重卡操穩(wěn)基礎(chǔ)項(xiàng)目主觀評(píng)價(jià)及優(yōu)化方法研究

摘要：本文主要研究重卡操縱穩(wěn)定性的質(zhì)量檢查項(xiàng)目，即穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)向回正、轉(zhuǎn)向輕便等性能的主觀評(píng)價(jià)及性能優(yōu)化。本文采用 主觀評(píng)價(jià)方法對(duì)車輛的操縱穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估，該方法能夠有效地對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行閉環(huán)控制，并迅速定位問(wèn)題點(diǎn)，為重卡底盤的研發(fā)提供支持 。通過(guò)對(duì)比不同類型商用車操縱穩(wěn)定性測(cè)試數(shù)據(jù)，本文總結(jié)了駕駛方法與車輛表現(xiàn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并將其應(yīng)用于評(píng)價(jià)過(guò)程中，以提升評(píng)價(jià)結(jié)果的精確度。此外，本文還總結(jié)了重卡操縱穩(wěn)定性調(diào)校的方法，并針對(duì)評(píng)價(jià)中不達(dá)標(biāo)的項(xiàng)目給出相應(yīng)的優(yōu)化建議，旨在提升車輛的操縱穩(wěn)定性水平。操縱穩(wěn)定性主觀評(píng)價(jià)方法不僅適用于車輛正向開發(fā)階段的試驗(yàn)驗(yàn)證及問(wèn)題整改，而且評(píng)價(jià)人員能夠迅速地對(duì)車輛的操縱穩(wěn)定性進(jìn)行判定并提出優(yōu)化建議。在車輛批量生產(chǎn)階段，質(zhì)量檢驗(yàn)人員應(yīng)用該方法可以快速準(zhǔn)確地評(píng)估車輛的操縱穩(wěn)定性水平 ，從而提高下線車輛的性能質(zhì)檢效率。

關(guān)鍵詞：重卡；操縱穩(wěn)定性；質(zhì)量檢查項(xiàng)目；主觀評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：U461 DOI：10．20042/j.cnki. 1009-4903. 2024. 04.002

0 引言

汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 480-1999《汽車操縱穩(wěn)定性指標(biāo)限制與評(píng)價(jià)方法》明確地將穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)向輕便性及轉(zhuǎn)向回正性作為評(píng)估車輛操縱穩(wěn)定性的關(guān)鍵指標(biāo)，并將這些指標(biāo)納入產(chǎn)品質(zhì)量檢查范疇。本文以重型商用車操穩(wěn)基本三項(xiàng)的數(shù)據(jù)庫(kù)為研究對(duì)象，旨在總結(jié)出一套適用于商用車的操縱穩(wěn)定性主觀評(píng)價(jià)方法。該方法能夠快速準(zhǔn)確地識(shí)別車輛在操縱穩(wěn)定性方面存在的問(wèn)題，進(jìn)而提高試驗(yàn)效率。

汽車主觀評(píng)價(jià)是一種依賴于人的感官體驗(yàn)對(duì)車輛性能進(jìn)行評(píng)分的方法。操縱穩(wěn)定性作為車輛的基本性能之一，不僅影響著汽車駕駛的操縱便捷程度，還直接關(guān)系到汽車高速行駛的安全性。駕駛員在駕駛車輛時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)向盤給予車輛一個(gè)輸入，車輛則會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的輸出。操縱穩(wěn)定性主要研究的就是這種輸入（操縱性）與輸出（車輛穩(wěn)定性）之間的相互作用關(guān)系。由于汽車的操縱穩(wěn)定性直接關(guān)乎駕駛者的駕駛體驗(yàn)與安全性，因此其優(yōu)劣應(yīng)由駕駛者來(lái)評(píng)判。所以，在操縱穩(wěn)定性的研究中，應(yīng)將駕駛者與汽車視為一個(gè)不可分割的整體來(lái)進(jìn)行考量。

