1 引言
隨著道路的改善，特別是高速公路的發展，汽車以120km/h或更高車速行駛的情況是常見的。現代轎車設計的最高車速一般都超過200km/h，特別的轎車甚至超過300km/h。因此，汽車的操縱穩定性日益受到重視，成為現代汽車的重要使用性能之一。
汽車操縱穩定性涉及到的問題較為廣泛，它需要采用較多的物理參量從多方面進行評價，其中轉向靈敏性是汽車對轉向輸入時響應的靈敏程度、跟隨性，是衡量汽車操縱穩定性好壞的重要指標，轉向靈敏性好的汽車，用戶一般評價高。目前，國內外研究機構和汽車企業都將轉向靈敏性作為不可缺少的主客觀評價內容。
在進行車輛轉向靈敏性分析時，由于涉及到的因素很多，因此關于各因素對車輛轉向靈敏性研究具有重要的意義。比如，若某因素對橫擺角速度影響較大，則在設計過程中就要嚴格加以控制，使其具有較小的波動性，所以各因素的魯棒性設計就顯得尤為重要。在工程設計階段沒有物理樣車，無法用試驗驗證的手段檢驗其性能。在車輛開發過程中，運用MSC.ADAMS軟件對車輛性能進行仿真分析，在產品設計階段充分預測車輛的性能，通過分析優化使車輛性能得到改善，并能提升產品開發周期。
2 轉向靈敏性的試驗評價
評價汽車轉向靈敏性的試驗方法有多種，一般包括：轉向盤角階躍輸入試驗、轉向盤脈沖輸入試驗、轉向盤中間位置操縱穩定性試驗(On Center Handling Test)、蛇行試驗等。不同的試驗方法其側重點略有不同，可根據具體實際情況選擇合適的試驗方法。下面主要介紹轉向盤角階躍輸入試驗和轉向盤中間位置操縱穩定性試驗評價。
2.1轉向盤角階躍輸入試驗評價
當車輛的運動響應、作用在車輛上的外力或者操縱位置隨時間變化時，便稱這一車輛的運動處于瞬態，在瞬態中的運動響應稱為瞬態響應。目前，常用轉向盤角階躍試驗來測定汽車對轉向盤轉角輸入時的瞬態響應，是評價汽車響應靈敏性的典型方法之一，主要用以下參數進行評價。
1)到達第一峰值的時間ε，圖1所示，時間越短，則駕駛者感到轉向響應迅速、及時，反之轉向遲鈍。
圖1 轉向盤角階躍輸入試驗
2)橫擺角速度超調量
超調量與車輛特性、車速、阻尼有關，不能太大也不能太小，太大駕駛員有種難以控制車輛的感覺，太小則靈敏性差，轎車一般推薦值為15%～20%。
3)橫擺角速度增益k
公式一 橫擺角速度增益
δs一轉向盤階躍輸入角度
ψ0一穩態橫擺角速度
橫擺角速度增益K越大，轉向靈敏性越好，但是不能太大，避免出現駕駛員無意識的轉動方向盤而引起車輛狀態的變化。
4)橫擺角速度的響應時間
5)側向加速度響應時間
2.2轉向盤中間位置操縱穩定性試驗評價
轉向盤中間位置操縱穩定性試驗能夠提供豐富的轉向特性信息，從中我們可以對車輛高速行駛的操縱穩定性進行分析和評價，這也是一般用戶常用的評價汽車操縱穩定性的方法。靈敏性評價指標包括：轉向靈敏度和轉向遲滯等，圖2所示。
1)轉向靈敏度：在數值上等于側向加速度為0.1g處曲線斜率的倒數，單位是g/deg，縱坐標為方向盤轉角；
2)轉向遲滯：側向加速度在±0.1g所包圍的面積除以0.2g，縱坐標為側向加速度，橫坐標為方向盤轉角；
3)最小轉向靈敏度：指側向加速度±0.1g之間曲線斜率最大值的倒數，通常比轉向靈敏度要小，這是由于轉向剛度具有非線性。
