[01117814]动力转向系统特性及其对汽车操作性能影响的研究

一、课题来源与背景 本项目“动力转向系统特性及其对汽车操纵性能影响的研究”（合同编号： 桂科青0135022）为2001年桂科计字〔2001〕第35号文件下达的广西科学基金项目,由广西壮族自治区科学技术厅与广西科技大学（原广西工学院）根据有关法律、法规及广西科学研究与技术开发计划项目管理和科技经费管理的有关规定共同约定立项实施。实施时间为：2001年8月至2003年8月。 二、研究目的与意义 在汽车行驶中,驾驶员通过方向盘来操纵和控制汽车的行驶方向,实现自己令汽车转向的意图。在现代汽车上,转向系统是必不可少的最基本的系统之一。对于汽车整车动力学系统而言,转向系统是汽车转向运动的输入端,转向系统特性直接影响到汽车的操纵稳定性与行驶安全性。 动力转向系统是为了减轻转向力而装有助力装置的转向系统,近年来汽车上动力转向系统的装备率显著增多。动力转向系统的参数特性对汽车操纵稳定性的影响是汽车动力学理论研究和实际结构设计中亟待解决的问题,而迄今为止在国内有关技术文献中尚未见到“动力转向系统特性对汽车操纵稳定性能的影响”方面研究的报导,国际上该方向的研究亦不多见。本课题的研究对于分析汽车动力转向系统特性、整车动力学建模与仿真研究、汽车操纵稳定性能研究和新车型的技术开发具有较大的理论意义和实际工程设计指导意义。 三、主要论点与论据 在该研究中,通过台架试验系统地对HPS系统转向助力特性、转向间隙特性、干摩擦特性进行了研究,首次提出动力转向系统4自由度动力学模型,并构建了考虑动力转向系统特性的整车动力学模型、仿真分析模型,系统仿真结论与整车试验测试结果相当吻合,对汽车转向系统的研究成果处于国内先进水平,在国内该研究领域有一定学术影响,研究成果对于乘用车操稳性分析,对后续各种转向系统相关研究具有指导意义和借鉴作用。研究得出的主要结论： 1. 针对驾驶员通过方向盘操纵汽车转向的转角传动特性和力（矩）传动特性、转向系统的刚度特性、动力转向液压助力特性、转向系统的干摩擦特性等所进行的测试,得到动力转向系统上述特性的经验模型,认为动力转向系统角传动特性、刚度特性仍可用线性比例关系来描述;力（矩）传递具有非线性特征,提出了动力转向系统力（矩）传递的经验公式、转向系干摩擦水平与载荷大小、摩擦副的相对运动（转动）速度、转动的位置有关。 2. 通过试验研究得到的经验模型精度较高,且模型参数少,适合作为动力转向系统特性的仿真研究计算模型使用。试验研究为在动力转向系统设计与仿真研究以及整车动力学建模仿真研究中如何考虑动力转向系统特性的影响提供了真实可靠的依据。 3. 仿真研究结果与整车道路试验结果进行对比,仿真结果与试验结果相吻合,对比结果令人相当满意,证明动力转向系统动力学模型以及考虑动力转向系统特性的汽车操纵稳定性动力学仿真研究模型是正确的、可行的,可运用于实际汽车操纵稳定性的仿真研究。 通过动力转向系统特性对汽车操纵稳定性影响的仿真研究,探讨了转向系统传动比变化、转向柱静刚度和转向控制扭力杆静刚度参数改变、转向器干摩擦幅值改变、转向系间隙的存在对车辆的横摆角速度r、重心侧偏角β与侧向加速度ay的响应的影响,其研究结论对动力转向系统开发研究与提高新产品设计的自主能力有着重要参考意义。 四、创见与创新 1. 动力转向系统特性试验研究成果与通过试验获得的经验模型。 2. 动力转向系统动力学仿真研究模型的建立。 3. 考虑动力转向系统特性的汽车动力学仿真研究模型。 4. 动力转向系统参数特性测量试验台开发。 五、社会经济效益,存在的问题 本项目的研究对于分析汽车动力转向系统特性、整车动力学建模与仿真研究、汽车操纵稳定性研究和新车型的技术开发具有重要的理论价值和实际工程的指导意义。通过项目研究,实现动力转向系统仿真分析研究居国内领先、达到国际先进水平的目标。研究成果对于乘用车操稳性分析,对后续各种转向系统相关研究具有指导意义和借鉴作用。已发表论文：省级以上学术刊物8篇(其中 [美]SAE 1篇,国内中文核心期刊论文4篇;培养研究生18人（其中：博士2人,硕士16人）。 项目研究存在的问题和改进意见： 由于课题经费不足,根据经费预算考虑,拟将原计划开展的整车场地试验项目：“双移线试验,蛇形试验”缩减为一项,即保留“整车场地双移线试验”一项试验且结合吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室的相关研究进行试验;且由于受到北方冬季气候的影响,特别是当年全国性的“非典”所造成的冲击,原计划“整车室外场地试验”未能如期实施,今后研究中应注意。 研究成果对于乘用车操稳性分析,对后续各种转向系统相关研究具有指导意义和借鉴作用。