1 主觀評(píng)價(jià)說(shuō)明

主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法是指駕駛者根據(jù)既定的評(píng)價(jià)規(guī)則駕駛車輛，并按照評(píng)分等級(jí)對(duì)車輛的性能進(jìn)行打分，同時(shí)提出車輛的優(yōu)缺點(diǎn)，最終的評(píng)價(jià)結(jié)論由分?jǐn)?shù)的高低來(lái)表示。在這一過(guò)程中，將車輛的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角視為輸入，橫擺角速度視為輸出。進(jìn)行操縱穩(wěn)定性主觀評(píng)價(jià)時(shí)，駕駛技巧的關(guān)鍵在于控制加速踏板、轉(zhuǎn)向盤角度以及轉(zhuǎn)向盤的角速度這3個(gè)參數(shù)。

1.1 評(píng)分說(shuō)明

重型商用車的操縱穩(wěn)定性主觀評(píng)價(jià)采用P- 10分的評(píng)分制度。每個(gè)分值都對(duì)應(yīng)著車輛操縱穩(wěn)定性能的優(yōu)劣程度，具體如表1所示。

主觀評(píng)價(jià)人員需要扮演3個(gè)角色：專家、顧客及產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員。他們需要從這3個(gè)不同立場(chǎng)對(duì)車輛的表現(xiàn)進(jìn)行打分，并針對(duì)優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)給出相應(yīng)的理由。

1.2 車輛準(zhǔn)備

重型商用車包括牽引車、自卸車及載貨車。在評(píng)價(jià)前，需要檢查車輛輪胎的氣壓是否符合設(shè)計(jì)要求，一般按照輪胎生產(chǎn)廠家在輪胎上的氣壓標(biāo)示為準(zhǔn)。建議車輛以滿載狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，載貨車在貨箱內(nèi)裝載沙土，牽引車在后軸上方裝配小型貨廂并裝載沙土，使車輛的載重達(dá)到設(shè)計(jì)最大總質(zhì)量。對(duì)于下線車輛的質(zhì)量檢驗(yàn)，建議以空載狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，以便快速判定車輛的操縱穩(wěn)定性能。

1.3 場(chǎng)地要求

操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)應(yīng)在動(dòng)態(tài)廣場(chǎng)（長(zhǎng)≥100 m，寬≥100 m）進(jìn)行。試驗(yàn)場(chǎng)地應(yīng)為干燥、平坦且清潔的水泥或?yàn)r青路面，任意方向的坡度不大于2%。試驗(yàn)時(shí)的風(fēng)速應(yīng)不大于3 m/s。

2 操穩(wěn)基本三項(xiàng)主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法說(shuō)明

2.1 不足轉(zhuǎn)向評(píng)價(jià)方法

2.1.1 評(píng)價(jià)方法

評(píng)價(jià)分為左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，選定方向繞半徑15 m的圓周以最低穩(wěn)定車速行駛，停車并固定轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角。選擇可以加速到30km/h的擋位作為起步擋位，緩慢加速至側(cè)向加速度接近中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)的側(cè)向加速度，至此完成駕駛。若初始擋位過(guò)高導(dǎo)致脫擋或起步困難，可降低一個(gè)擋位起步，直至車輛可以正常起步的擋位作為初始擋位，試驗(yàn)過(guò)程中換擋時(shí)需保持平順。

根據(jù)穩(wěn)態(tài)圓周行駛線性理論假設(shè)，車輛穩(wěn)態(tài)圓周行駛時(shí)，當(dāng)側(cè)向加速度在4 m/S2以下時(shí)，輪胎的側(cè)偏特性處于線性范圍，因此假設(shè)車速及側(cè)向加速度也處于線性范圍。同時(shí)，根據(jù)5類車30次穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，得出表2所示的不同車型車速與其側(cè)向加速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2.1.2 評(píng)價(jià)結(jié)果

