某轎車操縱穩(wěn)定性客觀試驗(yàn)方法及評價(jià)

楊 飛，楊鈞浩，李自平，楊 雷

某轎車操縱穩(wěn)定性客觀試驗(yàn)方法及評價(jià)

楊 飛1，楊鈞浩2，李自平2，楊 雷2

（1.天府新區(qū)信息職業(yè)學(xué)院，四川 眉山 620564；2.四川建安工業(yè)有限責(zé)任公司，四川 雅安 625000）

文章主要通過對車輛的操作穩(wěn)定性試驗(yàn)進(jìn)行測試，根據(jù)8項(xiàng)操縱穩(wěn)定性客觀試驗(yàn)，從而為改善汽車的操縱穩(wěn)定性、提高車輛的安全性提供依據(jù)。通過客觀試驗(yàn)原地轉(zhuǎn)向、滾動轉(zhuǎn)向、斜坡制動、On Center（方向盤中間位置轉(zhuǎn)向）、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)、掃頻轉(zhuǎn)向、雙移線、角階躍等試驗(yàn)方法得到該樣車操穩(wěn)性能各個(gè)方面的關(guān)鍵參數(shù)和曲線?；谶@些數(shù)據(jù)，可以對該樣車各項(xiàng)操穩(wěn)性能進(jìn)行評判，得出結(jié)論為該車具備不足轉(zhuǎn)向的特性，為該車型的操穩(wěn)性能的優(yōu)化提供依據(jù)，同時(shí)可為底盤調(diào)教提供數(shù)據(jù)支持，最終為車輛穩(wěn)定性和安全性提升奠定基礎(chǔ)，從而提高該車型的操作穩(wěn)定性和安全性。

整車試驗(yàn)；操縱穩(wěn)定性；場地試驗(yàn)

整車操縱穩(wěn)定性是汽車的重要性能之一，汽車的操縱穩(wěn)定性評價(jià)方法大致分為主觀評價(jià)、客觀評價(jià)、基于人-車閉環(huán)系統(tǒng)的綜合評價(jià)等[1]，主觀評價(jià)是基于專業(yè)的測試駕駛員根據(jù)指定的操縱方法在標(biāo)準(zhǔn)工況下對車輛操縱穩(wěn)定性的主觀感覺，通過一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價(jià)，而客觀評價(jià)是汽車在實(shí)車實(shí)際測試的工況下進(jìn)行的，根據(jù)測試的操縱穩(wěn)定性參數(shù)來對汽車的性能進(jìn)行的評價(jià)[2]。

汽車底盤的開發(fā)階段，車輛性能目標(biāo)的設(shè)定通常是基于客觀評價(jià)。結(jié)合動力學(xué)仿真技術(shù)，這些試驗(yàn)在仿真環(huán)境下進(jìn)行，可以大大減少項(xiàng)目研發(fā)的成本，同時(shí)縮短研發(fā)時(shí)間[3]。各公司操縱穩(wěn)定性客觀試驗(yàn)的檢測方法并不相同，本文提供一種較全面且實(shí)用性強(qiáng)的檢測方法。

1 試驗(yàn)設(shè)備

1.1 設(shè)備參數(shù)

操縱穩(wěn)定性客觀試驗(yàn)所用設(shè)備及參數(shù)如表1所示。

表1 設(shè)備參數(shù)

1.2 設(shè)備安裝

陀螺儀的安裝位置是在車輛的絕對坐標(biāo)系，即縱向是車輛的縱軸，垂向是重力方向，其中正向?yàn)橄蚯?，正向?yàn)橄蛴遥驗(yàn)橄蛳?。陀螺儀所有的測量參數(shù)均相對于安裝位置進(jìn)行了修正：向距離質(zhì)心位置向后290 mm，向在輪距的中心位置，向距離質(zhì)心位置向上75 mm。陀螺儀的天線相對于安裝位置如下：向、向不變，向向上 1 100 mm。陀螺儀安裝照片見圖1，力矩方向盤安裝照片見圖2。

圖1 陀螺儀安裝照片

圖2 力矩方向盤安裝照片

2 試驗(yàn)方法

本文操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法共包含8項(xiàng)試驗(yàn)，其中原地轉(zhuǎn)向、滾動轉(zhuǎn)向、斜坡制動是參照根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)設(shè)定的企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，On Center（方向盤中間位置轉(zhuǎn)向）、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)、掃頻轉(zhuǎn)向、雙移線是參照ISO標(biāo)準(zhǔn)，角階躍是參照國標(biāo)[4]。具體試驗(yàn)方法見表2。

