楊 飛，楊鈞浩，李自平，楊 雷

某轎車(chē)操縱穩(wěn)定性客觀試驗(yàn)方法及評(píng)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(guò)對(duì)車(chē)輛的操作穩(wěn)定性試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)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(chē)的操縱穩(wěn)定性、提高車(chē)輛的安全性提供依據(jù)。通過(guò)客觀試驗(yàn)原地轉(zhuǎn)向、滾動(dòng)轉(zhuǎn)向、斜坡制動(dòng)、On Center（方向盤(pán)中間位置轉(zhuǎn)向）、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)、掃頻轉(zhuǎn)向、雙移線(xiàn)、角階躍等試驗(yàn)方法得到該樣車(chē)操穩(wěn)性能各個(gè)方面的關(guān)鍵參數(shù)和曲線(xiàn)?；谶@些數(shù)據(jù)，可以對(duì)該樣車(chē)各項(xiàng)操穩(wěn)性能進(jìn)行評(píng)判，得出結(jié)論為該車(chē)具備不足轉(zhuǎn)向的特性，為該車(chē)型的操穩(wěn)性能的優(yōu)化提供依據(jù)，同時(shí)可為底盤(pán)調(diào)教提供數(shù)據(jù)支持，最終為車(chē)輛穩(wěn)定性和安全性提升奠定基礎(chǔ)，從而提高該車(chē)型的操作穩(wěn)定性和安全性。

整車(chē)試驗(yàn)；操縱穩(wěn)定性；場(chǎng)地試驗(yàn)

整車(chē)操縱穩(wěn)定性是汽車(chē)的重要性能之一，汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法大致分為主觀評(píng)價(jià)、客觀評(píng)價(jià)、基于人-車(chē)閉環(huán)系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)等[1]，主觀評(píng)價(jià)是基于專(zhuān)業(yè)的測(cè)試駕駛員根據(jù)指定的操縱方法在標(biāo)準(zhǔn)工況下對(duì)車(chē)輛操縱穩(wěn)定性的主觀感覺(jué)，通過(guò)一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，而客觀評(píng)價(jià)是汽車(chē)在實(shí)車(chē)實(shí)際測(cè)試的工況下進(jìn)行的，根據(jù)測(cè)試的操縱穩(wěn)定性參數(shù)來(lái)對(duì)汽車(chē)的性能進(jìn)行的評(píng)價(jià)[2]。

汽車(chē)底盤(pán)的開(kāi)發(fā)階段，車(chē)輛性能目標(biāo)的設(shè)定通常是基于客觀評(píng)價(jià)。結(jié)合動(dòng)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(cè)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(cè)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(chē)輛的絕對(duì)坐標(biāo)系，即縱向是車(chē)輛的縱軸，垂向是重力方向，其中正向?yàn)橄蚯埃驗(yàn)橄蛴?，正向?yàn)橄蛳?。陀螺儀所有的測(cè)量參數(shù)均相對(duì)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(xiàn)相對(duì)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(jiàn)圖1，力矩方向盤(pán)安裝照片見(jiàn)圖2。

圖1 陀螺儀安裝照片

圖2 力矩方向盤(pán)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(dòng)轉(zhuǎn)向、斜坡制動(dòng)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(pán)中間位置轉(zhuǎn)向）、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)、掃頻轉(zhuǎn)向、雙移線(xiàn)是參照ISO標(biāo)準(zhǔn)，角階躍是參照國(guó)標(biāo)[4]。具體試驗(yàn)方法見(jiàn)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(pán)的力矩及力值屬于中等，有著較小的力矩波動(dòng)，左右轉(zhuǎn)方向盤(pán)力矩差異不大。方向盤(pán)總?cè)?shù)為3.167圈。

3.2.2低速滾動(dòng)轉(zhuǎn)向

中等的低速滾動(dòng)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(zhǎng)，如圖3所示。

圖3 低速滾動(dòng)轉(zhuǎn)向曲線(xiàn)

3.2.3方向盤(pán)中間位置轉(zhuǎn)向

從圖4中0.4橫擺角速度隨著方向盤(pán)轉(zhuǎn)角的變化曲線(xiàn)可以推斷出樣車(chē)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(xiàn)性，數(shù)值偏?。?/p>

（5）轉(zhuǎn)向功靈敏度偏大；

（6）側(cè)向加速度死區(qū)的方向盤(pán)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(pán)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(pán)力矩優(yōu)勢(shì)減小。

圖4 0.4g橫擺角速度隨著方向盤(pán)轉(zhuǎn)角的變化曲線(xiàn)

3.2.4雙移線(xiàn)

94 km/h的入樁速度屬于偏下，從圖5可以看到，方向盤(pán)轉(zhuǎn)角、方形盤(pán)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(chē)道回到原車(chē)道后達(dá)到最大。

3.2.5掃頻轉(zhuǎn)向

圖6為各信號(hào)的功率譜密度，對(duì)各信號(hào)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(pán)轉(zhuǎn)角的延遲時(shí)間對(duì)轉(zhuǎn)向感覺(jué)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(duì)應(yīng)[6]。

3.2.6斜坡制動(dòng)

從數(shù)據(jù)中可以看到，樣車(chē)有著偏大的制動(dòng)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(chē)輛具有過(guò)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(duì)稱(chēng)性較差[7]。不足轉(zhuǎn)向度仍然較小：

（1）低的橫擺角速度增益；

（2）側(cè)向加速度中等。

該車(chē)具備一定的不足轉(zhuǎn)向特性，數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)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(xiàn)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(chē)速改變，側(cè)向加速度改變，轉(zhuǎn)向感覺(jué)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(wú)法提供較好的方向盤(pán)中間位置轉(zhuǎn)向響應(yīng)。

圖7 方向盤(pán)轉(zhuǎn)角隨著側(cè)向加速度的變化曲線(xiàn)

圖8 前后軸側(cè)偏角之差隨著側(cè)向加速度的變化曲線(xiàn)

從車(chē)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(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，該車(chē)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(pán)力矩對(duì)稱(chēng)性較好，中等的低速滾動(dòng)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(zhǎng)，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(pán)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(pán)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(dòng)俯仰度，過(guò)小的不足轉(zhuǎn)向度，左右對(duì)稱(chēng)性較差，不足轉(zhuǎn)向度線(xiàn)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(guò)車(chē)速。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該車(chē)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(pán)自由轉(zhuǎn)角提升操縱穩(wěn)定性，從而提高車(chē)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(chē)操縱穩(wěn)定性影響分析[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù),2021,46(3):103- 105.

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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(pán)動(dòng)力學(xué)與新能源汽車(chē)技術(shù)，E-mail:1223253367@qq.com。