车速对汽车转向力矩的影响分析

路感强度的转向力矩分析现在虽然已有商用的电动液压助力转向系统，如POLO轿车的助力转向系统，国外也有相关的研究报道，但是出于技术保密等原因，这方面公开发表文章较少，基本以概念性的说明及系统开发过程介绍为主［1～5］;国内也有相关研究，主要集中在系统建模仿真，电机控制方法研究等方面［6～9］。

但是对如何量化驾驶员对车辆操控性的主观评价，如何确定助力转向系统的控制目标，特别是助力特性曲线与车速变化的关系以及助力特性与驾驶员主观路感强度之间的关系缺乏系统深入的研究，还没有成熟的设计理论和方法。

在设计助力特性曲线时，主要有两种类型处理方法即线性和非线性方法［10］。

线性方法为在一定车速下助力系统的助力矩与方向盘转矩成线性比例;非线性方法助力矩与方向盘力矩之间为分段线性或二次曲线比例关系。

但是线性方法和非线性方法在涉及方向盘力矩控制目标时缺乏理论支持和适当的计算方法。

一般都是根据文献推荐的数值定下最大的力矩值，然后采用线性或非线性关系确定其它工况下的力矩值。

这种方法设计系统虽然能起到助力效果，但是其控制目标的确定没有理论的支持，系统在不同工况下的助力值和方向盘力矩值并不是最优的，对电动及电控液压助力转向系统的设计缺乏指导作用。

本文中对人-车系统车辆转向响应进行了分析，提出了“综合路感强度”的概念，探讨了方向盘理想力矩的计算方法。

1路感及车辆操控性主观评价驾驶员作为有一定能力的控制者，也是车辆操纵性能的评价者;方向盘力矩反馈及车身响应作为两个主要反馈信号使驾驶员能判断车身状态，实时调整方向盘转角，实现对车辆操控的闭环控制。

转向操纵过程中，不同车速下方向盘的转角、转矩及车身的响应不同，驾驶员感受到的反馈信号强度不同，信号太强或太弱对驾驶员来讲车辆都不宜操控。

特别在中高速情况下，驾驶员需要精确调整车身状态，对转向系及车身反馈信号的要求较高。

路感是一个涉及到方向盘反馈和车身响应的综合参数，对车辆高速操纵性主观评价具有重要作用。

中间位置转向试验和评价指标中间位置转向操纵稳定性的参数灵敏度分析和改进中间位置指的是车辆⾼速⾏驶时在直线⾏使位置附近，⽅向盘转动范围不太⼤，转动速度缓慢，侧向加速度较⼩时的⼀个区域，这个操纵区域称为中间位置（on-center）。

统计结果显⽰，车辆在⾼速⾏驶时，驾驶员绝⼤多数操纵⾏为发⽣在⽅向盘转动范围不太⼤，侧向加速度较⼩的⼀个区域内，需要急打⽅向的紧急情况相对较少，在⾼速公路上尤其如此。

在评估车辆⾼速⾏驶的操纵性能时，中间位置的路感是⼀个⾮常重要的问题，汽车的很多⾼速操纵稳定性能指标，例如经常评价的车辆是否发飘的问题就需要在这个区域内进⾏评估。

另外，转向系统的⾮线性特性在转向过程中起着⾮常重要的作⽤，尤其是在中间位置。

因此，在研究路感各影响因素的同时，重点需要研究⼲摩擦、液压助⼒等⾮线性特性的影响。

评价采⽤的客观评价指标，主要是那些与主观性评价相关性好的中间位置操纵稳定性客观评价指标。

1 中间位置操纵稳定性的客观评价⽅法可以通过侧向加速度、⽅向盘⼒矩和⽅向盘转⾓三者之间的相互关系对整车的操稳进⾏评价。

⽅向盘⼒矩VS侧向加速度从图中提取出五个评价指标：1）⽅向盘⼒矩为0时的车辆侧向加速度⽅向盘⼒矩为0时的汽车侧向加速度表征了汽车的回正性能。

为了理解这个指标的意义，可以设想汽车在移线运动中⽅向盘最后要回到直线⾏驶的位置之前，若松开⽅向盘，车辆并不会回到直线⾏驶的位置⽽会“卡住”在某处。

显然，此时⽅向盘⼒矩为0，但汽车仍在做⼤半径的曲线运动，仍有⼀定的侧向加速度，此加速度越⼩表明汽车的回正性能越好。

2）侧向加速度为0g时的⽅向盘⼒矩侧向加速度为0g时的⽅向盘⼒矩主要反映转向系统的⼲摩擦。

3）侧向加速度为0g时⽅向盘⼒矩梯度侧向加速度为0g时的⽅向盘⼒矩梯度就是⽅向盘⼒矩随侧向加速度的变化率，表征了车辆在直线⾏驶时的“路感”，它主要受到主销⼏何参数和总传动⽐的影响。