表2 操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法

表2 （續(xù)）

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果關(guān)鍵指標(biāo)如表3所示。

表3 關(guān)鍵指標(biāo)

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.2.1原地轉(zhuǎn)向

方向盤的力矩及力值屬于中等，有著較小的力矩波動，左右轉(zhuǎn)方向盤力矩差異不大。方向盤總?cè)?shù)為3.167圈。

3.2.2低速滾動轉(zhuǎn)向

中等的低速滾動轉(zhuǎn)向力，迅速到中等的水平，然后轉(zhuǎn)向力趨于小幅穩(wěn)定增長，如圖3所示。

圖3 低速滾動轉(zhuǎn)向曲線

3.2.3方向盤中間位置轉(zhuǎn)向

從圖4中0.4橫擺角速度隨著方向盤轉(zhuǎn)角的變化曲線可以推斷出樣車具有如下比較明顯的特性：

（1）中等偏大的橫擺角速度響應(yīng)增益；

（2）中等偏大的側(cè)向加速度響應(yīng)增益；

（3）偏大的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)剛度；

（4）轉(zhuǎn)向力矩的建立較線性，數(shù)值偏小；

（5）轉(zhuǎn)向功靈敏度偏大；

（6）側(cè)向加速度死區(qū)的方向盤轉(zhuǎn)角屬于中等偏大；

（7）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦偏大；

（8）力矩死區(qū)的方向盤轉(zhuǎn)角偏小。

根據(jù)兩個(gè)不同的側(cè)向加速度試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出的數(shù)據(jù)斜率存在差異。大角度范圍相比小角度范圍：

（1）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)剛度減小，屬于中等偏小系統(tǒng)剛度；

（2）側(cè)向加速度增加的情況下方向盤力矩優(yōu)勢減小。

圖4 0.4g橫擺角速度隨著方向盤轉(zhuǎn)角的變化曲線

3.2.4雙移線

94 km/h的入樁速度屬于偏下，從圖5可以看到，方向盤轉(zhuǎn)角、方形盤力矩、橫擺角速度、側(cè)向加速度、側(cè)傾角等均是在從變換車道回到原車道后達(dá)到最大。

3.2.5掃頻轉(zhuǎn)向

圖6為各信號的功率譜密度，對各信號所能夠覆蓋的頻率范圍進(jìn)行檢驗(yàn)。

轉(zhuǎn)向力矩和方向盤轉(zhuǎn)角的延遲時(shí)間對轉(zhuǎn)向感覺非常重要，主要由轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的摩擦、慣量和阻尼決定[5]。

側(cè)向加速度的響應(yīng)延遲時(shí)間屬于中等偏大，側(cè)向加速度的響應(yīng)時(shí)間與橫擺角速度響應(yīng)時(shí)間的差值適當(dāng)。穩(wěn)態(tài)側(cè)傾角增益與穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)中的側(cè)傾度有著較好的對應(yīng)[6]。

3.2.6斜坡制動

從數(shù)據(jù)中可以看到，樣車有著偏大的制動俯仰度值為2.364 deg/。

3.2.7穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)

圖7和圖8表明車輛具有過小的不足轉(zhuǎn)向特性；在高側(cè)向加速度區(qū)間，不足轉(zhuǎn)向度對稱性較差[7]。不足轉(zhuǎn)向度仍然較?。?/p>

（1）低的橫擺角速度增益；

（2）側(cè)向加速度中等。

該車具備一定的不足轉(zhuǎn)向特性，數(shù)據(jù)結(jié)果對應(yīng)的最大側(cè)向加速度為0.78，屬于中等。較差的不足轉(zhuǎn)向度的線性特性：

（1）變化不規(guī)律的轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性和側(cè)向加速度增益（隨著側(cè)向加速度的增大）；

（2）車速改變，側(cè)向加速度改變，轉(zhuǎn)向感覺和響應(yīng)程度很難得到理想狀態(tài)；

（3）在數(shù)值大的側(cè)向加速度下以及側(cè)向加速度增益，響應(yīng)時(shí)間慢均無法提供較好的方向盤中間位置轉(zhuǎn)向響應(yīng)。

