汽車(chē)中心區(qū)轉(zhuǎn)向特性試驗(yàn)簡(jiǎn)述

陸飛

（中國(guó)第一汽車(chē)股份有限公司天津技術(shù)開(kāi)發(fā)分公司）

近年來(lái)，隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，消費(fèi)者在選購(gòu)汽車(chē)產(chǎn)品時(shí)，除汽車(chē)的價(jià)格和舒適性外，汽車(chē)的操控性也已經(jīng)成為關(guān)注的重點(diǎn)，因此汽車(chē)底盤(pán)動(dòng)力學(xué)的研究已成為汽車(chē)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的重點(diǎn)工作。汽車(chē)中心區(qū)轉(zhuǎn)向特性試驗(yàn)作為汽車(chē)操縱性客觀(guān)評(píng)價(jià)中的一項(xiàng)，它從轎車(chē)底盤(pán)動(dòng)力學(xué)角度出發(fā)，客觀(guān)體現(xiàn)了高、低車(chē)速時(shí)汽車(chē)給與駕駛員的反饋，然而汽車(chē)中心區(qū)轉(zhuǎn)向特性試驗(yàn)、轉(zhuǎn)向特性指標(biāo)描述及數(shù)據(jù)處理一直沒(méi)有得以系統(tǒng)地總結(jié)。文章依托GB/T6323—2014《汽車(chē)操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法》[1]，介紹了汽車(chē)中心區(qū)轉(zhuǎn)向特性試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)定6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，量化各個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)值，客觀(guān)體現(xiàn)出汽車(chē)的中心區(qū)轉(zhuǎn)向特性，為汽車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中操控性方面的研究提供參考。

1 試驗(yàn)介紹

1.1 試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

試驗(yàn)車(chē)是按廠(chǎng)方規(guī)定裝備齊全的汽車(chē)，試驗(yàn)前測(cè)定車(chē)輪定位參數(shù)，對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)進(jìn)行檢查、調(diào)整和緊固；試驗(yàn)場(chǎng)地及環(huán)境應(yīng)該滿(mǎn)足我國(guó)規(guī)定的汽車(chē)操縱穩(wěn)定性[2]試驗(yàn)方法的要求；試驗(yàn)人員駕駛裝備了特定試驗(yàn)儀器的汽車(chē)以100 km/h的恒定速度進(jìn)入試驗(yàn)路段，做近似于正弦曲線(xiàn)的蛇行行駛，正弦運(yùn)動(dòng)的周期為5 s，側(cè)向加速度峰值在0.4 g左右；測(cè)量?jī)x器可采用德國(guó)CORRSYS-DATRON整車(chē)動(dòng)態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)。

1.2 試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)介紹

在汽車(chē)中心區(qū)轉(zhuǎn)向特性試驗(yàn)中，有6項(xiàng)主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，各評(píng)價(jià)指標(biāo)的試驗(yàn)參數(shù)，如表1所示。

表1 汽車(chē)中心區(qū)轉(zhuǎn)向特性試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)

指標(biāo)典型值對(duì)駕駛員主觀(guān)感覺(jué)的影響（指標(biāo)意義）如下。

1）最小轉(zhuǎn)向靈敏度：較大的值在主觀(guān)上體現(xiàn)為在中心區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)向靈敏，響應(yīng)快。

2）0.1 g時(shí)的轉(zhuǎn)向靈敏度：是汽車(chē)中心區(qū)操縱性的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，反映了小側(cè)向加速度下汽車(chē)對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入的靈敏度。

3）中心區(qū)轉(zhuǎn)向靈敏度線(xiàn)性度：此項(xiàng)指標(biāo)是汽車(chē)易于駕駛程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。線(xiàn)性度越高，說(shuō)明汽車(chē)響應(yīng)變化率與輸入變化率的比例化程度越高，汽車(chē)也就越容易駕駛。

4）轉(zhuǎn)向滯后：轉(zhuǎn)向遲滯與轉(zhuǎn)向輸入下的橫擺角速度滯后有關(guān)，因?yàn)闄M擺角速度滯后越多，在坐標(biāo)系中轉(zhuǎn)向遲滯也就越多。橫擺角速度參數(shù)滯后時(shí)間就是在轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角通過(guò)零值與橫擺角速度通過(guò)零值之間的幾秒延遲。

5）0g時(shí)的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩梯度:0 g時(shí)的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩梯度是由于側(cè)向加速度變化導(dǎo)致的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩變化，描述路感和方向判斷力（方向感）相關(guān)。

6）0.1 g時(shí)的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩梯度：0.1 g轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩梯度是由于側(cè)向加速度變化導(dǎo)致的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩變化，描述路感和方向判斷力（方向感）相關(guān)。

7）中心區(qū)轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩梯度線(xiàn)性度：該參數(shù)是對(duì)中心區(qū)行駛工況轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩梯度線(xiàn)性度的一種描述，該值越接近1，轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩梯度的線(xiàn)性度越好。

8）0.1 g時(shí)的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩：該參數(shù)是中心區(qū)行駛工況轉(zhuǎn)向盤(pán)力感的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