在装有动⼒转向的车辆上，转向机阀中扭⼒杆的刚度、转阀的设计及转向系统摩擦都会对其产⽣影响。

汽车EPS助力特性曲线的设计机理及几何特征任夏楠;邓兆祥【摘要】对汽车转向系统进行受力分析,建立了不同车速稳态转向行驶工况的转向盘阻力矩模型.提出了一种驾驶员理想转向盘力矩参数化特性模型,并在此基础上对电动助力转向系统(EPS)助力特性曲线的设计机理进行研究,提出了以驾驶员理想转向盘力矩与车速、转向盘转角、侧向加速度的关系为基础,将助力特性曲线按照高速和低速分别进行设计的观点,并对EPS助力特性曲线的相关几何特征进行了详细的论证.研究结果表明:EPS助力特性曲线基本形状只能是下凹型,且EPS助力特性不是完全的直线型、折线型或曲线型.【期刊名称】《华南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(041)008【总页数】7页(P74-79,86)【关键词】电动助力转向系统;助力特性曲线;转向盘力矩;几何特征【作者】任夏楠;邓兆祥【作者单位】重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400030;重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400030;中国汽车工程研究院股份有限公司汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室,重庆400039【正文语种】中文【中图分类】U46电动助力转向系统(EPS)助力特性曲线的设计是EPS研究的重要内容，当前对于EPS的研究多集中于EPS的控制算法［1-3］以及控制器的硬件设计上［4］，而对EPS助力特性曲线设计方面的研究相对较少，从已公开发表的文献上来看，这个领域的研究仍然存在一些不足，主要体现在以下两个方面．首先，助力特性曲线的几何特征未能得到严格的论证．当前科研人员设计助力特性曲线时总是有一个先入为主的观念，在潜意识中就已经将曲线形状设定为下凹的直线、折线或者曲线［2］，如图1所示，图中Tassist表示EPS助力力矩，Tsw表示转向盘力矩，v表示车速，vmax表示最大助力车速．其次，EPS助力特性曲线设计方法不能从原理上揭示出其本质．当前EPS助力特性曲线的设计方法是凭经验设计出基本助力特性曲线，然后通过实车道路试验不断地对助力特性曲线进行修正，最终得到助力特性曲线［1-3，5-11］，没有从原理上对 EPS助力特性曲线的设计进行研究，也就无法对EPS助力特性曲线进行本质上的描述．图1 助力特性曲线的基本形式Fig．1 Basic forms of the assist characteristic curve 0＜v1＜v2＜vmax针对上述问题，文中首先从EPS助力力矩是转向盘阻力矩与驾驶员理想转向盘力矩的差值这一本质入手，建立低速和高速行驶工况下的转向盘阻力矩模型;然后提出了一种用以描述驾驶员理想转向盘力矩的参数化特性模型;进而提出了以驾驶员理想转向盘力矩与车速、转向盘转角、侧向加速度的关系为基础，以边界车速为界，按照车速高低分别进行助力特性曲线设计的观点，并详细阐述了低速与高速行驶工况下EPS助力特性曲线的设计机理．最后，对EPS助力特性曲线的相关几何特征进行了探讨．1 转向盘阻力矩模型的建立汽车在原地转向、极低车速下转向和较高车速转向的转向阻力矩的产生机理是不同的，这主要是由作用于轮胎的地面摩擦力矩引起的［9-14］．相关研究表明，地面摩擦力矩随着车速的增加而减小，在一定车速vb下变为零［10-12］．笔者认为应以该车速为界将车速分为低速和高速，按照两种工况分别建立转向盘阻力矩模型．为了表述方便称该车速(vb)为边界车速．设汽车原地转向工况时的地面静态摩擦力矩为Trf，max，转向系统的干摩擦力矩为 Trf，in，车速为 v，转向盘转角为θ，质心侧向加速度为ay，整车质量为m，轴距为L，轮距为B，质心至前轴的距离为a，质心至后轴的距离为b，车轮轮胎侧偏刚度为C，转向系统传动比为iss，稳定性因数为K．则当车速低于边界车速vb时，综合相关文献的结论［10-12］，该工况下的转向盘阻力矩TrL可表示为式中，KL(v)为与车速相关的比例系数，满足条件:当车速高于边界车速vb时，该工况下的转向盘阻力矩 TrH可表示为［13-15］式中，KH＞0，为比例系数，且是一个常数．文中建立了某车(参数如表1所示的车辆1)各工况下的转向盘阻力矩模型式(1)，得到了各个车速下转向盘阻力矩Tr与转向盘转角θ之间的关系，并将仿真结果与实车试验进行了对比，如图2所示．图2 转向盘阻力矩仿真与试验结果的对比Fig．2 Comparison between the results of experiment and simulation of steering wheel torque2 驾驶员理想转向盘力矩模型当前对于理想转向盘力矩的研究存在两种观点，一种观点认为驾驶员理想转向盘力矩与汽车侧向加速度的关系最为直接［1，16-19］;另一种观点则认为驾驶员的理想转向盘力矩与转向盘转角的关系更为直接［2，8］，而且其研究结果都是针对较高车速行驶工况．笔者通过研究发现，稳态转向工况下驾驶员理想转向盘力矩Texpect可用车速v、转向盘转角θ、质心侧向加速度ay表示，具体描述形式如式(3)、(4)所示．当v＜vb时，驾驶员理想转向盘力矩TexpectL为而当v＞vb时，驾驶员理想转向盘力矩TexpectH为其中 k1、k2、l1、l2、a1、a2、b1、b2、c1、c2 都是大于 0 的常数，需要根据试验来进行确定．