圖7 方向盤轉(zhuǎn)角隨著側(cè)向加速度的變化曲線

圖8 前后軸側(cè)偏角之差隨著側(cè)向加速度的變化曲線

從車輛的穩(wěn)態(tài)側(cè)傾特性可以看出左右轉(zhuǎn)的側(cè)傾度一致，平均6.637 deg/的側(cè)傾度屬于偏大。

4 結(jié)論

通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，該車輛具有如下比較明顯的特性[8]：首先中等的原地轉(zhuǎn)向力，左、右轉(zhuǎn)方向盤力矩對稱性較好，中等的低速滾動轉(zhuǎn)向力，迅速到中等的水平，然后轉(zhuǎn)向力趨于小幅穩(wěn)定增長，偏小的轉(zhuǎn)向力建立，偏大的轉(zhuǎn)向功靈敏度。中等偏大的側(cè)向加速度死區(qū)的方向盤轉(zhuǎn)角，偏大的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦，偏小的力矩死區(qū)的方向盤轉(zhuǎn)角。中等的橫擺角速度響應(yīng)時(shí)間，中等偏大的側(cè)向加速度響應(yīng)時(shí)間。偏大的制動俯仰度，過小的不足轉(zhuǎn)向度，左右對稱性較差，不足轉(zhuǎn)向度線性特性一般，中等偏大的側(cè)傾度，中等的抓地力，中等偏小的最高通過車速。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該車的操縱穩(wěn)定性還可以進(jìn)一步提升，可以改變懸架特性及方向盤自由轉(zhuǎn)角提升操縱穩(wěn)定性，從而提高車輛的安全穩(wěn)定性。

[1] 楊銀輝,靳昕,韓尚尚.基于橫向穩(wěn)定桿的汽車操縱穩(wěn)定性影響分析[J].汽車實(shí)用技術(shù),2021,46(3):103- 105.

[2] 劉雅鑫.汽車操縱穩(wěn)定性的層次化目標(biāo)分解研究[D].成都:西南交通大學(xué),2021.

[3] 楊必春.底盤操穩(wěn)性目標(biāo)設(shè)定淺析[J].時(shí)代汽車,2020 (21):157-159.

[4] 劉聰,陳勇,趙理.基于流挖掘的分布式驅(qū)動電動汽車橫向穩(wěn)定控制[J].汽車技術(shù),2020,45:(2):33-38.

[5] 劉博偉.汽車操縱穩(wěn)定性客觀評價(jià)方法研究[D].重慶:重慶交通大學(xué),2021.

[6] 王佳偉.底盤操縱穩(wěn)定性開發(fā)中的主觀評價(jià)定量化[D].長春:吉林大學(xué),2020.

[7] 張宏亮,劉志敏,王海,等.基于虛擬分析的某SUV車底盤性能調(diào)校[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2020,58(6): 81-84.

[8] 韓帥.復(fù)雜工況下輪轂電機(jī)驅(qū)動電動汽車操縱穩(wěn)定性控制[J].新型工業(yè)化,2020,10(3):67-70.

A Car Handling Stability Objective Test Method and Evaluation

YANG Fei1, YANG Junhao2, LI Ziping2, YANG Lei2

( 1.Tianfu New District Information Vocational College, Meishan 620564, China;2.Sichuan Jian'an Industry Company Limited, Yaan 625000, China )

This article mainly tests the operation stability test of the vehicle, according to 8 operation objective stability tests, so as to provide a basis for improving the operation stability of the vehicle and improving the safety of the vehicle. Through the objective test of in-situ steering, rolling steering, slope braking, On Center (steering wheel middle position steering), steady state rotation, sweep steering, double shift line, angular step and other test methods to obtain the key parameters and curves of the sample vehicle stability performance. Based on these data, can judge the sample car each hold steady performance, concluded that the car has the characteristics of the steering, operation of the steady performance optimization basis, for the model can provide data support for the chassis adjustment, eventually lay the foundation for vehicle stability and safety, so as to improve the operation stability and safety of the model.

Complete vehicle test; Handling stability; Field test

U462；U467

A

1671-7988(2023)03-130-06

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.03.025

楊飛（1992—），男，講師，研究方向?yàn)榈妆P動力學(xué)與新能源汽車技術(shù)，E-mail:1223253367@qq.com。