【技研】转向系统力矩波动到底有多重要？

   转向力是汽车操纵稳定性评价中重要指标，其力矩波动感更是直接影响着驾驶感觉，因此转向系统的力矩波动对转向系统设计而言意义非凡。而力矩波动产生的原因也不单一，对转向力而言，助力特性的设计、传动损失效率及布置对其影响甚大。因助力特性可**，传动效率不可抗拒。因此笔者本章只阐述转向布置对力矩波动的影响。

1、转向系统为什么会存在力矩波动？

之所以存在力矩波动感，因为输入力与输出力的不一致造成。这种力矩差是引起力矩波动感的本质。我们知道任何机械的传递都会伴随着力的损失（效率损失），因此，损失不可避免只能减小。而因EPS的存在，助力特性的对称性在一定程度上亦会影响左右方向手力的变化，从而造成波动感。

而其最重要的影响因素，还是因为转向系统中采用了多个十字轴万向节传递力矩而致。因其十字轴万向节本身的不等速传递，加剧了力矩波动的存在。这是目前转向系统力矩波动无法避免的存在。（笔者认为倘若可以用体积极小的等速万向节替代十字轴万向节，那转向系统的布置不仅更容易，手力波动感也会变得更加小，有心人是不是会考虑一项专利呢？）

综上可知，转向系统的力矩波动=助力特性对称度波动+传递损失波动+十字轴不等速波动

言归正传，对于橡胶、机械摩擦引起的传递损失波动，基本不可控。而万向节的不等速传递波动却可以通过布置尽可能减小。因此笔者接下来讲解一下转向系统的布置以及力矩波动的计算以及意义。

2、力矩波动率的计算及相位角定义设置

  转向力矩的波动感，我们一般用力矩波动率来量化，那么什么是波动率？我们来看几组概念：

 其实目前行业对力矩波动率的计算方法很多，很多OEM及供应商所用方法也存在差异，有些不同公式结果相同，有些不同公式结果不同。曾经这也给笔者带了诸多困扰，于是笔者通过仔细的探究对比，得出几点心得，供参考。首先根据目前行业的excel算法，笔者就见过四种算法，加上adams或catia、UG软件计算（因matlab计算与excel并不实质差异此处对matlab算法不做过对讲解，如有爱好研究之人，也可以找汽车技研小编索要matlab原版程序，笔者免费分享。）

至于某汽、某田、某利、某都、某伯的算法结果基本一致，笔者也曾验证过，四种算法与catia仿真结果，发现只有一种算法存有争议，也是早些年流行最广的一种算法，因此笔者不建议用此法，同时因方向盘具体上下调节功能，笔者也不习惯用adams计算（此法与excel计算均存在差异，也难于解释）。至于其它正解，笔者不做过多说明。

为什么不建议此法呢？笔者用此法计算，曾出现过这样一种波动，双波谷，很是令人费解，

相位角的设定

由于转向管柱可以角度调节，角度调节后，方向盘硬点及转向管柱后点都会有略微程度上的变化，因此设定相位角时需要考虑转向管柱上极限、设计位置、下极限三个位置不同状态下的相位角取值，综合评判后，确定最佳的相位角，使得转向管柱各状态下的力矩波动均能满足设计要求。

综合考虑转向管柱布置及中间轴的传动效率以及十字轴万向节的寿命等因素，一般要求，转向管柱的空间布置夹角＜30°，两轴线夹角差尽可能小，而为保证方向盘获得良好的手感，行业一般建议要求单边力矩波动率＜5%，相位角的公差设定为±2°。

3、转向系统实际的力矩波动究竟有多大？

以下为某车型实测转向力矩，其波动值究竟有多大呢？双边变化率竟然高达40%，那是转向系统布置不好嘛？其实则不然，其实带有EPS的转向系统而言手力基本在3~5Nm（手力变轻已成一种趋势，笔者测过的十几款车型中，最轻的手力已经做到2Nm）。尽管我们严格控制转向系统布置产生的力矩变化，实际中，这种波动感很大。这就说明转向布置对力矩波动只有一部分贡献。其实对于3Nm的力矩而言，单边20%的力矩变化只有0.6Nm。0.6Nm的手力，你能感受的到吗？所以在笔者看来，力矩波动只能作为转向系统的次要性能。而非主要性能。当然这并不是说转向系统布置就可以完全弃之不顾。毕竟如果连布置都不好，还何谈性能呢？

其实十字轴的不等速特性产生的波动，和所谓的手力波动不能等效，因为感觉是不同的，由十字轴引起的手力是一种周期变化的时大时小的力矩变化，是非常明显的。就像汽车过凹凸不平的山坡一样。而手力的波动感，一般都是非周期性质的某位置下的力矩时大时小。二者在本质上，笔者认为是周期性与非周期性的区别，这也是手力的波动感不舒适时排查是否是因布置产生还是因为EPS产生的一个关键。