乘用車操縱穩(wěn)定性的灰色關(guān)聯(lián)評價

任成龍，王儉樸，趙素芳

（南京工程學(xué)院汽車與軌道交通學(xué)院，江蘇 南京 211167）

1 引言

目前，汽車操穩(wěn)性的評價方法主要為主觀評價和客觀評價。主觀評價通常是由有經(jīng)驗的專業(yè)駕駛員對汽車操穩(wěn)性的不同單項進(jìn)行打分來定量描述評價結(jié)果，是評價的最終依據(jù)[2]，但其結(jié)果過于依賴駕駛員，且會增加汽車設(shè)計周期和評價成本?？陀^評價的實驗方法和評價指標(biāo)明確，且依靠成熟的仿真技術(shù)，可以優(yōu)化汽車設(shè)計并節(jié)約成本[3]。但到目前為止，仍沒有一套公認(rèn)的客觀評價體系，即使是ISO 實驗標(biāo)準(zhǔn)，也只給出了相應(yīng)的實驗方法及指標(biāo)計算方法，并未明確說明各評價指標(biāo)如何反應(yīng)汽車的主觀品質(zhì)。鑒于此，人們或研究如層次分析、模糊聚類和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新的主、客觀評價方法[4-5]，或研究如何用客觀的評價指標(biāo)來代替主觀的評價感覺[6-8]，從而建立主、客觀評價之間的關(guān)系，或使客觀評價結(jié)果更接近主觀評價。

汽車操穩(wěn)性的評價指標(biāo)，主要來自ISO 的16 個試驗標(biāo)準(zhǔn)、我國的6 個國家標(biāo)準(zhǔn)和1 個指標(biāo)限值與評價方法[9]，目前尚無有明確統(tǒng)一的評價指標(biāo)體系。因此，為使其評價結(jié)果更加客觀、準(zhǔn)確，需要從系統(tǒng)性角度出發(fā)，通過分析、判斷其可能的影響因素及影響程度，選擇合適的評價指標(biāo)及合理的指標(biāo)權(quán)重，進(jìn)而提出可行的評價方法。

以乘用車為研究對象，針對其操穩(wěn)性影響因素及評價指標(biāo)繁雜的問題，參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，篩選評價指標(biāo)參數(shù)，確定各指標(biāo)的權(quán)重；按照國標(biāo)規(guī)定進(jìn)行實車試驗，獲得試驗汽車操穩(wěn)性的各評價指標(biāo)的綜合計分結(jié)果；基于灰色關(guān)聯(lián)分析方法，獲得試驗汽車的關(guān)聯(lián)度值；對比兩種方法的評價結(jié)果，并參考駕駛員的主觀評價，驗證了運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法進(jìn)行乘用車操穩(wěn)性評價的可行性。

2 乘用車操穩(wěn)性評價指標(biāo)及權(quán)重

不同類型的汽車，因其自身結(jié)構(gòu)和行駛路況差異較大，對其進(jìn)行操穩(wěn)性評價時也應(yīng)有所區(qū)分。以乘用車為研究對象，根據(jù)對應(yīng)的國標(biāo)試驗項目，篩選確定其評價指標(biāo)體系[9-10]，即從穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性、轉(zhuǎn)向回正性、轉(zhuǎn)向輕便性、抗側(cè)傾能力、抗干擾能力和瞬態(tài)響應(yīng)性6 個方面的15 個指標(biāo)參數(shù)來對乘用車操穩(wěn)性進(jìn)行評價。

現(xiàn)行汽車操縱穩(wěn)定性評價的國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，各評價指標(biāo)的權(quán)重都是均衡的，這顯然不合理。實際上，穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗中的不足轉(zhuǎn)向度是防止高速汽車因轉(zhuǎn)向過度造成側(cè)傾的必備條件；對于高速行駛的轎車和行駛路況復(fù)雜的越野車，其高速轉(zhuǎn)向回正性非常重要；蛇形試驗是操穩(wěn)性試驗中綜合性最高的，不僅能從側(cè)面反映其它試驗內(nèi)容，還可在一定程度上反映汽車的側(cè)偏和橫擺情況，因此，這些試驗的比重均應(yīng)有所增加；而現(xiàn)代汽車的行駛路面良好、轉(zhuǎn)彎半徑較小及轉(zhuǎn)向助力裝置的普遍應(yīng)用，可適當(dāng)降低轉(zhuǎn)向輕便性的比重?；谏鲜鲈?，乘用車操穩(wěn)性的具體評價指標(biāo)及權(quán)重，如圖1 所示。

圖1 乘用車操縱穩(wěn)定性評價指標(biāo)及權(quán)重Fig.1 Evaluation Indexes and Weights of Passenger Car Handling Stability

3 灰色關(guān)聯(lián)分析方法

灰色關(guān)聯(lián)是指事物之間的不確定關(guān)聯(lián)，或系統(tǒng)因子之間、因子對主行為之間的不確定關(guān)聯(lián)。根據(jù)系統(tǒng)各因子之間或系統(tǒng)各行為之間發(fā)展態(tài)勢的相似或相異程度，分析和確定因子間的影響程度或因子對主行為的貢獻(xiàn)測度的分析過程即為灰色關(guān)聯(lián)分析，即根據(jù)參考數(shù)列曲線和被比較數(shù)列曲線的相似程度來判斷兩者之間的關(guān)聯(lián)程度。具體為：

3.1 建立灰色關(guān)聯(lián)模型

式中：xi（k）—被比較方案i 的第k 個指標(biāo)，xi（k）∈xi，k∈K，K=｛1，2，…，n｝；i=1—參考數(shù)列，其余為被比較數(shù)列。