車輛回轉(zhuǎn)過(guò)程中，當(dāng)后輪發(fā)生非常強(qiáng)烈的嘯叫聲時(shí)，觀察車速，并對(duì)照表1，以確定接近中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)的側(cè)向加速度（通常輪胎嘯叫時(shí)的側(cè)向加速度與中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)的側(cè)向加速度相差約1m/s）。車輛繞半徑為15 m的彎道行駛時(shí)，車速不得超過(guò)中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的車速，以防止側(cè)翻。

在車輛繞定圓周加速行駛過(guò)程中，輪胎與地面會(huì)發(fā)生摩擦。駕駛完成后，下車觀察輪胎印記的變化情況。如果印記逐漸增大，則車輛表現(xiàn)為不足轉(zhuǎn)向；如果印記持續(xù)減小，則車輛表現(xiàn)為過(guò)多轉(zhuǎn)向。

圖2為穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)軌跡圖，其中紅色線框表示初始軌跡，黃色線框表示極限車速軌跡。車輛回轉(zhuǎn)過(guò)程中的輪胎印跡越接近初始軌跡，車輛越接近中性轉(zhuǎn)向。一般來(lái)說(shuō)，車輛具備輕微的不足轉(zhuǎn)向是最佳的設(shè)計(jì)方案。

同時(shí)，評(píng)價(jià)車輛回轉(zhuǎn)過(guò)程中的側(cè)傾程度。通常，隨著車速的增加，車輛的側(cè)傾也會(huì)增加。側(cè)傾增加得越平穩(wěn)，側(cè)傾感覺越小，是最佳的底盤匹配方案。

2.1.3 優(yōu)化方案

不足轉(zhuǎn)向優(yōu)化方案：

（1）降低車輛前軸輪胎剛度或減小輪胎氣壓，后軸不變，以增加不足轉(zhuǎn)向趨勢(shì)。

（2）提高車輛后軸輪胎剛度或增加輪胎氣壓，前軸不變，以增加不足轉(zhuǎn)向趨勢(shì)。

（3）增大車輛前軸軸荷，后軸荷載不變，以增加不足轉(zhuǎn)向趨勢(shì)。

（4）減小車輛后軸軸荷，前軸荷載不變，以增加不足轉(zhuǎn)向趨勢(shì)。

（5）提高前懸架剛度，后懸架剛度不變，以增加不足轉(zhuǎn)向趨勢(shì)。

（6）降低后懸架剛度，前懸架剛度不變，以增加不足轉(zhuǎn)向趨勢(shì)。

（7）提高前軸橫向穩(wěn)定桿剛度，后軸橫向穩(wěn)定桿不變，以增加不足轉(zhuǎn)向趨勢(shì)。

（8）降低后軸橫向穩(wěn)定桿剛度，前軸橫向穩(wěn)定桿不變，車輛增加不足轉(zhuǎn)向趨勢(shì)。

側(cè)傾角優(yōu)化方案：

（1）增加橫向穩(wěn)定桿的剛度，例如將橫向穩(wěn)定桿的直徑增加20%，是最常用的優(yōu)化方案。車輛穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)時(shí)的側(cè)傾角有減小趨勢(shì)。

（2）增加懸架彈簧剛度，例如懸架彈簧剛度提升10%，也是最常用的優(yōu)化方案。但需要注意，增加彈簧剛度可能會(huì)使平順性變差，因此一般優(yōu)先考慮提升橫向穩(wěn)定桿的剛度。

2.2 回正性能評(píng)價(jià)方法

2.2.1 評(píng)價(jià)方法

車輛以10 km/h的速度勻速行駛，將轉(zhuǎn)向盤向左或向右轉(zhuǎn)動(dòng)至其極限位置。隨后，車輛沿最小轉(zhuǎn)彎圓周以相同速度勻速行駛。在松開轉(zhuǎn)向盤的同時(shí)，保持車速不變（仍為10km/h），并在10 s內(nèi)觀察車輛是否能回到直線行駛狀態(tài)或轉(zhuǎn)向盤是否回到中心區(qū)附近。

