除了車輛反應以外，對駕駛員駕駛感受影響最大的就是方向盤力矩。在開發(fā)階段，方向盤力矩會通過試車來反復優(yōu)化，可以通過改變轉向助力的大小、懸架運動學、輪胎特性來獲得最優(yōu)的駕駛感覺。這個過程要求試驗工程師有豐富的經驗，另外還要花費大量的時間。

有助力轉向的車輛上，隨著橫向加速度的增大，方向盤力矩梯度減小。在中位附近，轉向助力很小，這樣可以獲得明顯的中位感。橫向加速度增大，相應的側向力增大，則轉向助力迅速增大，這樣使得方向盤力矩緩增。在汽車開發(fā)中可以提出這樣一個問題：要獲得和諧的轉向感覺，“理想”曲線應該“長”什么樣?。本文會討論在穩(wěn)態(tài)轉向中怎樣計算方向盤力矩，并由此介紹一種方法來設計轉向助力使駕駛人獲得和諧的轉向感覺。分析的基礎是穩(wěn)態(tài)轉向或準穩(wěn)態(tài)轉向，不考慮摩擦和動態(tài)。在車輛開發(fā)中，摩擦特性和動態(tài)特性當然也是很重要的，但是穩(wěn)態(tài)轉向是其他精細研究的基礎。

1.方向盤力矩計算

當車速超過60km/h時，轉向感覺特別重要，在高速時轉向角一般較小。在這里轉向運動學傳動比假定為定值。由于轉角很小，由重力產生的回正力矩在這里也忽略不計。由于橫向加速度大小適中，輪胎拖距也可以假定為定值。當然，轉向系統(tǒng)的摩擦也忽略不計。

圍繞轉向軸(轉向主銷)的轉向力矩Ms等于左輪和右輪的輪胎側向力Fy乘以主銷后傾拖距rt與輪胎拖距rp之和。針對高速行駛工況，車輪轉角較小，則轉向力矩為

由于轉向傳動比iS和轉向助力系數(shù)AS，駕駛人必須施加較小的方向盤力矩Mh，即

（1）

在穩(wěn)態(tài)圓周運動時，前橋輪胎上的側向力也等于前橋質量mf乘以橫向加速度ay，即

則方向盤力矩為

（2）

其中，r是總的輪胎拖距。

假定總的拖距r和轉向傳動比不變，可以得出方向盤力矩一側向加速度梯度如下：

如果沒有助力轉向，則轉向助力系數(shù)As=1，這樣方向盤力矩一側向加速度梯度為定值，和側向加速度無關，即

其中，CA為回正系數(shù)，等于前橋質量乘以總拖距除以轉向傳動比，它表示了車輛的回正能力或回到中位的能力。其在數(shù)值上等于側向加速度為1m/s2時沒有轉向助力下的方向盤力矩。其單位可以是kg·m，也可以是N·m/(m/s2)。由于回正系數(shù)反映了車輛的特性，與側向加速度無關，可以通過測量方向盤力矩和側向加速度來確定轉向助力系數(shù)與側向加速度的關系。

2.轉向助力系數(shù)

通過引入回正系數(shù)CA可以從式(2)中得出轉向助力系數(shù)為：

（3）

從不同車輛的轉向助力系數(shù)可以看出，車輛的轉向助力系數(shù)As隨側向加速度的增加而近似線性增加。主觀評價非常和諧的車輛都有一個明顯的線性特性的方向盤力矩。因此，下面的理論都以此為出發(fā)點，理想的轉向助力系數(shù)和側向加速度呈線性關系。因此可以表示為：

（4）

其中，參數(shù)DA為基本助力量，稱之為梯度系數(shù)。緩增系數(shù)KA表示隨著側向加速度的增加方向盤力矩增大的程度。這個轉向助力系數(shù)函數(shù)適用于純粹的機械轉向(也就是沒有助力轉向，即）。

根據（2）和（4）可以得出方向盤力矩與側向加速度的關系：

（5）

由上式可知，如果沒有助力轉向（），則方向盤力矩與側向加速度的線形為上升直線，由于助力轉向線形表現(xiàn)出一定的緩增趨勢，這種特點當然也體現(xiàn)在實際測量值中。

緩增系數(shù)KA的值越大，則方向盤力矩線形越平緩。通過選擇線性的轉向助力系數(shù)可以保證方向盤力矩的和諧變化，只是必須確定梯度系數(shù)DA和緩增系數(shù)KA。在實際中，方向盤力矩與側向加速度的關系曲線是通過兩點或多點的目標值來確定的，這樣可以避免逐點優(yōu)化耗費時間。

3.轉向助力矩

圍繞前橋轉向軸的總轉向力矩是由駕駛人施加的方向盤力矩和轉向助力矩組成的。在匹配轉向系統(tǒng)時，常常使用轉向助力矩和方向盤力矩的關系線。轉向助力矩就是在車輪上的轉向力矩和駕駛員施加的力矩之差，即

根據（1）、（3）和（5），則轉向助力矩可以表示為側向加速度或者方向盤力矩的關系式

通過這樣的關系式，轉向助力特性可以用梯度系數(shù)DA和緩增系數(shù)KA這兩個參數(shù)隨著方向盤力矩或者側向加速度的變化來表達。在液壓助力轉向中，助力來自液壓缸左右工作腔的壓差，電動助力轉向的助力來自電機電流。

通過保證轉向助力系數(shù)與側向加速度的線性關系，可以獲得和諧穩(wěn)定的方向盤力矩曲線。通過轉向助力系數(shù)的關系式可以看到，只要確定兩個參數(shù)就可以確定需要的轉向助力矩。要確定和速度的關系，只需要確定每個速度對應的梯度系數(shù)和緩增系數(shù)。梯度系數(shù)DA表達的是方向盤力矩從中位開始增加的劇烈程度；緩增系數(shù)KA表達的是方向盤繼續(xù)轉向時其方向盤力矩緩增的劇烈程度。

通過上述解析，轉向助力大小的確定變得更加便捷，不再需要對轉向助力進行逐點確定。通過轉向助力的目標值，可以直接推導出液壓助力轉向所需要的壓差曲線和電動助力轉向所需要的電流大小，保證方向盤力矩曲線平順和諧。