客車操縱穩(wěn)定性試驗研究

周科，馬玥

（1.重慶車輛檢測研究院有限公司國家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，重慶401122；2.中國汽車技術(shù)研究中心，北京100070）

客車操縱穩(wěn)定性試驗研究

周科1，馬玥2

（1.重慶車輛檢測研究院有限公司國家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，重慶401122；2.中國汽車技術(shù)研究中心，北京100070）

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對客車操縱穩(wěn)定性的各項試驗進行評分，進而評價其操縱穩(wěn)定性的優(yōu)劣。試驗結(jié)果表明，該車的轉(zhuǎn)向輕便性，穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能較好，而轉(zhuǎn)向回正性能較差。此研究結(jié)果能夠為該客車操縱穩(wěn)定性的進一步改進提供依據(jù)。

操縱穩(wěn)定性；試驗研究；性能評價

汽車的操縱穩(wěn)定性定義為在駕駛員精神和身體狀況良好的狀態(tài)下，汽車能遵循駕駛員通過轉(zhuǎn)向系給定的方向行駛，且當(dāng)遭遇外界干擾時，汽車能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的能力。它包含相互關(guān)聯(lián)的兩個部分：操縱性和穩(wěn)定性[1-3]。汽車操縱穩(wěn)定性是關(guān)系到汽車行駛安全的主要因素之一，也是評價汽車性能優(yōu)劣的重要因素之一[4]。在我國，依據(jù)文獻[5]，對汽車的各項試驗進行評價、計分，進而評價汽車操縱穩(wěn)定性的優(yōu)劣。根據(jù)文獻[5]，用于產(chǎn)品質(zhì)量檢查的試驗項目有轉(zhuǎn)向輕便性試驗、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗、轉(zhuǎn)向回正試驗。本文將對某型客車進行如上三種試驗，并對試驗數(shù)據(jù)進行分析、處理，再按照文獻[5]的規(guī)定對各試驗項目進行評分，以完成對該車操縱穩(wěn)定性性能的評價。

1 試驗樣車及檢測系統(tǒng)

試驗樣車為某中型客車，其相關(guān)參數(shù)見表1。

該客車操縱穩(wěn)定性的檢測系統(tǒng)由VBOX3i、測力方向盤、陀螺儀、高度計和筆記本電腦等組成，主要試驗儀器的安裝和連接如圖1所示。

表1 試驗樣車主要技術(shù)參數(shù)

VBOX 3i數(shù)據(jù)采集器能夠?qū)PS采集到的速度信號、測力方向盤采集到的角度/力矩信號、陀螺儀采集到的橫擺角速度信號、橫向加速度信號及縱向加速度信號和高度計采集到的高度信號進行分析處理，完全能夠測量文獻[5]中所要求的測量變量。

2 操縱穩(wěn)定性道路試驗研究

試驗場地為中國定遠汽車試驗場綜合性能試驗路。

2.1 轉(zhuǎn)向輕便性試驗

樣車的轉(zhuǎn)向輕便性試驗結(jié)果見表2，樣車轉(zhuǎn)向輕便性試驗的示功圖見圖3。

表2 轉(zhuǎn)向輕便性試驗結(jié)果

根據(jù)文獻[5]，本項試驗按照轉(zhuǎn)向盤平均操舵力FS和轉(zhuǎn)向盤最大操舵力Fm兩項指標(biāo)進行評價計分，分別按照式（1）和式（2）確定，轉(zhuǎn)向輕便性綜合評價計分值，按照式（3）確定：

式中：Fs60、Fs100分別為轉(zhuǎn)向盤平均操舵力的下限值和上限值；Fm60、Fm100分別為轉(zhuǎn)向盤最大操舵力的下限值和上限值；Fs、Fm分別為轉(zhuǎn)向盤平均操舵力和最大操舵力的試驗值。聯(lián)合求解式（1）-式（3），可得轉(zhuǎn)向輕便性的評分值，如表3所示。

表3 轉(zhuǎn)向輕便性評價計分表

由表3可知，該車轉(zhuǎn)向盤平均操舵力的試驗值和最大操舵力的試驗值遠小于其對應(yīng)的上限值。通過聯(lián)合求解式（1）-式（3）以對該車進行計算評分，計算值均大于100分。根據(jù)文獻[5]，其最終的評分值為100分。由此可知，轉(zhuǎn)向輕便性試驗對于帶助力轉(zhuǎn)向裝置的客車來講，意義已經(jīng)不大，帶助力轉(zhuǎn)向的客車此項的評分很容易達到100分。

2.2 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗

2.2.1 試驗數(shù)據(jù)

根據(jù)文獻[8]，對樣車進行穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗，試驗后得到該車左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的行駛軌跡圖、樣車車速/橫擺角速度/車廂側(cè)傾角隨側(cè)向加速度變化圖，如圖4和圖5所示。

由圖4和圖5可知，在試驗中隨著側(cè)向加速度的增大，樣車的橫擺角速度、車身側(cè)傾角隨之增加，樣車的行駛半徑也越來越大，表明該車具有良好的不足轉(zhuǎn)向特性。

2.2.2 試驗數(shù)據(jù)處理

1）客車前后軸測偏角差值（δ1-δ2）與側(cè)向加速度ay關(guān)系的曲線。根據(jù)試驗所得到的車速、橫擺角速度與側(cè)向加速度的關(guān)系，求解式（4），可得汽車前后軸測偏角差值（δ1-δ2）與側(cè)向加速度ay關(guān)系的曲線。所得到的曲線如圖6所示。

