陳肖媛，劉超，蔡?hào)|嶺，宋海燕

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汽車最速操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)研究

陳肖媛，劉超，蔡?hào)|嶺，宋海燕

（青島黃海學(xué)院，山東 青島 266427）

汽車在最高速度下的操控性是影響汽車安全的重要因素，可以稱為高速公路的生命線。汽車操縱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)不僅要在客觀模型中進(jìn)行評(píng)價(jià)，也要根據(jù)不同駕駛員的主觀感受進(jìn)行評(píng)價(jià)。論文首先在ADAMS/CAR下建立整車模型并進(jìn)行雙移線試驗(yàn)，然后利用MATLAB軟件對(duì)該模型的操縱穩(wěn)定性進(jìn)行了仿真，得到了模型的橫向位移和縱向速度隨車輛縱向位移的變化曲線，可以得出結(jié)論：車速越高，時(shí)間越短，汽車的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性越差。最后，基于簡(jiǎn)便、有效的模糊綜合評(píng)判法對(duì)汽車最短時(shí)間內(nèi)的操控穩(wěn)定性進(jìn)行了主觀評(píng)價(jià)，得出車速越高，轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性越差。綜合主客觀評(píng)價(jià)，汽車速度越快，即時(shí)間越短，操縱穩(wěn)定性越差。

最速操縱；客觀評(píng)價(jià)；主觀評(píng)價(jià)；時(shí)間

1 3自由度汽車模型數(shù)學(xué)建模

在2-DOF汽車模型的基礎(chǔ)上，建立了一個(gè)3-DOF線性汽車模型，該模型考慮了汽車的橫向運(yùn)動(dòng)和縱向運(yùn)動(dòng)。為了更好的模擬分析，假設(shè)輪胎輪廓特征在線性范圍內(nèi)，則輪胎模型需要一些假設(shè)和簡(jiǎn)化。假設(shè)和簡(jiǎn)化的3-DOF線性汽車數(shù)學(xué)模型如圖1所示。

圖1 3-DOF汽車模型

2 汽車最速操縱穩(wěn)定性客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的仿真

在ADAMS/CAR下建立整車模型，不考慮懸架因素的影響，并對(duì)建立的模型進(jìn)行雙移線試驗(yàn)。經(jīng)過13次迭代后，該車最快的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性仿真車，完成雙移線測(cè)試所需的最短時(shí)間為9.3秒。雙移線測(cè)試期間一些狀態(tài)變量和控制變量的仿真結(jié)果如圖2所示。原型的初始車速是在執(zhí)行最大速度操縱雙換檔線測(cè)試時(shí)作為縱向位移的函數(shù)的橫向位移的模擬結(jié)果?？梢钥闯觯撥囎羁焖匐p移線測(cè)試的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是：首先直行一段距離，然后在第一個(gè)車道變換后和第二個(gè)車道變換之前，在30米左右開始左轉(zhuǎn)以改變車道汽車接近道路邊界之間的直線，并且最大橫向位移似乎在第二車道變換后逐漸行進(jìn)，并且當(dāng)行駛至322.5 m時(shí)返回到原始車道。

圖2 側(cè)向位移仿真結(jié)果示意圖

圖3 側(cè)向位移仿真結(jié)果示意圖

對(duì)車輛3-DOF最優(yōu)控制模型進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了車輛縱向位移的橫向位移，方向盤角度等變量的變化曲線。分析了每條曲線的趨勢(shì)，當(dāng)速度不同，即完成雙移線試驗(yàn)所需要的時(shí)間不同時(shí)，比較了每個(gè)變量隨縱向位移的變化?？紤]到對(duì)最快機(jī)動(dòng)產(chǎn)生更大影響的汽車結(jié)構(gòu)因素，最大速度與汽車動(dòng)力學(xué)直接相關(guān)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)剛度、軸距、車輪剛度、動(dòng)力傳動(dòng)比等八個(gè)汽車結(jié)構(gòu)因素，將各評(píng)價(jià)指標(biāo)包含在matlab數(shù)據(jù)中，并將其納入運(yùn)行穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的表達(dá)式中進(jìn)行，所得操作穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)曲線如圖3所示。從圖中可以看出，隨著時(shí)間的增加，轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)逐漸增大，即汽車的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性隨時(shí)間惡化。

