判断力（方向感）相关。

6）0.1 g时的转向盘力矩梯度：0.1 g转向盘力矩梯度是由于侧向加速度变化导致的转向盘力矩变化，描述路感和方向判断力（方向感）相关。

7）中心区转向盘力矩梯度线性度：该参数是对中心区行驶工况转向盘力矩梯度线性度的一种描述，该值越接近1，转向盘力矩梯度的线性度越好。

8）0.1 g时的转向盘力矩：该参数是中心区行驶工况转向盘力感的一个评价指标。

9）转向盘力矩线性度：该参数是中心区行驶工况转向盘力矩线性度的一种描述，这个值越接近1，转向盘力矩的线性度越好。

10）0N·m时的侧向加速度：通常由中心区操纵性试验绘制出的侧向加速度与转向盘力矩关系曲线是带有滞环的。在该曲线上，当转向盘力矩为0时，侧向加速度不为0，有2个取值，这2个点的平均值是对汽车中心区行驶时稳态回正性能的一种描述。

11）0g时转向盘扭矩：该参数反映的是转向系统的干摩擦，此参数也同样受粘性阻尼及汽车响应滞后的影响。

2 数据处理

2.1 数据计算

取试验过程中不同的3个周期作为数据处理段，根据记录的横摆角速度及汽车前进速度，用式（1）计算侧向加速度。

式中：vi——第i点前进车速，m/s；

ri——第i点横摆角速度，rad/s；

Ayi——第i点侧向加速度，m/s2；

n——采样点数。

用Excel将试验测试所得数据以及式（1）计算所得的数据按照序号、时间、速度、转向盘角度、横摆角速度、侧向加速度及转向盘力矩分列，完成数据分列后将此Excel导入Origin软件中，绘制出汽车空、满载状态下转向盘左转及右转时转向盘力矩与侧向加速度关系曲线、转向盘转角与侧向加速度关系曲线、转向盘力矩与转向盘转角关系曲线、转向盘转角与横摆角速度关系曲线，根据各曲线函数计算出评价指标参数值。

2.2 绘制数据图

将排列好的数据导入Origin软件[3]。利用Origin软件中的Smoothing-FFT Filter功能进行滤波，建议使用20点滤波分析。用过滤后的数据绘制转角曲线，从曲线上观察数据的有效性，挑选除前后第1个波峰（或波谷）的有效数据，如图1所示。

图1 汽车转向盘转角曲线图

在图1中选取滤波后的曲线作为工作曲线，查找极点的时间坐标，如图2所示。

图2 汽车转向盘转角极点图

根据设备的规定判断左右转向时的曲线是上升还是下降，将每次左右转向时波峰及波谷极点间的曲线数据分别复制到一个表格中，如图3所示。将所有左转（或右转）的表格文件导入，绘制转向盘力矩与侧向加速度关系曲线、转向盘转角与侧向加速度关系曲线、转向盘力矩与转向盘转角关系曲线、转向盘转角与横摆角速度关系曲线族，如图4所示。在图4中删去明显错误并影响拟合的曲线，对曲线族进行多曲线拟合。利用曲线函数计算得出各评价指标参数值。