2.2.2 評(píng)價(jià)結(jié)果

（1）若駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤10 s后，車輛或轉(zhuǎn)向盤仍沿初始圓周行駛，則表明車輛在該方向的轉(zhuǎn)向沒有回正能力。

（2）若駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤10 s后，車輛沿拋物線軌跡行駛，或轉(zhuǎn)向盤回到中間位置的角度大于200°，則車輛在該方向的回正能力較差。

（3）若駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤10 s后，車輛沿直線行駛，或轉(zhuǎn)向盤回到中心區(qū)100°以內(nèi)，則車輛在該方向上的回正性能良好。

2.2.3 優(yōu)化方法

車輛的轉(zhuǎn)向回正性能主要與整車狀態(tài)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、前懸系統(tǒng)及輪胎性能相關(guān)。通常，轉(zhuǎn)向回正性能不佳主要由輪端回正力矩不足及轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)阻力過(guò)大引起。針對(duì)這些問(wèn)題，可采取以下優(yōu)化方法：

（1）增大前軸的主銷后傾角，可提升車輛的回正力矩，從而增強(qiáng)回正性能。但需注意，過(guò)大的主銷后傾角會(huì)增加轉(zhuǎn)向用力，并可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)向盤回正過(guò)快，產(chǎn)生“打手”現(xiàn)象。

（2）增大前軸的主銷內(nèi)傾角，同樣能增大車輛的回正力矩，提升回正性能。同理，該角度過(guò)大也會(huì)發(fā)生“打手”現(xiàn)象。此外，前軸左右兩側(cè)的主銷后傾角和主銷內(nèi)傾角偏差應(yīng)控制在1°以內(nèi)，以避免直線行駛跑偏及制動(dòng)跑偏等問(wèn)題。

（3）提升轉(zhuǎn)向器的逆效率，可增加轉(zhuǎn)向器的回正力矩。但需注意，如果逆效率過(guò)大，車輛轉(zhuǎn)彎回正時(shí)可能出現(xiàn)“打手”現(xiàn)象，并可能影響轉(zhuǎn)向的輕便性能。轉(zhuǎn)向器逆向驅(qū)動(dòng)載荷應(yīng)控制在450 N以內(nèi)，波動(dòng)值不超過(guò)80 N作為參考基準(zhǔn)。

（4）減小轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的摩擦阻力有助于提升轉(zhuǎn)向回正力矩。進(jìn)行轉(zhuǎn)向回油性能檢查時(shí)，需確保轉(zhuǎn)向油管的內(nèi)管徑與溢流閥的性能均滿足設(shè)計(jì)要求，并檢查實(shí)車轉(zhuǎn)向回油管是否存在折彎憋死現(xiàn)象。此外，擺臂球頭的摩擦力也應(yīng)進(jìn)行檢查，其軸向間隙、徑向間隙、轉(zhuǎn)動(dòng)力矩及擺動(dòng)力矩均為關(guān)鍵性能參數(shù)。

2.3 轉(zhuǎn)向力矩評(píng)價(jià)方法

2.3.1 評(píng)價(jià)方法

在車輛以10 km/h的車速直線行駛的條件下，采用如圖2-4所示的3種操作來(lái)評(píng)價(jià)車輛的轉(zhuǎn)向輕便性。所有操作僅限于使用手臂力量，不得借助腰部力量。

2.3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果

（1）當(dāng)使用兩指勾住轉(zhuǎn)向盤并使其轉(zhuǎn)動(dòng)180°時(shí)，表明該車的原地轉(zhuǎn)向輕便性令人滿意，如圖3所示。

（2）若兩指不能使轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)180°，則換用手掌緊貼轉(zhuǎn)向盤并嘗試轉(zhuǎn)動(dòng)180°。若成功，則該車的原地轉(zhuǎn)向輕便性可以接受，如圖4所示。

（3）若手掌緊貼轉(zhuǎn)向盤仍無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)180°，則嘗試單手握住轉(zhuǎn)向盤并轉(zhuǎn)動(dòng)180°。此時(shí)，該車的原地轉(zhuǎn)向較為沉重，但通常不影響正常駕駛，但一般駕駛員可能難以接受，如圖5所示。

（4）若單手緊握轉(zhuǎn)向盤仍無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)180°，則需雙手握緊轉(zhuǎn)向盤并使用身體力量使其轉(zhuǎn)動(dòng)180°。這表明該車的原地轉(zhuǎn)向非常沉重，所有駕駛員都難以接受。

2.3.3 優(yōu)化方法

（1）減小轉(zhuǎn)向系的摩擦阻力：包括減小轉(zhuǎn)向器球頭摩擦力、擺臂球頭摩擦力以及前橋輪端阻力矩。

（2）調(diào)整主銷內(nèi)傾角及主銷后傾角：適當(dāng)減小這些角度可以使轉(zhuǎn)向更加輕便，但需注意回正性能的平衡。

（3）調(diào)整轉(zhuǎn)向器閥特性曲線：通過(guò)降低逆效率，可以使轉(zhuǎn)向更加輕便。

（4）優(yōu)化轉(zhuǎn)向垂臂及節(jié)臂長(zhǎng)度：適當(dāng)增加垂臂及節(jié)臂的長(zhǎng)度可以提升轉(zhuǎn)向輕便性，但需考慮布置難度以及制動(dòng)跑偏的風(fēng)險(xiǎn)。

（5）增加轉(zhuǎn)向助力油泵排量：在排量不足導(dǎo)致滿載轉(zhuǎn)角受限的情況下，增大排量不僅可以減小轉(zhuǎn)向力矩，還能增加車輪轉(zhuǎn)角。

（6）設(shè)計(jì)最佳轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸相位角：通過(guò)合理設(shè)計(jì)相位角，可以減小轉(zhuǎn)向時(shí)的力矩波動(dòng)，從而提升轉(zhuǎn)向輕便性能。

3 評(píng)分參考

根據(jù)上述評(píng)價(jià)方法對(duì)車輛進(jìn)行評(píng)價(jià)，并在評(píng)價(jià)完成后，依據(jù)表3的評(píng)分準(zhǔn)則對(duì)該車的操縱穩(wěn)定性基本項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)分。

若車輛存在過(guò)多轉(zhuǎn)向趨勢(shì)，則需在評(píng)價(jià)結(jié)論中明確注明車輛操縱穩(wěn)定性不合格，并建議進(jìn)行整改。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)操縱穩(wěn)定性基本3項(xiàng)的主觀評(píng)價(jià)，我們可以有效地發(fā)現(xiàn)車輛存在的問(wèn)題點(diǎn)，并明確指出車輛的性能缺陷。該評(píng)價(jià)方法不僅適用于基礎(chǔ)的操縱穩(wěn)定性開發(fā)階段，也適用于產(chǎn)品質(zhì)量檢查環(huán)節(jié)。該評(píng)價(jià)方法的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

（1）高效性：能夠迅速地對(duì)車輛的操縱穩(wěn)定性缺陷進(jìn)行判定，節(jié)省了大量的時(shí)間和資源。

（2）問(wèn)題點(diǎn)明確：通過(guò)對(duì)車輛基本的操縱穩(wěn)定性能進(jìn)行定性分析，能夠清晰地指出車輛存在的問(wèn)題所在，為后續(xù)的優(yōu)化和改進(jìn)提供了明確的方向。

（3）適用范圍廣泛：所有駕駛員按照該方法進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，都能夠明確地指出車輛操縱穩(wěn)定性的問(wèn)題點(diǎn)，確保了評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性和一致性。