汽車操縱穩(wěn)定性能道路試驗分析

張明 姜鯤昌

摘?要：現(xiàn)如今汽車成為人們日常出行必不可少的交通工具，尤其近年來汽車的普及，除了外觀之外，人們對汽車的各項性能也十分重視。汽車操作穩(wěn)定性能道路測試可以為結構的合理性、產品設計的正確性、性能的優(yōu)越性及部件的可靠性提供依據(jù)。本文則從客觀角度出發(fā)，分析利用GPS定位原理對汽車操縱穩(wěn)定性能的試驗結果，為改善汽車設計提供依據(jù)。

關鍵詞：汽車;操縱穩(wěn)定性能;道路試驗

通常將汽車投入到市場之前需要對樣車進行反復測試，便于及時對安全隱患和不合理之處做出修改。近年來，汽車氣場的競爭越來越激烈，再加上消費者求快求異的特點，一些汽車廠商都加快了研發(fā)力度和縮短投放周期，速度的加快必然會減少樣車測試次數(shù)，不容易發(fā)現(xiàn)質量問題。由于汽車使用條件較為復雜，有諸多影響汽車操縱穩(wěn)定性能因素，只有通過實際的道路試驗才能判斷汽車的操作穩(wěn)定性能，從而更好地適應現(xiàn)代公路要求。

1.汽車操作穩(wěn)定性能相關概述

汽車操作穩(wěn)定性是指在汽車駕駛者在不過度疲勞和緊張的情況下能通過轉向系統(tǒng)及轉向車輪給定的行駛方向的駕駛能力。評價汽車操作穩(wěn)定性能的表現(xiàn)為根據(jù)地形、道路和交通情況的限制，汽車依然可以正確按照操作機構給予的方向行駛，且具有抵抗力圖改變其行駛方向的各種干擾后保持穩(wěn)定性的適當能力。

2.汽車操縱穩(wěn)定性能道路試驗分析

2.1汽車操縱穩(wěn)定性道路試驗評價指標

汽車操縱穩(wěn)定性能的優(yōu)劣是影響汽車行駛主動安全性的重要因素，必須滿足以下兩個方面使用條件才能保證車輛優(yōu)良的操作穩(wěn)定性。一方面車輛在行駛過程中具有穩(wěn)定行駛的性能，具體指車輛要想改變行駛軌跡，必須有足夠的抵抗力來發(fā)揮應有的干擾能力。另一方面能夠按照駕駛員制定的行駛路線前進。所以，汽車操作穩(wěn)定性能道路試驗的研究主體是車輛的運動在轉向盤輸入情況下的響應特性，因此，其具體試驗應包括轉向盤回能力和轉向盤的力脈。具體評價指標為，通過試驗測試設備測出是表征車輛行駛速度、橫擺角速度、側向加速度、側傾角及轉向力等物理量。獲取試驗所需的參數(shù)可通過先用相關試驗設備，利用GPS測定試驗車輛行駛的速度v，是選用帶有cAN總線技術的陀螺儀測量試驗車輛在轉彎時的側傾角和橫擺角速度。選用副轉向盤形式的測力儀來測定于施加在試驗車輛轉向盤上的轉角、力矩，試驗前將試驗車輛的轉向盤連接副轉向盤測力儀，通過操作副轉向盤在試驗過程中進行轉向輸入。2.2蛇形試驗

汽車的蛇形試驗主要考核試驗車輛操縱穩(wěn)定性的綜合性能，既能反映乘員在車輛在急劇轉向情況時的安全性和舒適性，還能反映汽車急劇轉向的能力。在對汽車進行試驗時，按照等距的方式排開排列10根標樁，間距為30m，汽車車速在二分之一時進入試驗路段，試驗車輛通過試驗路段為等速，不碰撞試驗標樁，具體試驗數(shù)據(jù)如表1所示。試驗車輛的轉向盤轉角、車身橫擺角速度峰值越小則說明試驗車輛的安全性較高，操控性能越靈活。

表1?試驗車輛蛇形試驗數(shù)據(jù)