9）轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩線(xiàn)性度：該參數(shù)是中心區(qū)行駛工況轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩線(xiàn)性度的一種描述，這個(gè)值越接近1，轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩的線(xiàn)性度越好。

10）0N·m時(shí)的側(cè)向加速度：通常由中心區(qū)操縱性試驗(yàn)繪制出的側(cè)向加速度與轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩關(guān)系曲線(xiàn)是帶有滯環(huán)的。在該曲線(xiàn)上，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩為0時(shí)，側(cè)向加速度不為0，有2個(gè)取值，這2個(gè)點(diǎn)的平均值是對(duì)汽車(chē)中心區(qū)行駛時(shí)穩(wěn)態(tài)回正性能的一種描述。

11）0g時(shí)轉(zhuǎn)向盤(pán)扭矩：該參數(shù)反映的是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的干摩擦，此參數(shù)也同樣受粘性阻尼及汽車(chē)響應(yīng)滯后的影響。

2 數(shù)據(jù)處理

2.1 數(shù)據(jù)計(jì)算

取試驗(yàn)過(guò)程中不同的3個(gè)周期作為數(shù)據(jù)處理段，根據(jù)記錄的橫擺角速度及汽車(chē)前進(jìn)速度，用式（1）計(jì)算側(cè)向加速度。

式中：vi——第i點(diǎn)前進(jìn)車(chē)速，m/s；

ri——第i點(diǎn)橫擺角速度，rad/s；

Ayi——第i點(diǎn)側(cè)向加速度，m/s2；

n——采樣點(diǎn)數(shù)。

用Excel將試驗(yàn)測(cè)試所得數(shù)據(jù)以及式（1）計(jì)算所得的數(shù)據(jù)按照序號(hào)、時(shí)間、速度、轉(zhuǎn)向盤(pán)角度、橫擺角速度、側(cè)向加速度及轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩分列，完成數(shù)據(jù)分列后將此Excel導(dǎo)入Origin軟件中，繪制出汽車(chē)空、滿(mǎn)載狀態(tài)下轉(zhuǎn)向盤(pán)左轉(zhuǎn)及右轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩與側(cè)向加速度關(guān)系曲線(xiàn)、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角與側(cè)向加速度關(guān)系曲線(xiàn)、轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩與轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線(xiàn)、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角與橫擺角速度關(guān)系曲線(xiàn)，根據(jù)各曲線(xiàn)函數(shù)計(jì)算出評(píng)價(jià)指標(biāo)參數(shù)值。

2.2 繪制數(shù)據(jù)圖

將排列好的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Origin軟件[3]。利用Origin軟件中的Smoothing-FFT Filter功能進(jìn)行濾波，建議使用20點(diǎn)濾波分析。用過(guò)濾后的數(shù)據(jù)繪制轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)，從曲線(xiàn)上觀(guān)察數(shù)據(jù)的有效性，挑選除前后第1個(gè)波峰（或波谷）的有效數(shù)據(jù)，如圖1所示。

圖1 汽車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)圖

在圖1中選取濾波后的曲線(xiàn)作為工作曲線(xiàn)，查找極點(diǎn)的時(shí)間坐標(biāo)，如圖2所示。

圖2 汽車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角極點(diǎn)圖

根據(jù)設(shè)備的規(guī)定判斷左右轉(zhuǎn)向時(shí)的曲線(xiàn)是上升還是下降，將每次左右轉(zhuǎn)向時(shí)波峰及波谷極點(diǎn)間的曲線(xiàn)數(shù)據(jù)分別復(fù)制到一個(gè)表格中，如圖3所示。將所有左轉(zhuǎn)（或右轉(zhuǎn)）的表格文件導(dǎo)入，繪制轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩與側(cè)向加速度關(guān)系曲線(xiàn)、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角與側(cè)向加速度關(guān)系曲線(xiàn)、轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩與轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線(xiàn)、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角與橫擺角速度關(guān)系曲線(xiàn)族，如圖4所示。在圖4中刪去明顯錯(cuò)誤并影響擬合的曲線(xiàn)，對(duì)曲線(xiàn)族進(jìn)行多曲線(xiàn)擬合。利用曲線(xiàn)函數(shù)計(jì)算得出各評(píng)價(jià)指標(biāo)參數(shù)值。

圖3 汽車(chē)轉(zhuǎn)向特性指標(biāo)的數(shù)據(jù)匯總顯示界面

圖4 汽車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角與側(cè)向加速度關(guān)系曲線(xiàn)族

3 結(jié)論

文章通過(guò)對(duì)汽車(chē)中心區(qū)轉(zhuǎn)向特性試驗(yàn)方法的研究，結(jié)合Origin軟件數(shù)據(jù)處理方法，量化了汽車(chē)部分線(xiàn)性操縱穩(wěn)定性參數(shù)；通過(guò)對(duì)汽車(chē)中心區(qū)轉(zhuǎn)向特性參數(shù)表征意義的描述，提升了汽車(chē)試驗(yàn)及設(shè)計(jì)人員對(duì)轉(zhuǎn)向特性主客觀(guān)評(píng)價(jià)相結(jié)合的能力。在整車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，該方法對(duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究及匹配具備一定的作用。