为了对该模型进行验证，以3款不同型号的车为研究对象，选取了中国西南地区某汽车转向系统零部件企业中22名有经验的驾驶员，参考我国国家标准GB/T 6323．5—1994 和GB/T 6323．6—1994 以及国际标准ISO 13674-1:2010，测量不同工况下的驾驶员理想转向盘力矩，3款车辆的基本参数如表1所示．相关试验结果如表2、3所示．表1 3款车辆的基本参数Table 1 Basic parameters of three different vehicles 车辆m/kg L/m B/m a/m iss C/(kN·m·rad-1)1 1．9 2．80 1．40 1．71 16．5 24．75 2 1．5 2．35 1．31 1．36 24．7 20．00 3 1．7 2．75 1．42 1．62 19．0 22．50表2 5km/h行驶工况下驾驶员理想转向盘力矩Table 2 Ideal steering wheel torque of driver when driving at a speed of 5km/h?表3 40km/h行驶工况下驾驶员理想转向盘力矩Table 3 Ideal steering wheel torque of driver when driving at a speed of 40km/h?进而以测得的数据为基础，对驾驶员理想转向盘力矩模型进行了参数辨识，最终建立起中国西南地区的驾驶员理想转向盘力矩模型，并将该模型与文献［19］中的驾驶员模拟器试验数据进行了对比，如图3、4所示．图3 中国西南地区驾驶员理想转向盘力矩模型Fig．3 Ideal steering wheel torque model of driver in Southwest of China图4 驾驶员理想转向盘力矩模型数据与文献［19］中驾驶员模拟器试验数据的对比Fig．4 Comparison between ideal steering wheel torque obtained by model and the test one obtained by driver simulator in reference［19］辨识出的部分驾驶员模型参数的拟合值分别为:l1=0．67，l2=0．71，a1=2．18，a2=2．52，c1=-0．3，c2=-6．92．可以看出，与文献［19］中的驾驶员模拟器试验相比，同一行驶工况下，根据文中提出的模型而计算出的驾驶员理想转向盘力矩值略大，但是两者的趋势是一致的．3 EPS助力特性曲线设计机理分析3．1 v＜vb行驶工况下的EPS助力特性设计根据第1、2节的结论，该工况下的转向盘阻力矩为驾驶员理想转向盘力矩为TexpectL，则此时EPS的助力力矩TassistL可以表示为由于TrL、Texpect均是v和θ的函数，所以TassistL也是v和θ的函数．根据隐函数和反函数存在定理［20］，可以将TassistL用 v和 TexpectL的函数TAL(v，TexpectL)来表示，即考虑到助力电机的负荷极限、热保护以及助力死区等限制条件，最终可将实际EPS 助力特性Tassist表示为车速 v和驾驶员实际转向盘力矩 Tsw的函数TFL(v，Tsw)，即边界车速以下行驶工况的EPS助力特性设计机理如图5所示．图5 低车速行驶工况下助力特性曲线设计机理框图Fig．5 Design schematic of assist characteristic curve under the condition of low driving speed3．2 v＞vb行驶工况下的EPS助力特性设计根据第1、2节的结论，该工况下的转向盘阻力矩为TrH，驾驶员理想转向盘力矩为TexpectH，则此时EPS的助力力矩TassistH可以表示为由于TrH、TexpectH均是v和ay的函数，所以TassistH也是v和ay的函数．根据隐函数和反函数存在定理［20］，可以将TassistH用v和TexpectH的函数TAL(v，TexpectH)来表示，即考虑到助力电机的负荷极限、热保护以及助力死区等限制条件，最终可将实际EPS 助力特性Tassist表示为车速 v和驾驶员实际转向盘力矩 Tsw的函数TFH(v，Tsw)，即边界车速以上行驶工况的EPS助力特性设计如图6所示．图6 高车速行驶工况下助力特性曲线设计机理框图Fig．6 Design schematic of assist characteristic curve under the condition of high driving speed可以看出，驾驶员理想转向盘力矩模型在高车速与低车速时的不同表达式，导致低车速和高车速行驶工况下助力特性的设计过程中消去的中间参数不同，低车速行驶工况消去的是转向盘转角，高车速行驶工况消去的则是汽车的侧向加速度．4 EPS助力特性几何特征分析4．1 v＜vb行驶工况下的助力特性几何特征根据第2、3节的结论，最终可将该工况下的助力力矩TassistL表示为4．1．1 助力特性曲线斜率及变化率分析根据助力特性曲线的定义，其斜率对于车速的变化率可以表示为TassistL对TexpectL和v的二阶混合偏导数，即根据第1节的结论，当车速较低时有K'L(v)0，并考虑到 a1、k1、c1、KL(v)都大于 0，所以这就表明该工况下EPS助力特性曲线的斜率随着车速的上升而下降．4．1．