严新磊
摘 要：汽车转向系统除了基本的转向功能外，还要满足其它各种功能的需求。比如操纵稳定性、NVH、燃油经济性、碰撞性能、轻量化及其它功能。操纵稳定性是评价汽车安全驾驶的主要指标;文章主要论述了汽车操作稳定性的影响因素及主客观评价，并通过不同测试操作进行相应测评。
关键词：汽车转向系统;操纵稳定性;影响因素;评价;测试
中图分类号：U463.4 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2020）20-102-03
Abstract： In addition to basic steering functions， the automotive steering system also need to meet the requirement of various other functions. For example， handling and stability， NVH， fuel economy， collision performance， light weighting and other functions. The handling and stability is the key index of vehicle driving safety. This paper mainly discusses the influence factor and subjective&objective evaluation of vehicle handling and stability， then perform variable maneuver to test the conditions.
Keywords： Vehicle steering system; Handling and stability; Influence factor; evaluation; Test
CLC NO.： U463.4 document Code： A Article ID： 1671-7988（2020）20-102-03
引言
汽车操纵稳定性是指驾驶员在不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰并保持稳定行驶的能力。
汽车的操纵稳定性包含2个相互关联的不同部分：操纵性和稳定性。操纵性是指汽车能够确切地响应驾驶员转向指令的能力，稳定性是指汽车从非稳定状态恢复到稳定状态的能力，稳定性的好坏直接影响操纵性的好坏。
汽车的操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度，而且是关系到汽车行驶安全的主要因素之一，是评价汽车性能优劣的重要因素之一，因此在车辆的开发过程中操纵稳定性试验是必不可少的。
1 概述
车辆操纵稳定性包含道路保持能力，稳定性，预见性和可控性。主要用于评价驾驶员对车辆的控制难度，用于表示车辆跟随驾驶员意图的情况，而非极限性能，它是复杂交互作用的综合，从悬架特性、驾驶技巧到人机工程学都对实际的操控有影响;车辆操纵稳定性并不是指以极限速度变道或蛇形，也不是追求最高的极限加速度，普通驾驶员更关心的是0.3g内的车辆特性，可能在车辆整个寿命周期中只有一次紧急情况会高于这个数字。具有良好操纵性能的车辆并不像品质较差车辆一样要求较高的驾驶技术，若某辆车相对来说难以驾驶，那么这一定是超越了普通驾驶员的技术水平。因此，对于汽车转向系统操纵稳定性评价显得尤为重要。
2 操纵稳定性影响因素和评价
2.1 操纵稳定性影响因素
车辆操纵稳定性影响因素较多，轮胎特性，车辆结构（车重、尺寸、质心高度和位置、侧倾和横摆转动惯量、驱动方式），悬架K&C特性，转向系统特性，整体结构柔度（轴对轴的扭转和弯曲刚度），空气动力学特性，电子稳定控制，人机工程学（如驾驶员位置，座椅支撑和视角），干扰因素（如天气，道路条件）。
2.2 操纵稳定性评价
车辆操纵稳定性评价主要分两个领域进行评价：稳态操纵特性和瞬态操纵特性。两者的区别在于转向运动输入的频率，制动及油门的输入。稳态输入是驾驶员的输入状态没有改变，车辆处于平衡的状态。也就是，车辆既没有加速也没有减速，而驾驶员的对车辆的输入是恒定。稳态工况主要是定圆试验和直线行驶，稳态操纵的实例包括坡度输入的转向，高速公路上缓慢的加速或减速以保持车速。瞬态输入则是出现在驾驶员对车辆的输入状态发生了改变，瞬态工况主要是阶跃输入，转角谐波输入（中心区），换道，蛇形等。瞬态操纵的实例包括移线变道，高速公路加速，躲避碰撞等。稳态的良好特性有时可能在瞬态上并不安全或不可接受，但是反过来是可能的。比如某车的不足转向效果很大部分来源于侧倾转向，稳态效果会很好，因为反应时间足够，但是瞬态下，存在不确定性。
在整車操纵稳定性评价中，比较常见的关注点包括小的转弯半径、助力性能、不同车速转向力矩，不同车速打方向（原地、极低速、中速、高速）catch up，kickback，车辆回正性，方向盘摆正，车辆跑偏等。
小的转弯半径的优势是容易停车，可在狭小的空间内转向。最小转弯半径与车轮轴距、前轮距、内轮最大转角、外轮最大转角相关。最小转弯半径减小，车轮转角增大，齿条行程增大。车辆转弯遵循阿克曼几何原理，具体如图1所示。
助力性能要求在全部转角范围内提供足够的助力，齿条力在接近转角极限位置时快速增加，而一般情况下，为了追求好的手感，在接近转角极限位置时转向力保持不变或小的变化，具体如图2所示。
不同车速下要求有合适的转向力矩及匹配车辆动态响应，便于操纵，随着车速上升，还要求有足够的路感及中间位置感;在特定的横向加速度下，不只是转向力，以下特性也非常重要，比如初始转向力、转向力变化率、操纵保舵力。具体如图3、图4所示。
不同车速下快打方向（原地、极低速、中速、高速），由于助力延迟，快打方向时转向力会比正常时重，使转向变得困难，因此需增加快打方向时的助力，系统提供足够的助力，提高紧急避险性能。具体如图5所示。
车辆在不平路面上行驶时，路面的反馈传递至方向盘，造成方向盘的摆动，称之为kickback。车辆行驶时，释放方向盘后，车辆向左或右偏移，称之为车辆跑偏。通常这些问题不是由于转向系统造成的，但是一般都是通过转向系统控制来进行改善。
3 结论与建议
由上述介绍可知，车辆操纵稳定性主要包含道路保持能力，稳定性，预见性和可控性。而实际评估过程中，主要从稳态操纵特性和瞬态操纵特性进行评价。
转向系统操作稳定性通常关注点在不同车速下力矩建立及和匹配车辆悬架动态响应，要求有足够的路感。因此我们在做某车型的转向系统操作稳定性评价之前，需要很好的理解并摸透该车型的市场定位及悬架轮胎特性，这样有助于更好的评估该车辆性能。
参考文献
[1] 余志生.汽车理论第5版[M].机械工业出版社，2009.