圖2 轉向盤中間位置操縱穩定性試驗
2.3影響汽車轉向響應靈敏性的主要因素
影響汽車轉向靈敏性的因素很多，主要有：
1)轉向系統傳動比
2)轉向系統剛度
3)轉向系統摩擦
4)懸架K&C特性
5)整車質量分配
6)輪距和軸距
7)輪胎側偏特性
整車質量分配、輪距和軸距在車輛概念設計確定，轉向系統傳動比、轉向系統剛度、懸架K&C特性、輪胎特性等在系統設計匹配階段確定。從以上分析可知，在概念設計階段就應該考慮如何開展汽車轉向靈敏性的設計工作。
3 轉向靈敏性的仿真分析
3.1車輛動力學模型建立
運用ADAMS軟件建立某款車的車輛動力學模型，包括前懸架模型、后懸架模型、車身系統模型、轉向系統模型、動力系統模型、輪胎模型、制動系統模型、穩定桿模型等，圖3所示。
圖3 整車仿真模型
3.2轉向盤轉向階躍輸入仿真分析與評價
仿真分析輸入：進行仿真時，車輛以仿真車速勻速行駛穩定后，以最快速度轉動轉向盤至一定角度，并保持轉向盤轉角不變，使其側向加速度達到某一設定值，車速130km/h，汽車狀態為滿載。
分別改變車輛定位參數、轉向系統傳動比、整車質心位置、輪胎側偏剛度，進行轉向盤角階躍輸入仿真分析，分析結果如下：
圖4 前束的改變對橫擺角速度響應的影響
圖5 前束的改變對側向加速度響應的影響
圖6 轉向傳動比的改變對橫擺角速度響應的影響
圖7 轉向傳動比的改變對側向加速度響應的影響
從仿真分析結果可知：
1)增大前束，最大橫擺角速度和最大側向加速度均有增加，但對橫擺角速度和側向加速度達到峰值時間幾乎沒有影響；
2)增大轉向系統傳動比，橫擺角速度超調量、質心側偏角等均增大，因而增大轉向系統傳動比能夠改善轉向響應的靈敏性；
3)質心后移可提高汽車的轉向靈敏性，但車輛的穩定性有變壞的趨勢；
4)增大車輪側偏剛度可改善轉向靈敏性，效果明顯。
3.3轉向盤中間位置操縱穩定性仿真分析與評價
仿真分析輸入：水平路面，汽車以100km/h的速度作（近似于）正弦曲線的蛇行行駛，正弦運動的周期為5s，最大側向加速度為0.2g。
分別改變轉向系統傳動比、車輛定位參數、轉向系統摩擦，進行轉向盤中間位置操縱穩定性仿真分析，分析結果如下：
圖8 轉向傳動比的改變對車輛靈敏性的影響
圖9 主銷后傾角的改變對車輛靈敏性的影響
從仿真分析結果可知：
1)提高轉向傳動比可以改善車輛的轉向靈敏度，減少車輛反應的遲滯時間；
2)主銷后傾角的改變，對車輛的轉向靈敏度、車輛反應的遲滯時間基本沒有影響；
3)轉向系統干摩擦對中心區性能影響較大，減小干摩擦可提高車輛的轉向盤路感，但同時也減小了轉向延遲時間，提高了轉向靈敏性；
4)轉向系統剛度的變化對中心區性能產生影響一方面是因為改變了轉向系統整體的剛度，另一方面是改變了助力效果，因此它的減小會導致路感的下降和反應遲滯的增加。
4 總結
1)影響汽車轉向靈敏性的因素很多，關系復雜，應結合整車開發目標，系統考慮各項因素，使車輛的性能達到最優。
2)在車輛設計階段，通過分析優化了車輛性能，提升產品開發周期；同樣，在車輛ET階段，仿真分析也為底盤調校匹配指明了方向，制定各種優化方案。
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