2 助力特性曲线的凹凸性分析助力特性曲线的凹凸性反映了其弯曲程度，而助力曲线的凹凸性可以用助力力矩TassistL对TexpectL的二阶偏导数来表示，即由于KL(v)≥0、c1＜0，所以当车速等于0时∂2TassistL/∂TexpectL=0，而当车速大于 0 时∂2TassistL/∂TexpectL＜0．这就说明该工况下的助力特性曲线是下凹的曲线，且原地转向工况下的助力特性曲线为直线．同时，由于车速较低，K'L (v) 0，所以有当车速为0 时，/∂v=0，而当车速大于0 时，/∂v＜0，也就是说该工况下助力特性曲线的凹性随着车速的增加而增强．该工况下的EPS助力特性曲线示意图如图7所示．图7 低车速行驶工况下EPS助力特性曲线的几何特征Fig．7 Geometric characteristic of assist characteristic curve of EPS under the condition of low driving speed4．2 v＞vb行驶工况下的助力特性几何特征根据第2、3节的结论，最终可将该工况下的助力力矩TassistH表示为4．2．1 助力特性曲线斜率及变化率分析该工况下TassistH对TexpectH和v的二阶混合偏导数为式中，a2、k2、KH 均大于 0，所以∂2TassistH/∂TexpectH ＜0，这就表明该工况下EPS助力特性曲线的斜率随着车速的上升而下降．4．2．2 助力特性曲线的凹凸性分析该工况下EPS助力力矩TassistH对TexpectH的二阶偏导数为由于 c2＜0、KH＞0，故∂2TassistH/∂TexpectH ＜0，这就说明该工况下的助力特性曲线是下凹的曲线．同时由于所以该工况下助力特性曲线的凹性随着车速的上升而增强，曲线变得更弯曲．该工况下的EPS助力特性曲线示意图如图8所示．图8 高车速行驶工况下EPS助力特性曲线的几何特征Fig．8 Geometric characteristic of assist characteristic curve of EPS under the condition of high driving speed由图7、8可以看出，EPS助力特性曲线除了在原地转向工况下是直线型以外，其余各车速下都是下凹的曲线型助力特性曲线．文中对某车(参数如表1的车辆1)的EPS设计了助力特性曲线，该车EPS系统总成(即设计出的EPS初始助力特性)如图9、10所示．该EPS助力电机是永磁直流有刷电机，其助力力矩与助力电流成线性正比关系，所以助力特性曲线用助力电机电流Ia来表示．图9 某车EPS总成实物图Fig．9 EPS assembly of a vehicle图10 EPS助力特性曲线Fig．10 Assist characteristic curve of EPS可以看出，随着车速的上升，设计出的EPS助力特性由原地转向时的直线型助力逐渐变成了曲线型助力．需要说明的是，该助力特性只是初始助力特性，最终助力特性的形成需要经过大量反复的实车道路试验来对初始的助力特性进行修正．5 结语EPS的助力特性曲线的设计是开发EPS的重要环节，当前其设计中仍然存在着一些问题，针对这些问题，笔者从EPS助力力矩是转向盘阻力矩与驾驶员理想转向盘力矩的差值这一本质出发对EPS助力特性曲线的设计进行研究．首先对转向盘阻力矩的形成机理进行了分析，建立了不同行驶工况的转向盘阻力矩模型;然后提出了一种驾驶员理想转向盘力矩模型，将驾驶员理想转向盘力矩表示为车速、转向盘转角、侧向加速度的函数;进而从对EPS助力特性曲线的设计机理进行了详细的分析，探讨了不同车速行驶工况下EPS助力特性曲线的设计方法;最后，论证了助力特性曲线形状的斜率、凹凸性等几何特征，证明了EPS助力特性曲线基本形状只能是下凹型，且EPS助力特性曲线不是完全的直线、折线或曲线型．后续的工作将围绕EPS在复杂工况下的道路试验研究而展开．参考文献:［1］李莉．转向力矩特性的分析与EPS助力控制策略的研究［D］．上海:同济大学中德学院，2006．［2］刘照．汽车电动助力转向系统动力学分析与控制方法研究［D］．武汉:华中科技大学机械学院，2005:65-74．［3］Kim Jihoon，Song Jaebok．Control logic for an electric power steering system using assist motor［J］．Mechatronics，2002，12(3):447-459．［4］李伟光，林颖，王元聪．汽车电动助力转向系统的硬件设计［J］．华南理工大学学报:自然科学版，2006，34(2):52-56．Li Wei-guang，Lin Ying，Wang Yuan-cong．Hardware design of automobile electric power steering system ［J］．Journal of South China University of Technology:Natural Science Edition，2006，34(2):52-56．［5］Lee M H，Ha S K，Choi J Y，et 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◆文/江苏 高惠民线控转向系统技术综述与实车应用(二)(接2022年第6期)六、SBW系统的路感反馈控制汽车转向系统主要有两大功能：一是操纵转向，驾驶员通过操纵转向盘来控制转向轮绕主销转动；二是反馈路感，将整车及轮胎的运动状态、受力情况通过转向盘反馈给驾驶员，即路感。

