用来控制汽车行驶方向的转向系是与操纵稳定性关系最为密切的系统,本文除讨论“不足-过多转向”与转向系的关系外,还对转向系与操纵稳定性的关系等内容进行简单说明。
一、转向系的功能与转向盘力特性
1、转向系的功能,主要包括两部分:
(1)、驾驶者通过转向盘控制前轮绕主销的转角,从而操纵汽车的运动方向;
(2)、凭借转向盘的反作用力,将整车及轮胎的运动、受力状况反馈给驾驶者,以获得“路感”。
转向盘的输入有两种方式:角输入和力输入。
2、转向盘力特性,是指转动转向盘时所需的力,随汽车运动状况而变化的规律。一般要求低速的时候转向轻便,高速的时候有一定大小的转向力。某汽车的一条转向盘力特性曲线如图1所示。
可知,随着侧向加速度的增大,转向盘力也呈增大趋势。
3、转向盘力特性的影响因素,主要包括以下8个方面:
(1)、转向器传动比及其变化规律;
(2)、转向器效率,主要指正效率;
(3)、动力转向器的转向盘操作力特性;
(4)、转向杆系传动比及其效率;
(5)、由悬架导向杆系决定的主销位置;
(6)、轮胎上的载荷、气压及轮胎力学特性;
(7)、地面附着条件及汽车整体动力学特性;
(8)、转向盘转动惯量及转向柱摩擦阻力。
其中,对于主销来说,其位置几何参数包括主销内倾角、主销后倾角、主销拖距、接地面上主销偏置距、车轮中心主销拖距等,对转向盘力特性、回正性能和直线行驶性能等都有显著影响。如图2所示。
二、不同工况下对操纵稳定性的要求
汽车在原地或小半径弯道低速行驶时,要防止转向盘过于沉重;而在高速行驶时,转向盘力则不宜过小,而应维持一定的数值,以帮助驾驶者稳定驾驶。不同的转向盘力特性曲线如图3所示。
有人认为转向盘力最好与侧向加速度呈线性关系,如图中a线;在高侧向加速度区域中,若转向盘力增长过快,就是图中的b线,易使驾驶者感到转向过于沉重;装有动力转向器的转向盘力特性如图中c线所示;图中的d线在0.5g时达到最大值,在高侧向加速度时有所下降,会使驾驶者有转向盘力消失的感觉。
三、评价高速公路行驶操作稳定性的试验
即转向盘中间位置操纵稳定性试验(on center handling test)。汽车在高速公路上行驶时,具有以力输入为主和转向盘力(反作用)是重要信息源的特点。因此,需要试验来评价其稳定性。
1、试验方法,汽车以100km/h的速度作正弦曲线的蛇形行驶,正弦运动的周期为5s,最大侧向加速度为0.2g。车上装有转向盘转角、转向盘转矩、车速和横摆角速度等传感器。
2、转向盘力输入方面的评价指标,主要包括5个,如图4所示。
(1)、转向盘转矩为0时的汽车侧向加速度,主要反应的是汽车的回正特性,越靠右说明回正特性越好。
(2)、0g处的转向盘转矩,是汽车直线行驶时存在的力矩,也就是需要加多大的力才能保证汽车的直线行驶。反应的是转向系中的摩擦力大小。
(3)、0g处的转向盘转矩梯度,是此时转向盘转矩随汽车侧向加速度的变化率,表征“路感”。主要受到主销几何参数与转向系总传动比的影响。如果此线很平,说明不需要多大的力就能得到一定的侧向加速度,即路感很差。
(4)、0.1g处的转向盘转矩,代表了转向盘力的大小。
(5)、0.1g处的转向盘转矩梯度,是此时转向盘转矩随汽车侧向加速度的变化率,表征了刚离开直线行驶状况时的“路感”。
四、转向系与横摆角速度稳态响应的关系
主要包括两个方面:侧倾时转向系与悬架的运动干涉,以及转向系刚度与转向车轮的变形转向。
1、侧倾时转向系与悬架的运动干涉,指当车厢侧倾时,如果非独立悬架汽车的转向系与悬架在运动学上关系不协调,将引起转向车轮干涉转向的现象,如图5所示。
其中,转向节臂c点受纵拉杆约束的运动轨迹为aa线,转向节臂d点受悬架约束的运动轨迹为bb线。当车辆向右转向时,车身向外倾斜,外侧板簧受压缩,车轮与车架距离减小,使车轮向左转,增加了不足转向。这种现象称为侧倾干涉不足转向。
2、转向系刚度与转向车轮的变形转向,指不再把杆件看作刚性体。在转向盘至转向车轮之间,包括转向器、转向杆系与转向器固定处在内的刚度,称为转向系(角)刚度。
由于地面作用于转向车轮的回正力矩使转向系发生了弹性变形,使得转向轮有了变形转向角。当转向系刚度低时,则前转向轮的变形转向角就大,增加了汽车的不足转向。
转向系刚度高时,则高速行驶的“路感”就好。
扩展阅读: