中間位置轉向試驗和評價指標

2021-06-30 15:08:17 字數 3625 閱讀 1667

中間位置指的是車輛高速行駛時在直線行使位置附近,方向盤轉動範圍不太大,轉動速度緩慢,側向加速度較小時的乙個區域,這個操縱區域稱為中間位置(on-center)。統計結果顯示,車輛在高速行駛時,駕駛員絕大多數操縱行為發生在方向盤轉動範圍不太大,側向加速度較小的乙個區域內,需要急打方向的緊急情況相對較少,在高速公路上尤其如此。在評估車輛高速行駛的操縱效能時,中間位置的路感是乙個非常重要的問題,汽車的很多高速操縱穩定性能指標,例如經常評價的車輛是否髮飄的問題就需要在這個區域內進行評估。

另外,轉向系統的非線性特性在轉向過程中起著非常重要的作用,尤其是在中間位置。因此,在研究路感各影響因素的同時,重點需要研究幹摩擦、液壓助力等非線性特性的影響。評價採用的客觀評價指標,主要是那些與主觀性評價相關性好的中間位置操縱穩定性客觀評價指標。

可以通過側向加速度、方向盤力矩和方向盤轉角三者之間的相互關係對整車的操穩進行評價。

從圖中提取出五個評價指標:

1)方向盤力矩為0時的車輛側向加速度

方向盤力矩為0時的汽車側向加速度表徵了汽車的回正效能。為了理解這個指標的意義,可以設想汽車在移線運動中方向盤最後要回到直線行駛的位置之前,若鬆開方向盤,車輛並不會回到直線行駛的位置而會「卡住」在某處。顯然,此時方向盤力矩為0,但汽車仍在做大半徑的曲線運動,仍有一定的側向加速度,此加速度越小表明汽車的回正效能越好。

2)側向加速度為0g時的方向盤力矩

側向加速度為0g時的方向盤力矩主要反映轉向系統的幹摩擦。

3)側向加速度為0g時方向盤力矩梯度

側向加速度為0g時的方向盤力矩梯度就是方向盤力矩隨側向加速度的變化率,表徵了車輛在直線行駛時的「路感」,它主要受到主銷幾何引數和總傳動比的影響。在裝有動力轉向的車輛上,轉向機閥中扭力杆的剛度、轉閥的設計及轉向系統摩擦都會對其產生影響。

4)側向加速度為0.1g處的方向盤力矩

側向加速度為0.1g的方向盤力矩值代表了方向盤非線性力的大小。

5)側向加速度為0.1g處方向盤力矩梯度

0.1g處方向盤力矩梯度代表車輛的非線性路感,反映的是車輛駛離直線行駛位置時的「路感」。動力轉向的車輛在0.1g時的力矩和力矩梯度比機械轉向器要小很多,因此路感比機械轉向差。

一些車輛中間位置轉向試驗客觀指標的評價值

從圖中提取的評價指標:轉向靈敏度、最小轉向靈敏度和轉向遲滯。

1)轉向靈敏度

側向加速度為0.1g時曲線斜率的倒數反映的是轉向靈敏度。單位g/°。

2)最小轉向靈敏度

圖上側向加速度0g-0.1g之間的曲線上最大斜率處,其值的倒數為最小轉向靈敏度,這個靈敏度通常比0.1g的轉向靈敏度低很多,主要原因在於非線性的轉向柔性,在中間位置轉向系比較高的轉向柔性和橫擺衝擊會減小最小轉向靈敏度。

3)轉向靈敏度比

轉向靈敏度與最小轉向靈敏度的比值。因為在某種程度上最小轉向靈敏度也與0.1g處的轉向靈敏度成比例的變化,因此可以將二轉向靈敏度進行比較,可以排除由轉向柔性對系統分析的干擾,通用公司後來定義此比值為「線性度」。

此項指標也可作為車輛易於駕駛程度的評價指標,線性度越高,說明車輛響應變化率與輸入變化率的比例化程度越高,車輛也就越容易駕駛,這一點對新司機而言尤顯重要。

4)轉向遲滯

轉向遲滯等於側向加速度在正負0.1g之間的曲線所包圍的面積再除以0.2g。

其他評價指標

郭孔輝在此基礎上提出的三個新評價指標:

平均轉向靈敏度將整個中心區操縱性實驗資料進行線性回歸,其直線斜率的倒數除以100定義為平均轉向靈敏度。他的大小介於0.1g轉向靈敏度與最小靈敏度之間,因為駕駛員對車輛感覺有滯後,特別對新手來說對細微處不能很好的感覺,更多感覺到的是中心區平均靈敏度,因此,用此指標能反映大多數司機的情況。

平均靈敏度方差定義實驗資料與回歸後支線的方差為平均靈敏度方差,由於靜摩擦、轉向系統柔性等原因造成了非線性,因此,此項指標也是對總體非線性程度的評價。方差越小,說明這些影響非線性的因素越小,反之越大。如果說0.