前者驾驶员是输入，实现转向系统的角位移功能；后者是将路感反馈给驾驶员，实现力传递功能。

二者结合，构成了汽车转向过程中的“人一车—路”的闭环控制。

1.转向盘力矩分析 驾驶员在操纵车辆过程中，转向盘操纵转矩与转向盘转角、车速以及路面附着情况等密切相关。

为了让驾驶者能够清晰地触摸到这些信息，所设计的SBW转向盘上力矩模型(图9)，充分考虑转向盘力矩影响因素，如反馈力矩、摩擦力矩、阻尼控制力矩、限位控制力矩以及主动回正力矩，这些可以看作转向盘上的反作用力。

所建立模型是这些力矩的总和。

(1)反馈力矩根据车辆行驶状态反馈给驾驶员的力矩，其大致反映了车辆的行驶状态和路面状况。

在相关标准和文献的研究中，大量的研究结果表明车速、转向盘转角、侧向加速度与转向盘转矩之间存在密切联系。

①汽车低速行驶时，其侧向加速度的变化较小，驾驶员不易感知到此车身信息的变化，但是对转向盘转角变化却非常敏感，因而在设计路感时，转向盘转角和车速信息要占比较大的权重。

②汽车高速行驶时，由于受到车辆操纵稳定性的制约，转向盘在较小的范围内转动，此时转角的变化对侧向加速度的影响很大，驾驶员对侧向加速度变化反而很敏感，因而在设计路感时，要重点考虑侧向加速度和车速对转向盘力矩的影响。

③汽车在高、低速之间行驶时，此时的车速越大，则转向盘力矩越大。

驾驶员对侧向加速度和转向盘转角都较为敏感，因而在设计路感时，不仅要考虑转向盘转角的影响，也要将侧向加速度和车速对转向盘力矩的影响考虑进去。

(2)摩擦力矩在机械结构中，摩擦力矩是一直存在不可忽略的。

而SBW系统因断开了转向管柱与转向器间的连接，所以驾驶员能够直接感受到的摩擦力矩只来源于转向盘总成。

第五章汽车的操纵稳定性5.1 一轿车（每个）前轮的侧偏刚度为-50176N/rad.外倾刚度为-7665N/rad«若轿车向左转弯，将使前轮均产生正的外倾角，其大小为4度。

设侧偏刚度与外倾刚度均不受左、右轮负载转移的影响，试求由外倾角引起的前轮侧偏角。

解：有外倾角时候的地而侧向反作用力为F Y=ka + k y y（其中k为侧偏刚度,k「为外倾刚度，丫为外倾角）于是，有外倾角引起的前轮侧偏角的大小为：代入数据，解得a, ==0.611 rad,期外由分析知正的外倾角应该产生负的侧偏角，所以由外倾角引起的前轮侧偏角为-0.611 rad o5.2 6450N轻型客车在试验中发现过多转向和中性转向现象，工程师们在悬架上加装横向稳左杆以提高前悬架的侧倾角刚度，结果汽车的转向特性变为不足转向。

试分析英理论依据（要求有必要的公式和曲线）。

答：由课本P138-140的分析知，汽车稳态行驶时，车厢侧倾角决左于侧倾力矩M枷和悬架总的角刚度工K軒, 即0广一。

前、后悬架作用于车厢的恢复力矩增加：% =00, T沁=匕』「其中K歸,K卯2分别为前、后悬架的侧倾角刚度，悬架总的角刚度工K”为前、后悬架及横向稳立杆的侧倾角刚度之和。

由以上的分析易知，当增加横向稳立杆后汽车前悬架的侧倾角刚度增大，后悬架侧倾角刚度不变，所以前悬架作用于车厢的恢复力矩增加（总侧倾力矩不变），由此汽车前轴左、右车轮载荷变化量就较大。

由课本图5-46知在这种情况下，如果左右车轮轮胎的侧偏刚度在非线性区，则汽车趋于增加不足转向量。

5.3汽车的稳态响应有哪几种类型？表征稳态响应的具体参数有哪些？它们彼此之间的关系如何？答：汽车的稳态响应有三种类型，即中性转向、不足转向和过多转向。

表征稳态响应的参数有稳定性因数，前、后轮的侧偏角角绝对值之差（＜z,-a2）,转向半径的比R/R＜）,静态储备系数SM等。

它们之间的彼此关系为：« =丄（⑦-％）（⑷为侧向加速度的绝对值）；—=1 4- Kir :&S.M.二一--（k t,灼分别为汽车前、后轮的侧偏刚度，"为汽车质心到前轴的距禽，L为前、后轴之间的距k} +k2 L5.4举出三种表示汽车稳态转向特性的方法，并说明汽车重心前后位置和内、外轮负荷转移如何影响稳态转向特性？答：表示汽车稳态转向特性的参数有稳左性因数，前、后轮的侧偏角绝对值之差（冬-&2），转向半径的比R/R（“ 静态储备系数S.M.等。

