操纵力曲线与故障可操纵性
方向盘上的力,连接着驾驶员的动作和车轮对路面的响应。车辆直行时,驾驶员施加输入,转向传动把这个输入送到车轮;车轮开始偏转,轮胎与路面作用,车辆逐渐进入弯道。对于助力转向,供能装置参与产生转向力。供能发生故障以后,驾驶员可能需要施加更大的力,车辆也可能需要更多时间才能进入规定的转弯状态。
联合国第七十九号转向装置法规,把这种能力放到明确的车辆状态和动作过程里检查。本期采用零四系列第九号增补及二零二六年更正,集中讲基础转向操纵力的试验逻辑。自动换道和其他驾驶辅助转向有各自的专门要求,这一期不展开。
开始试验以前,要先识别实际车辆。车辆类别、转向类型、转向轴和附加转向装置,都会影响适用的性能条件。车辆质量、各有关轴载和轮胎压力,也会改变轮胎与地面的作用。试验采用技术允许最大车辆质量,并使相应转向轴达到最大允许载荷。路面应平坦、附着良好;车辆静止时,按制造商为这一载荷规定的数值设置胎压。转向与其他系统共用电源时,还要施加规定的实际或模拟必要电负载。照明、刮水器、发动机管理和制动,都可能消耗同一套供能系统的能力。
这些准备事实会进入试验记录。另一位工程师拿到曲线时,才能知道它对应哪辆车、哪一组轮胎、怎样的载荷,以及怎样的供能状态。同一条力曲线换到另一个构型上,是否仍有证明作用,需要重新判断。
操纵力试验的动作,从直行开始。车辆以每小时十公里行驶,驾驶员转动操纵装置,使车辆沿螺旋轨迹进入规定的转弯半径。这里的转弯圆包住车辆在地面的投影,按条文排除指定外部装置,不能随意取质心或一个车轮的轨迹半径。左转和右转分别实施。完好状态与选定的故障状态,也有各自的条件和限值。
测量过程中,有两个结束事件需要区分。一个是操纵装置到达对应目标转弯半径的位置,另一个是车轮达到规定的转角。前一个事件确定操纵力的观察终点,转向时间从操纵装置开始运动计起,到车轮达到规定转角结束。施力开始或控制信号到达,未必就是装置开始运动的时刻。它们之间的对应关系,要由车辆几何、位置映射或测量信号来支持。
这种区分有实际的工程意义。传动间隙、部件弹性和控制响应,都可能影响操纵装置、车轮与车辆轨迹之间的关系。记录中分别保留操纵装置运动开始、操纵装置位置、车轮转角和车辆运动,就能检查选取的测量窗口是否覆盖了法规要求的动作。这是对测量关系的工程解释;具体车辆有多大延迟,必须由它自己的数据说明。
力的测量位置同样重要。法规中的操纵力对应操纵装置的名义半径。对于方向盘,它是旋转中心到轮缘外边缘的最短距离,与车辆的转弯圆半径是两个几何对象。使用扭矩传感器时,需要保留测点、扭矩、半径和换算方法,说明信号怎样对应规定的测力位置。法规表格采用的力单位,每个单位相当于十牛顿。测量软件输出牛顿时,应明确完成单位换算,避免把数值直接放入采用另一单位的比较中。
曲线处理还涉及短时作用。在有效观察窗口内,持续小于零点二秒的力不计入,再从应计入的部分取得最大操纵力,与相应车型和状态的限值比较。恰好零点二秒,不能仅凭这条规则排除。原始曲线、各片段的起止时刻和处理依据都要保留。
可以想象一段教学情景。曲线上先出现持续零点一五秒的尖峰,随后出现持续零点二五秒的较高作用。确认两段都在有效观察窗口后,持续零点一五秒的作用按这条规则不计入,持续零点二五秒的作用须保留参与最大值比较。全程平均值不能代替这里要求的最大值。这个情景没有给定车辆类别和实际力值,因此也没有给出合格或不合格的结论。
时间与力需要一起看。最大操纵力落在允许范围内,只能说明这一个量的比较结果;进入规定转弯状态所需的时间、实际半径和动作速度,仍然各有要求。表格中的类别、时间、半径及适用脚注,共同构成一次完整判断。若采用多轴车辆的条件,轴数应沿法规的计数规则核定。
以助力转向为例,发动机停止或相关传动部分失效时,除符合条款全部前提、允许排除的指定部件外,转向角不得立即变化。只要车辆仍能以超过每小时十公里行驶,就应满足相应故障性能。这里的行驶能力条件,与前面试验动作采用每小时十公里,是两种关系。瞬间方向是否突变,与随后需要多大操纵力,是两个不同的问题。前者需要故障时刻与转角的同步证据,后者需要完整的动作和测量窗口。
这种排除仅适用于法规指定的转向车轮、操纵装置和传动机械部件,并须满足尺寸裕量、便于维护以及至少等效的安全特性等全部前提。失效可能导致失控的部件,还须符合材料和正常工作不显著变形的要求。故障注入方式和现场停止条件则由适合这辆车的安全方案确定,不能从另一辆车的操作记录直接照搬。
最后,记录应能区分结果与方法有效性。如果试验速度偏离要求,要记明偏离及其影响;同一次试验里已经观察到的超限,也应保留下来。一个方向缺少数据,另一个方向的有效失败仍然存在。复测有自己的实施身份,同时连接原试次和修订原因。
从车辆构型、供能和载荷,到输入动作、测量位置、事件时刻,再到计算窗口和适用限值,这些信息把一条操纵力曲线变成可以核查的工程证据。驾驶员施力以后,车辆怎样进入规定的转弯状态,以及故障后还能保持怎样的可操纵性,都需要沿这条证据链说明。