3.2 確定參考數(shù)列及均值化處理

參考數(shù)列應(yīng)選取所有被比較數(shù)列中各項指標(biāo)的最優(yōu)者。用均值化方法對數(shù)列進(jìn)行無量綱處理：

控制變量中營業(yè)毛利率、企業(yè)規(guī)模與企業(yè)總稅負(fù)有顯著的正相關(guān)關(guān)系，即企業(yè)規(guī)模越大，營業(yè)毛利率越高，其稅負(fù)就越重，結(jié)論符合經(jīng)濟(jì)學(xué)的規(guī)模效應(yīng)。具體而言，營業(yè)毛利率每增加1個單位，生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)上市公司總稅負(fù)會增加0.12%；企業(yè)規(guī)模每增加1個單位，生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)上市公司總稅負(fù)會增加1.17%。而資產(chǎn)負(fù)債率與總稅負(fù)呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系，即資產(chǎn)負(fù)債率越高，企業(yè)總稅負(fù)越輕。這也符合理論情況，但是其負(fù)相關(guān)關(guān)系并不顯著。

3.3 計算關(guān)聯(lián)系數(shù)

關(guān)聯(lián)系數(shù)是各被比較數(shù)列曲線和參考數(shù)列曲線在各點(diǎn)的相對差值，即：

式中：x0（k）—參考數(shù)列的第 k 個指標(biāo)；ξ—分辨率，ξ∈［0，1］，一般取 ξ=0.5；i∈N，N=｛1，2，…，m｝。

3.4 計算關(guān)聯(lián)度

確定各評價指標(biāo)的權(quán)值pk，用加權(quán)平均的方法計算關(guān)聯(lián)度：

4 乘用車操穩(wěn)性灰色關(guān)聯(lián)評價實例

4.1 實車試驗

以5 輛在用乘用車為試驗對象，按照《GB/T 6323—2014 汽車操縱穩(wěn)定性試驗方法》要求進(jìn)行汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗、轉(zhuǎn)向回正性能試驗、轉(zhuǎn)向輕便性試驗、蛇形試驗和轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)試驗，用陀螺儀和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角傳感器等測量并記錄各試驗汽車的實驗數(shù)據(jù)。參照《QC/T 480—1999 汽車操縱穩(wěn)定性指標(biāo)限值與評價方法》計算其各單項性能的客觀評價得分，結(jié)果如表1 所示。主觀評價人員由汽車廠專業(yè)評價員、學(xué)院實驗室高工和試驗汽車車主等10 人組成，評價得分取各人的平均值，具體結(jié)果及描述，如表2所示。

表1 試驗汽車操穩(wěn)性的評價指標(biāo)參數(shù)值Tab.1 Parameter Values of Each Evaluation Index for Testing Car Handling Stability

4.2 乘用車操穩(wěn)性的灰色關(guān)聯(lián)評價

運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法，計算各試驗汽車的關(guān)聯(lián)度值。通過對比國標(biāo)法和灰色關(guān)聯(lián)法的評價計分值，并參考主觀評價結(jié)果，驗證運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法進(jìn)行乘用車操穩(wěn)性評價的可行性。具體為：

由式（1），得出表1 中5 輛試驗汽車操穩(wěn)性的被比較數(shù)列，因各指標(biāo)參數(shù)為評價計分結(jié)果，故選取各指標(biāo)最大值，得到參考數(shù)列：

對各數(shù)列進(jìn)行均值化處理，得：

計算關(guān)聯(lián)系數(shù)，得：

由式（5）計算其關(guān)聯(lián)度值；按國標(biāo)法計算試驗汽車操穩(wěn)性的綜合評價得分；為對比方便，將關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果×100%，具體數(shù)值均由表2 所給；主觀評價描述及評分，如表2 所示。

表2 試驗汽車操穩(wěn)性的評價結(jié)果Tab.2 Evaluation Results of Testing Car Handling Stability

由表2 可知：

（1）由國標(biāo)法計算所得的綜合評價計分值均大于80，說明試驗汽車的操穩(wěn)性均良好，且試驗汽車（1～4）的綜合評價計分值相差很小，但從表1 數(shù)據(jù)可知，其單項性能計分結(jié)果相差較大，實際駕駛汽車的主觀評價結(jié)論也大不相同，故國標(biāo)法不能有效體現(xiàn)試驗汽車的操穩(wěn)性差異，且主、客觀評價結(jié)論一致性較差。

（2）由灰色關(guān)聯(lián)分析方法獲得的關(guān)聯(lián)度值與國標(biāo)法所得結(jié)果相差較大，但灰色關(guān)聯(lián)法的客觀評價結(jié)果與主觀評價結(jié)論較為相符?；疑P(guān)聯(lián)法評價結(jié)果較能反映出試驗汽車的性能差異，要優(yōu)于國標(biāo)法。

5 結(jié)論

（1）現(xiàn)行國標(biāo)法規(guī)定，汽車操穩(wěn)性各項試驗權(quán)重相等，單項試驗下的各評價指標(biāo)權(quán)重也相等，這與實際情況嚴(yán)重不符，是不合理的。根據(jù)各性能指標(biāo)對操穩(wěn)性的實際影響程度，對各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行了重新賦值。

（2）對試驗汽車的操穩(wěn)性進(jìn)行評價，采用國標(biāo)法的評價計分結(jié)果與實際情況不符，與主觀評價結(jié)論差異較大。

（3）采用灰色關(guān)聯(lián)法的客觀評價結(jié)果與主觀評價結(jié)論較為一致，且能反映出試驗汽車的性能差異，評價結(jié)果具有一定的實踐參考價值，該評價方法具有可行性。