转向回正力矩引言在机械工程中，转向回正力矩是指使车辆或机器从转向动作中回复到原始位置的力矩。

它是保证车辆稳定性和操纵性的关键因素之一。

转向回正力矩不仅适用于汽车工程，还广泛应用于航空、航天、船舶等领域。

本文将重点讨论转向回正力矩的原理、影响因素以及相关的控制方法。

原理转向回正力矩的产生是由于前轮与地面之间的摩擦力和车轮结构设计所引起的。

当车辆进行转弯时，前轮与地面之间会产生一个侧向摩擦力。

这个侧向摩擦力会使前轮倾斜，并产生一个垂直于前进方向的力矩，即转向回正力矩。

具体来说，当车辆进行左转时，左前轮受到侧向摩擦力作用而倾斜，右前轮则相对抬起。

由于左前轮倾斜产生了一个垂直于前进方向的分量力，这个分量力与右前轮抬起所产生的力矩相互抵消，从而使车辆回到直行状态。

同样的道理适用于右转。

影响因素转向回正力矩受多种因素影响，下面将介绍一些主要因素。

悬挂系统车辆的悬挂系统对转向回正力矩起着重要作用。

悬挂系统的刚度和减震性能会影响前轮与地面之间的摩擦力大小，进而影响转向回正力矩的大小。

轮胎特性轮胎是车辆与地面之间唯一接触点，它的特性对转向回正力矩起着决定性作用。

轮胎的侧向刚度、侧滑角以及胎压等参数都会影响转向回正力矩。

车速车速对转向回正力矩有显著影响。

一般来说，低速时转向回正力矩较大，高速时转向回正力矩较小。

这是因为在低速情况下，侧向摩擦力更容易产生，并且由于惯性作用，车辆需要更大的力才能恢复到直行状态。

车辆质量车辆的质量也会对转向回正力矩产生影响。

较重的车辆在转向时需要更大的力矩才能回正。

控制方法为了保证转向回正力矩的稳定性和操纵性，人们提出了多种控制方法。

动态稳定控制系统（DSC）动态稳定控制系统是一种基于车辆动力学模型的控制方法。

它通过感知车辆状态并对车轮进行独立刹车来实现转向回正力矩的控制。

DSC可以根据需要调整每个车轮的刹车压力，从而实现更好的转向回正效果。

电子助力转向系统（EPS）电子助力转向系统是一种通过电子控制单元（ECU）来实现转向回正力矩控制的技术。

汽车线控转向系统控制研究摘要：为了提高汽车线控转向系统操纵稳定性,对其控制策略进行了研究。

首先,通过分析系统运动学微分方程,采用Matlab/Simulink软件构建汽车线控转向系统的仿真模型。

设计基于车轮转角的改进滑膜控制策略,在双移线变道工况和阶跃信号转向工况下进行多次联合仿真试验。

结果表明,改进的滑膜控制具有良好的控制效果,此研究的线控转向系统可以提高车辆转向操纵的稳定性。

前言由于汽车线控转向系统取消了传统的机械连接,因此必须采用合理的控制策略来实现方向盘与转向执行机构之间的信号传输,以确保转向的准确性和安全性。

文献[1]设计了一种电机转速模型观测器,以便实时监测由于系统参数变化所带来的低频干扰,并对其进行了补偿。

文献[2]通过分析转向系统的几何结构,采用模糊自适应PID控制,有效地抑制了电流误差,提高了助力力矩的精确度。

文献[3]系统地总结了汽车线控转向系统的发展,并分析了线控转向系统的关键控制策略。

文献[4]利用BP神经网络模拟出不同工况下的转向助力矩,仿真结果表明,车辆具有良好的转向轻便性。

SBW系统工作环境较为复杂,容易受到外界干扰的影响,方向盘与转向电机之间的信号转换与传输过程的准确性尤为重要。

本次研究将建立基于前轮转角误差控制的系统模型,以改善系统控制的有效性,提高汽车线控转向的准确性。

1 线控转向系统工作原理及动力学建模1.1 线控转向系统结构与工作原理线控转向系统主要是由方向盘模块和转向执行模块组成,其组成如图1所示。

当汽车转向时,传感器将方向盘的转角、转矩信号传递到主控制器ECU。

ECU根据方向盘转角、转矩及车辆状态等信息,经计算处理后,得到转向电机驱动电流,并通过电机驱动器将其施加给驱动电机,以控制转向执行电机,输出相应的转矩,从而保证汽车稳定转向。

路感电机可以根据路面信息模拟出相应的路感信息,并通过方向盘传递给驾驶员,使其掌握车辆在路面的行驶状态,从而加强对车辆的操控。

汽车转向轮定位参数的作用李耀超;马化海;张文新;孙英会【摘要】文章介绍了汽车转向轮的外倾角、前束、主销后倾角、主销内倾角四种定位参数的作用.为了使得读者能够更直观清晰的理解转向轮定位参数的意义,文章利用大量的简化示意图来说明四种定位参数的工作原理及在车辆不同工况下所起的作用.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2017(000)012【总页数】4页(P150-153)【关键词】转向轮;定位参数;简化示意图【作者】李耀超;马化海;张文新;孙英会【作者单位】中国一汽技术中心,吉林长春 130011;中国一汽技术中心,吉林长春130011;中国一汽技术中心,吉林长春 130011;中国一汽技术中心,吉林长春130011【正文语种】中文【中图分类】U471.2汽车转向轮定位参数直接影响着汽车的操控性和行驶稳定性。

目前，已有很多文章将四轮定位参数对汽车行驶性能的影响进行了详尽的叙述[1,2]。

然而单纯的文字阐述很难让读者直观的理解每个参数如何影响着车轮的运动及车身姿态。

本文利用大量的简化示意图通过图文结合的方式来说明四种参数的工作原理及不同工况下所起的作用，希望使读者能够更加直观、清晰的理解转向轮定位参数的作用及意义。

车轮外倾角是指车轮在安装后，其端面向外倾斜，即车轮所处平面和纵向垂直平面间的夹角。

轮胎呈现“八”字形张开时称为负外倾，而呈现“V”字形张开时称正外倾。

正、负外倾角要根据车型，车辆用途等具体情况进行设定，它们都有各自的优缺点。

当汽车受重载时，车轮顶部会有向内倾斜的倾向，如图1（a）所示，在正外倾角的设定下外倾角γ会减小，轮胎与地面之间形成更好的接触进而轮胎的磨损减小，延长轮胎使用寿命，提高轮胎的抓地力；而如果车轮设定为负外倾角在该种工况下外倾就会进一步变大由γ变成γ+γ’（如图1（b）所示），这样不但会加剧轮胎的磨损，同时也会大大降低轮胎的抓地力。