其中，Ri=vi/ri，ayi=vi·ri，i=1，2，3……n。

由圖6可知，δ1-δ2＞0，且隨著側(cè)向加速度的增加，其差值越大，表明該車具有良好的不足轉(zhuǎn)向特性。

2）車身側(cè)傾角φ與側(cè)向加速度ay關(guān)系的曲線。通過對試驗曲線進行分析、處理，得到車身側(cè)傾角φ與側(cè)向加速度ay的關(guān)系曲線，如圖7所示。

由圖7可知，車身側(cè)傾角隨著側(cè)向加速度的增加，呈近似線性的增加。

3）客車的穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗評價計分。根據(jù)文獻[5]，穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗按照中性轉(zhuǎn)向點的側(cè)向加速度值an，不足轉(zhuǎn)向度值U和車身側(cè)傾度值Kφ三項指標(biāo)進行評價計分。對試驗數(shù)據(jù)進行分析處理，所得試驗結(jié)果及評分值如表4和表5所示。

表4 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗結(jié)果

表5 評價計分表

由表5可知，在該項目上，得到的分值為90.93分，表明該車具有良好的穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)特性。

2.3 轉(zhuǎn)向回正試驗

2.3.1 試驗數(shù)據(jù)

轉(zhuǎn)向回正試驗包含低速回正性能試驗和高速回正性能試驗。通過測試該車的最高車速可知Vmax=98.5 km/h。根據(jù)文獻[9]，該車僅需進行低速回正性能試驗。

試驗后得到該車左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)回正的行駛軌跡圖，樣車車速、橫擺角速度隨側(cè)向加速度變化的圖，如圖8和圖9所示。

由橫擺角速度隨側(cè)向加速度變化圖可知，樣車的橫擺角速度響應(yīng)穩(wěn)定時間長、方差大，松開方向盤3 s時刻，該車的橫擺角速度仍然未到穩(wěn)態(tài)值。由樣車行駛的軌跡圖可以看出，該車回正性能較差，手松開方向盤后車輛行駛軌跡仍為弧線，回正性能好的車輛在手松開方向盤后3 s以內(nèi)就能快速回正成直線行駛。由此表明，該車的轉(zhuǎn)向回正性能較差。

2.3.2 試驗數(shù)據(jù)處理

轉(zhuǎn)向回正試驗的評價指標(biāo)是松開轉(zhuǎn)向盤3 s時的殘留橫擺角速度絕對值Δr和橫擺角速度總方差ET。Δr越小，說明汽車轉(zhuǎn)向后自動回正保持自線行駛的能力越好；ET越小，說明松開轉(zhuǎn)向盤后自動回正越迅速[10]。

通過對試驗數(shù)據(jù)進行分析處理，得到松開方向盤3 s時，汽車橫擺角速度時間歷程曲線如圖10所示；殘留橫擺角速度絕對值Δr和橫擺角速度總方差ET如表6所示。

表6 轉(zhuǎn)向回正試驗結(jié)果表

按照文獻[5]，對試驗數(shù)據(jù)進行分析處理，可得到的殘留橫擺角速度和橫擺角速度總方差的評分值見表7。

表7 評價計分表

由表7可知，該車轉(zhuǎn)向回正性能得分并不高，特別是右轉(zhuǎn)的得分，綜合得分僅為59.5分，需要對其作進一步的改進。

通過對樣車的轉(zhuǎn)向輕便性試驗評分值、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗評分值、轉(zhuǎn)向回正試驗評分值進行綜合分析，可得樣車操縱穩(wěn)定性的最終評分值，如表8所示。

表8 操縱穩(wěn)定性的最終評分值

由表8可知，該車具有良好的操縱穩(wěn)定性。在操縱穩(wěn)定的評分中，僅轉(zhuǎn)向回正性試驗綜合評定分數(shù)NH較低。在下一步的改進過程中，應(yīng)著重優(yōu)化該車的轉(zhuǎn)向回正性能。

3 結(jié)論

1）根據(jù)文獻[5]的要求，對客車進行了操縱穩(wěn)定試驗，并對試驗數(shù)據(jù)進行分析處理，對客車的各項試驗進行評分，其綜合評分值為88.82分。試驗數(shù)據(jù)與評分結(jié)果表明，該車具有良好的操縱穩(wěn)定性。

2）由于駕駛員松開方向盤后，橫擺角速度響應(yīng)穩(wěn)定時間長，方差大，回正特性較差，評分較低，需要對樣車的轉(zhuǎn)向回正特性作進一步的研究，以改進其性能。

3）此研究方法與試驗結(jié)果能夠為該客車操縱穩(wěn)定性的進一步改進提供依據(jù)。

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修改稿日期：2013-10-21

4 結(jié)束語

本文結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)ECER16[1]和TNO-10假人的使用手冊[3]對TNO-10型碰撞假人的結(jié)構(gòu)、材料和部件的制作工藝進行研究，并以小腿部件為例進行了制作過程的論述，為TNO-10假人的制作提出明確思路。

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修改稿日期：2013-11-21

Study on Bus/Coach Handing Stability Test

Zhou Ke1，MaYue2
(1.Chongqing Vehicle Test&Research Institute,NationalCoach Quality Supervision&Testing Center,Chongqing401122,China；2.China Automotive Technology&Research Center，Beijing 100070,China)

Through scoring the bus/coach based on test data according to the relative standards,the author evaluates thehanding stability performance of the bus/coach.The data shows that the bus/coach hasgood performance in steering effortsprocedure and steady static circular procedure，butthe returnability performance isnotgood.This result can provide a basis for further improving the handing stability performance of the bus/coach.

handing stability;testresearch;performanceevaluation

U461.6；U 467.1

B

1006-3331（2014）02-0058-05

周科（1982-），男，工學(xué)碩士；工程師；主要從事汽車試驗與研究工作。