转向盘转角阶跃输入试验

若汽车在等速直线行驶时急速转动转向盘，然后维持其转角不变，则给汽车以转向盘转角阶跃输入。通常情况下，汽车经短暂时间后便进入等速圆周行驶。在等速直线行驶与等速圆周行驶这两个稳态运动之间的过渡过程就是一种瞬态，这种瞬态运动响应称为转向盘转角阶跃输入下的瞬态响应。测定这种能力的试验是一种转向瞬态响应试验，其试验结果用来评价汽车的动态特性。

1.测量数据

（1）汽车前进速度。

（2）转向盘转角。

（3）横摆角速度。

（4）车身侧倾角。

（5）侧向加速度。

（6）汽车质心侧偏角。

2.试验仪器设备

（1）试验仪器设备须经计量检定，在有效期内使用，并在使用前进行调整，以确保功能正常，符合精度要求。

（2）包括传感器及记录仪器在内的整个测量系统的频带宽度不小于3Hz。

（3）各测量用仪器，其测量范围及最大误差应满足表7－19的要求。

表7－19 测量仪器测量范围及最大误差

3.试验条件

试验条件见本单元项目一中的 “一般试验条件”。

4.试验方法

（1）试验车速按被试汽车最高车速的70％并四舍五入为10的整数倍确定。

（2）试验前，以试验车速行驶10km，使轮胎升温。

（3）接通仪器电源，使之达到正常工作温度。在停车状态下记录车速零线。

（4）试验中转向盘转角的预选位置（输入角）按稳态侧向加速度值1～3m／s2确定，从侧向加速度为1m／s2做起，每隔0.5m／s2进行一次试验。

（5）汽车以试验车速直线行驶，先按输入方向轻轻靠紧转向盘，消除转向盘自由行程并开始记录各测量变量的零线，经过0.2～0.5s，以最快的速度 （起跃时间不大于0.2s或起跃速度不低于200°／s）转动转向盘，使其达到预先选好的位置并固定数秒钟 （待所测变量过渡到新稳态值），停止记录。记录过程中保持车速不变。

（6）试验按向左转与向右转两个方向进行。可以在两个方向交替进行，也可以连续在一个方向进行，然后再在另一个方向进行。

5.注意事项

（1）本项试验必须在被试车经过稳态回转试验确认其侧向加速度为3m／s2以下且不出现过度转向特性。

（2）驾驶员在练习时，一定要从低速小转角开始，然后逐渐增加到试验所要求的车速与侧向加速度。

（3）转向盘转角输入波形不允许有峰值或波动，起跃时间应不大于0.2s或起跃速度不低于200°／s。

（4）为了提高试验精度和试验结果的重复性，必须注意消除转向盘的自由行程。

（5）为了保证安全，参加试验人员要佩戴必要的防护用品。

6.数据处理

给转向盘一个突然的转角θ输入，并固定不变，这相当于给系统一个阶跃位移干扰。如果系统稳定的话，它将从一个稳态 （直线行驶）过渡到另一个稳态 （转圈行驶），这个过程称过渡过程。系统的输出 （例如横摆角速度）如图7－21所示。

汽车受转向盘输入干扰引起的运动变量包括横摆角速度γ（t）、侧向加速度ay（t）、质心侧偏角β（t）和车身侧偏角φ（t）等。其中用二自由度陀螺仪记录的横摆角速度γ（t）受外界干扰较小，有较高的精度，且某些指标与驾驶员的主观评价相关性较好，并已被世界

图7－21 阶跃输入过程

各国汽车行业接受。

以转向盘转角达到终值的50％时刻作为坐标原点，到所测变量过渡到新稳态值90％所需的时间称为响应时间τ（横摆角速度响应时间和侧向加速度响应时间）

响应时间τ表明了系统的灵敏特性。在线性范围内，相同车速v下，响应时间τ与转向盘输入转角θ的大小无关。较大的影响时间不利于汽车的控制，或者说汽车对转向输入响应迟钝。可以说响应时间是汽车控制性能的关键指标，这个指标与驾驶员的主观评价有很好的相关性，较小的响应时间会得到驾驶员的好评。QC／T480在转向盘转角阶跃输入试验中，仅取此一项作为评分标准。

各测量变量的稳态值，采用进入稳态后的均值。若汽车前进速度的变化率大于5％或转向盘转角的变化超过平均值的10％，则本次试验无效。

（1）稳态的侧向加速度值，按下述两种办法之一确定。

①侧向加速度计测量，其输出轴应与Y轴对正或平行，如加速度传感器随车身一起侧倾时，应按下式加以修正：

式中，ay——真实的侧向加速度值（m／s2）；y——加速度传感器指示的侧向加速度值（m／s2）；

g——重力加速度（m／s2）；

φ——车身侧倾角 （°）。

②横摆角速度乘以汽车前进速度。

（2）横摆角速度超调量按式 （7－26）确定：

式中，σ——横摆角速度超调量 （％）；

γ0——横摆角速度响应稳态值（°／s）；

γmax——横摆角速度响应稳态值（°／s）；

（3）横摆角速度总方差按式（7－27）确定：总方差Eγ理论上表达了汽车横摆角速度响应时间γ（t）跟随转向输入θ（t）的灵敏性。若干试验结果表明，操纵稳定性能得到改善的汽车，其总方差会减小。

式中，Eγ——横摆角速度总方差（s）；

θi——转向盘转角输入的瞬态值（°）；

γi——汽车横摆角速度输出的瞬态值（°／s）；

θ0——转向盘转角输入终值（°）；

γ0——汽车横摆角速度响应稳态值（°／s）；

n——采样点数，取至汽车横摆角速度响应达新稳态值为止；

Δt——采样时间间隔，不应大于0.2s。

（4）侧向加速度总方差按式 （7－28）确定：

式中，Eay——侧向加速度总方差（s）；

ayi——侧向加速度响应的瞬态值（m／s2）；

ay0——侧向加速度响应的稳态值（m／s2）；

7.质量评定

本项试验对最大总质量小于或等于6t的汽车按侧向加速度值为2m／s2时的横摆角速度响应时间τ进行评价分析，其评价计分值按下式计算：

式中，NJ——汽车横摆角速度响应时间的评价计分值；

τ60——汽车横摆角速度响应时间的下限值（s）；

τ100——汽车横摆角速度响应时间的上限值（s）；

τ——侧向加速度值为2m／s2时，汽车横摆角速度响应时间的试验值（s）。

当NJ大于100时，按100分计。

汽车横摆角速度响应时间τ的下限值τ60与上限值τ100如表7－20所示。

表7－20 指标限值 s