然而，负外倾角的设计却可以提升高速转弯时车辆的稳定性。

转向系性能参数一、转向器的效率功率P 1从转向轴输入，经转向摇臂轴输出所求得的效率称为正效率，用符号η+表示，η+=(P 1—P 2)／P l ；反之称为逆效率，用符号η-表示，η- =(P 3—P 2)／P 3。

式中，P 2为转向器中的摩擦功率；P 3为作用在转向摇臂轴上的功率。

为了保证转向时驾驶员转动转向盘轻便，要求正效率高。

为了保证汽车转向后转向轮和转向盘能自动返回到直线行驶位置，又需要有一定的逆效率。

为了减轻在不平路面上行驶时驾驶员的疲劳，车轮与路面之间的作用力传至转向盘上要尽可能小，防止打手又要求此逆效率尽可能低。

1．转向器的正效率η+影响转向器正效率的因素有：转向器的类型、结构特点、结构参数和制造质量等。

(1)转向器类型、结构特点与效率 在前述四种转向器中，齿轮齿条式、循环球式转向器的正效率比较高，而蜗杆指销式特别是固定销和蜗杆滚轮式转向器的正效率要明显的低些。

同一类型转向器，因结构不同效率也不一样。

如蜗杆滚轮式转向器的滚轮与支持轴之间的轴承可以选用滚针轴承、圆锥滚子轴承和球轴承等三种结构之一。

第一种结构除滚轮与滚针之间有摩擦损失外，滚轮侧翼与垫片之间还存在滑动摩擦损失，故这种转向器的效率ly+仅有54％。

另外两种结构的转向器效率，根据试验结果分别为70％和75％。

转向摇臂轴轴承的形式对效率也有影响，用滚针轴承比用滑动轴承可使正或逆效率提高约10％。

(2)转向器的结构参数与效率 如果忽略轴承和其它地方的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失，对于蜗杆和螺杆类转向器，其效率可用下式计算)tan(tan 00ρααη+=+ （7--1） 式中，αo 为蜗杆(或螺杆)的螺线导程角；ρ为摩擦角，ρ=arctanf ；f 为摩擦因数。

2．转向器逆效率η-根据逆效率大小不同，转向器又有可逆式、极限可逆式和不可逆式之分。

路面作用在车轮上的力，经过转向系可大部分传递到转向盘，这种逆效率较高的转向器属于可逆式。

基于MATLAB的汽车转向系统力矩波动优化作者：祝倩倩吴成平来源：《时代汽车》 2017年第19期祝倩倩1 吴成平21贵州轻工职业技术学院贵州省贵阳市 550025 2北京福田戴姆勒汽车有限公司技术中心北京市 101400摘要：阐述了转向系力矩波动原理，采用MATLAB软件对某车型转向传动的力矩波动进行优化，效果明显，可指导工程实践。

关键词：转向系；力矩波动；优化作者简介祝倩倩：（1986-），女，山东济宁人，车辆工程，硕士，教师。

1 引言在乘用车转向系统布置时，由于驾驶舱空间限制，转向管柱轴线与转向器输入轴一般不能共线，所以，为了将施加在转向盘上的力矩由转向管柱传递到转向器，在转向管柱与转向器中间设置了能够改变力矩传递方向的万向节和转向传动轴。

十字轴万向节转向传动轴因在布置空间、成本及性能上有不可替代的优势，所以在汽车应用上较为普遍。

十字轴承的不等速特性会造成传递力矩的波动，波动过大会明显影响驾驶员的手感、路感以及舒适性，甚至存在安全隐患，而合理的硬点设计、相位角度布置可以有效降低力矩波动，改善整车操纵性能，提高驾驶舒适性。

2 转向力矩波动原理2.1 单十字轴式转向传动原理单十字轴万向节传动如图1所示，其中轴I为主动轴，轴II为从动轴，轴I与轴II瞬时转速关系随传动轴运动时刻发生变化。

作如下假设：①传动轴、中间支撑均为刚性；②不计传动过程中的摩擦损失。

设主动轴I上所受扭矩为Ml，从动轴II上所受扭矩为M2，则扭矩关系可表示为：式(l)、(2)中，w1和w2别为轴I和轴II的角速度，e1为轴I的输入转角，a为轴I与轴II的夹角，如图2所示为夹角a在3°~9°范围内的单十字轴万向节传动角速度变化规律。

由图可知，若输入轴I角速度w1不变，a角度数值（轴间夹角）越大，从动轴转速速度波动越大。

2.2 转向系统传动力矩波动分析模型图3为某国内自主品牌高速电动车转向传动结构图及其机构运动简图，由上述单十字轴式单万向节不等速传动特性可知，要想转向轻便、舒适性好，需要对其转向传动轴布置进行优化设计，使其力矩波动控制在许可的范围内。