1g是靈敏度及最小靈敏度是對代表性點處細節的評價,則郭孔輝的這兩個指標是對整個中心轉向區的綜合評價。

線性回歸的相關係數定義為靈敏度線性化係數評價指標,越接近1越好,這與線性度指標類似。

有兩個評價引數由方向盤力矩對轉角特性關係圖中匯出,它們是0度轉角時方向盤力矩及0度轉角時方向盤力矩梯度,即常提到的轉向的「剛度」,這個術語可能來自於此引數的單位(如:每單位角位移變化引起的力矩變化)。然而,這個引數並不是通常意義上的轉向系統剛度。

這些特性更接近需要精確控制操作(如閉環控制)的「感覺」,而在正常公路行駛時的轉向開環控制意義不大。

2.3.1.平均方向盤力矩梯度

將資料進行線性回歸,其直線斜率定義為平均方向盤力矩梯度。因為駕駛員對車輛感覺有滯後,特別對新手來說對細微處不能很好感覺,更多感覺到的是一種平均程度,它是中心區轉向時「路感」的平均度量。用此指標能反映大多數司機的情況。

2.3.2.平均方向盤力矩梯度方差

實驗資料與回歸後直線的方差為平均方向盤力矩梯度方差。由於靜摩擦、轉向系統柔性特別是動力轉向助力等原因造成了系統非線性,因此,此項指標也是對總體非線性程度的評價。方差越小,說明這些影響非線性的因素較小,反之就越大。

2.3.3.線性回歸的相關係數

線性回歸的相關係數定義為「方向盤力矩梯度線性化係數」評價指標,越接近1越好,這與線性度指標類似。

另外,日本豐田公司的akira higuchi 和hideki sakai 經過多次試驗,採用多個駕駛員,研究中心區操縱穩定性的評價方法。根據中心區操縱穩定性的主觀評價與客觀評價指標的相關性,分別從三個方面得出了以下結論[14]:

方向盤力矩特性即方向盤力矩對側向加速度特性。力矩梯度以及力矩梯度的線性度是表示了方向盤的力矩特性的兩個穩態評價指標。力矩梯度是指中心區側向加速度對方向盤力矩的變化率dy/dt,因此,力矩梯度越小,側向加速度引起的力矩越大。

力矩梯度的線性度,是指中心區力矩梯度與非中心區力矩梯度之比。實驗表明,力矩梯度的線性度越小,駕駛員的主觀評價越高。

平面運動特性即側向加速度對方向盤轉角特性,側向加速度增益即為汽車在非中心區側向加速度對方向盤轉角之比,側向加速度增益的線性度是指中心區側向加速度增益與非中心區側向加速度增益之比。此值越大,表明線性度越好,主觀感覺就越好。

側傾運動特性即側傾角對側向加速度特性,側傾率表示側向加速度值較小時的範圍內的側傾角對側向加速度的變化率,試驗表明,此值越小,主觀評價越高。側傾角延遲時間與主觀評價的相關性不大。

綜合以上兩種評價方法,本文擬採用其中與主觀評價相關性較好的引數作為本章的客觀評價指標,具體指標是方向盤力矩對側向加速度特性下的方向盤力矩為0時的汽車側向加速度,0g時的方向盤力矩,0.1g時的方向盤力矩,0g時的方向盤力矩梯度 ,0.1g時的方向盤力矩梯度五個評價指標和方向盤轉角對側向加速度特性下轉向靈敏度,最小轉向靈敏度,0.

1g下的轉向靈敏度三個客觀評價指標來對中心區操縱穩定性的引數靈敏度進行分析[14]。

運用第二章所建立的動力轉向系統的汽車操縱穩定性**模型,進行動力轉向系統不同引數特性的計算機**,分別從轉向系統的角傳動比、阻尼、幹摩擦、車輪定位引數以及液壓助力幾個方面進行。

採用中心區操縱穩定性**實驗,過程如下:在車輛加速到100km/h後,駕駛員隨後輸入乙個連續正弦轉向。轉向頻率為0.

2hz,轉向輸入要足夠大,使側向加速度峰值大約為0.25g。

**實驗車的原車引數如下表所示。

表3-2 **實驗轎車的整車以及轉向系引數

如圖3—6所示為本程式的**結果的實驗引數的時間歷程圖,本章將取其中的乙個正弦作為我們分析的資料,詳細介紹各個轉向系統各引數對中心區操縱穩定性的影響。

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