試驗名稱

評價指標

試驗結果

標樁間距（m）

30

蛇形試驗

平均橫擺角速度峰值（°）

平均車身側傾角峰值（°）

平均轉向盤轉角峰值（°）

18.36

2.53

69.04

通過試驗得知，該試驗車的最大轉向力為72.35N，平均轉向力為44.5N，處于偏大范圍。?而低速回正試驗時的回正性能計分值略小，則說明低速回正性能一般。該試驗車的蛇形試驗由于受到整車外輪廓尺寸及軸距影響，靈動性能一般。

2.3轉向回正能力試驗

是讓汽車回復到直線行駛的力矩需通過汽車的轉向回正力矩，主要汽車輪胎側偏特性和汽車的主銷定位角等因素影響。關于此方面試驗主要測試汽車低俗和高速兩種轉向回正性能，都是通過對轉向盤輸入一個力后再卸掉，對汽車隨后的運動性能進行記錄。在試驗時，汽車可先朝著直線行駛，測量記錄變量零線，調整轉向盤轉角讓汽車半徑為15±1m的圓周行駛，之后再調整車速后使其達到規(guī)定值，高速試驗時，試驗車輛的側向加速度為4±0.2m/s?，低速試驗時為2±0.2?m/s?。待3s后，駕駛員可松開轉向盤后記錄松手后到4s的運動過程。按向左和向右兩個方向進行試驗，每個方向都測試三次，均為完整試驗，具體試驗結果如表2所示。

表2試驗車輛高/低速轉向回正試驗數(shù)據(jù)

實驗項目

評價指標

試驗結果

左轉

右轉

高速轉向回正試驗

低速轉向回正試驗

橫擺角角度總方差（S）

殘留橫擺角速度（°）

橫擺角角度總方差（S）

殘留橫擺角速度（°）

0.3634

1.1332

0.6574

0.2357

0.3746

1.0214

0.6965

2.1185

從表2試驗數(shù)據(jù)中可得知，在高速時該試驗車型的殘留橫擺角速度絕對值及橫擺角速度總方差明顯低于低速，說明在高速時該試驗車型的自動回正能力及保持直線行駛能力強于低速時狀態(tài)且回正能力也優(yōu)于低速。通過分析和計算試驗數(shù)據(jù)，在高速回正試驗時，該試驗車輛的計算值（70.12分）高于低速計算值（62.3分），然而綜合得分過于偏低，說明該試驗車輛的整體回正性能較弱。

試驗車輛在等速圓周運行時可待穩(wěn)定后突然松開轉向盤，對橫擺角速度和定方位的變化過程進行測定，松手前轉向盤的力為恒定，加速度為定值，松手后轉向盤上的力等于零。該試驗可充分表示汽車的力輸入反應特性，檢測汽車在力階躍輸入下的反應。評定此試驗的指標主要包括松開轉向盤3s過程中的留橫擺角速度和橫擺角速度總方差。其中殘留橫擺角速度計算過程中取絕對值，若轉向以后汽車自動回正則表示數(shù)值越小，松開轉向盤以后汽車自動回正性能越迅速則表示橫擺角速度的總方差值越小。

3.結語

綜上所述，本文通過對汽車操縱穩(wěn)定性能道路試驗分析中獲取了道路試驗評價指標，得知了影響汽車結構因素及制動效能及制動方向穩(wěn)定性影響因素，能根據(jù)研究所需任意設定試驗環(huán)境，從而有效避免了實車道路試驗的危險性。本文所采用的蛇形試驗和轉向回正能力試驗結果顯示，分數(shù)越高則表明試驗車性能越好，最大限度找到了對汽車操縱穩(wěn)定性能的定量限值指標和試驗方法，為進一步提高汽車操作穩(wěn)定性能提供了依據(jù)。

參考文獻：

[1]黎海輝.多軸重型汽車轉向及操縱性能仿真與分析[D].武漢理工大學，2013.

[2]高振海，王竣，郭健等.汽車穩(wěn)定性多控制工況設計及其切換機制研究[J].機械工程學報，2014，50（4）：107-112.