测jXiX验AUTOMOBILE APPLIED TECHNOLOGY2020年第22期10.16638/ki.1671-7988.2020.22.044某车型低速行驶转向沉重问题分析及改进高建光(安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601)摘要：文章介绍了某车型原地及低速行驶时转向沉重的问题，通过对故障分析、排查，确认了根本原因，继而根据原因制定可行的对策，并通过实车测试验证来确认对策的有效性，最终消除了原地及低速行驶时转向沉重问题。

关键词：转向沉重；转矩；力特性曲线；流量中图分类号：U462.1文献标识码：B文章编号：1671-7988(2020)22-126-03Analysis and Improvement on the Problem of Low Speed Steering Heavynessin a Vehicle ModelGao Jianguang(Anhui Jianghuai Automobile Group Co.,Ltd.,Anhui Hefei230601)Abstract:This paper introduces the problem of hard steering when the vehicle is running in place and at low speed, through fault analysis and troubleshooting,the root cause is confirmed,then feasible countermeasures are developed according to the reasons,and the effectiveness of countermeasures is confirmed through vehicle test and verification，finally the problem of hard steering in situ and low speed is eliminated.Keywords:Hard steering;Torque;Force character curve;Rate of flowCLC NO.:U462.1Document Code:B Article ID:1671-7988(2020)22-126-03前言转向性能是汽车最重要的性能之一，可直观影响车辆的驾乘主观感受，对车辆的操纵轻便型、稳定性、舒适性和行驶安全性有重要影响。

Internal Combustion Engine&Parts规律，研究表明当柴油机压缩比达到17.6时，易引起燃烧恶化，结构优化中宜控制整机压缩比不大于17.6。

③计算分析柴油机额定转速下90%、100%负荷，供油提前角对柴油机性能影响规律，当供油提前角Δφps=16.5°CA~17°CA为时刻，柴油机常用工况90%负荷下最低燃油消耗率204.1g/kWh，柴油机长期运转综合性能较合适。

参考文献:[1]周龙保，刘忠长，高宗英.内燃机学[M].三版.北京：机械工业出版社，2011，4.[2]沈颖刚.EGR对可变压缩比SI发动机燃烧及排放特性的影响[J].2014，9.[3]刘永长.内燃机热力过程模拟[M].北京：机械工业出版社，2001，12.0引言转向传动装置通常由转向管柱和中间轴组成，中间轴由两个万向十字节及滑动花键部分组成，主要用来传递驾驶员施加于方向盘上的转向力及路面通过车轮振动反馈回来的逆向力。

因乘用车驾驶室内空间布置的需要，中间轴轴线与转向管柱轴线、转向器输入轴轴线间往往存在夹角，也就不可避免的存在转向力矩波动问题，影响车辆驾驶的品质。

转向系统设计中要求转向力矩波动控制在10%以内，本文通过获取的某车型转向系统硬点坐标，对转向力矩波动进行理论分析，并根据分析结果，提出了改进方案。

1转向力矩波动1.1力矩波动说明通常情况下，转向管柱与转向中间轴大多采用不等速万向节结构，当驾驶员通过方向盘输入转向力矩时，必然会产生力矩波动。

为了避免力矩波动的生成，必需同时满足两个条件：①转向管柱、中间轴、转向器输入轴三者的中心线位于同一平面内；②转向管柱和中间轴的中心线夹角与中间轴和转向器输入轴中心线的夹角相等。

由于驾驶室内的空间布置局限，转向系统的各个零部件与周边件相互制约，只能在有限的空间里整体考虑布置方案，因此上述2个条件很难同时满足。

从转向传动机构进行优化设计，降低转向力矩波动就显得尤为重要。

10.16638/ki.1671-7988.2020.15.049低速转向回正性能的分析及优化夏建华，于志超，张鹏（山东唐骏欧铃汽车制造有限公司研究院，山东淄博255100）摘要：低速转向回正性能是汽车操纵稳定性能重要指标，影响到驾驶安全性、舒适性、轻便性。

论文针对A车型机械转向回正不良的问题，从理论计算和实际测试数据进行分析，找出问题根源。

通过优化转向小齿轮齿形及加工精度，改善球销套加工工艺等措施，有效降低转向阻力矩61.3%，提升了车辆转向回正性能。

关键词：转向系统；回正性能；优化中图分类号：U463.46 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2020)15-149-03Analysis And Optimization Of Low Speed Steering Return PerformanceXia Jianhua, Yu Zhichao, Zhang Peng（Shandong Tangjun Ouling automobile manufacture Co., LTD. Research institute, Shandong Zibo 255100）Abstract: Low speed steering return performance is an important index of vehicle handling stability, which affects driving safety, comfort and handiness. Aiming at the problem of the poor steering return of A vehicle which used mechanical steering, the paper analyzes the theoretical calculation and the actual test data to find out the root cause of the problem. By optimizing the tooth shape and machining accuracy of the steering pinion and improving the machining process of the spherical shell, the steering resistance torque is effectively reduced by 61.3%, and the steering return performance of the vehicle is improved. Keywords: Steering system; Return performance; OptimizationCLC NO.: U463.46 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)15-149-03前言低速转向回正性能是汽车操纵稳定性能评价的重要指标之一，影响到驾驶安全性、舒适性、轻便性等。