3 汽車最速操縱穩(wěn)定型主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的仿真、分析

汽車最速操縱性包括三個(gè)主要因素：動(dòng)力性能，機(jī)動(dòng)性和穩(wěn)定性。汽車操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)不僅包括客觀評(píng)價(jià)，還包括駕駛員的主觀評(píng)價(jià)，根據(jù)汽車操縱穩(wěn)定性主觀評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及汽車最速操縱穩(wěn)定性主觀評(píng)價(jià)原理得出汽車最速操縱穩(wěn)定性主觀評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)指標(biāo)如圖4所示。

圖4 汽車操縱穩(wěn)定性主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)

得出：

結(jié)果表明該駕駛員對(duì)14個(gè)車輛試驗(yàn)的排序結(jié)果為：

5，9，11，1，7，4，10，3，8，2，6，14，13，12。

同樣其他車手也根據(jù)上述過程進(jìn)行了評(píng)估，最后得到了7名車手來評(píng)估14輛車的排名結(jié)果。為了直觀地表示車手對(duì)每個(gè)程序的排名，使用統(tǒng)計(jì)方法，平均分?jǐn)?shù)被用作14個(gè)車輛計(jì)劃的最終排名。為了獲得多個(gè)駕駛員的平均分?jǐn)?shù)，每個(gè)程序的分?jǐn)?shù)按照駕駛員主觀評(píng)價(jià)的順序進(jìn)行評(píng)分，即首先是14分。第二名是13分，依此類推，第一名是第一名。最后，獲得了由7個(gè)駕駛員對(duì)14個(gè)車輛計(jì)劃進(jìn)行分類的結(jié)果，如表1所示。

表1 14個(gè)車輛方案主觀評(píng)價(jià)排名

表1中的主觀評(píng)價(jià)排名與通過模糊綜合評(píng)價(jià)方法獲得的排名基本一致。基于模糊綜合評(píng)判法的汽車最快機(jī)動(dòng)的主觀評(píng)價(jià)方法是有效，簡(jiǎn)單，可行的，且與客觀評(píng)價(jià)結(jié)果相吻合。

4 結(jié)論

論文首先建立3-DOF度汽車數(shù)學(xué)模型，其次在ADAMS/ CAR下建立整車模型并進(jìn)行雙移線試驗(yàn)，然后利用MAT -LAB軟件對(duì)該模型的操縱穩(wěn)定性進(jìn)行了仿真，然后建立最快速度操縱的兩級(jí)模糊評(píng)估模型，根據(jù)襄樊的主觀評(píng)分方法選擇9個(gè)駕駛員。獲得評(píng)分矩陣，并相應(yīng)地計(jì)算模糊評(píng)估矩陣。分析結(jié)果表明，車輛方案中排名較高的汽車上的9名駕駛員存在較大差異，表明速度越快，時(shí)間越短，汽車的操縱穩(wěn)定性越差。另外在汽車的主觀評(píng)價(jià)中，汽車的結(jié)構(gòu)因素影響著汽車操縱穩(wěn)定性的排名，在以后的研究中可以重點(diǎn)考慮。

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Research on the Evaluation Index of Vehicle Speed Manipulation Stability

Chen Xiaoyuan, Liu Chao, Cai Dongling, Song Haiyan

( Qingdao Huanghai College, Shandong Qingdao 266427 )

The handling of a car at its highest speed is an important factor affecting car safety and can be called the lifeline of a highway. The evaluation of vehicle handling stability should be evaluated not only in the objective model, but also based on the subjective feelings of different drivers. Firstly, the vehicle model is established under ADAMS/CAR and the double-shift test is carried out. Then the MATLAB software is used to simulate the stability of the model. The lateral displacement and longitudinal velocity of the model are obtained along with the longitudinal displacement of the vehicle. It can be concluded that the higher the speed, the shorter the time, and the worse the steering stability of the car. Finally, based on the simple and effective fuzzy comprehensive evaluation method, the subjective evaluation of the steering stability of the car in the shortest time is carried out. It is concluded that the higher the vehicle speed, the worse the steering stability. While subjective and objective evaluation are omprehensive, the faster the car speed is, that is, the shorter the time is, the worse the steering stability.

steepest manipulation; objective evaluation; subjective evaluation; time

B

1671-7988(2018)22-167-03

U462

B

1671-7988(2018)22-167-03

U462

陳肖媛，青島黃海學(xué)院，研究生，講師，汽車操縱動(dòng)力學(xué)。課題獲青島黃海學(xué)院校級(jí)課題（2016kj03）和山東省高?？蒲杏?jì)劃項(xiàng)目（J18KB155）資助。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.22.059