汽車操縱穩定性的試驗方法和評價指標研究

龍佳慶

（柳州職業技術學院，廣西 柳州 545005）

汽車操縱穩定性的試驗方法和評價指標研究

龍佳慶

（柳州職業技術學院，廣西 柳州 545005）

汽車的操縱穩定性是保障汽車安全駕駛的重要性能之一，文章針對國內外各種汽車在操縱穩定性方面的試驗進行研究，總結了典型的、可操作性高的汽車操縱穩定性試驗方法和評價指標，該試驗方法和評價指標對汽車的制造與性能改進具有重要的指導意義。

操縱穩定性；試驗方法；評價指標

汽車的操縱穩定性由操縱性和穩定性兩個部分組成，兩者相互影響。汽車的操縱穩定性是指在駕駛員在身體、心理、技能都正常的情況下，汽車能按照駕駛員傳遞給轉向系統的方向行駛，當汽車行駛的過程中，遇到突發情況的干擾時，能有一定的抗干擾性，而保持繼續穩定行駛的能力。汽車操縱穩定性包括轉向盤角階躍輸入下進行的穩態響應和瞬態響應，如回正性、轉向盤中間位置操縱穩定性、橫擺角速度頻率響應特性、轉向輕便性等性能[1]。

車輛操縱穩定性試驗評價法分為主觀評價法和客觀評價法。操縱穩定性的主觀評價法以大量針對駕駛員的調查數據為基礎，以車輛駕駛員的直接感官來獲取評價的參照信息，再對操縱穩定性進行相關的評價。操縱穩定性的客觀評價法是指通過評價指標來實現的方法，通過做實車試驗或仿真試驗，然后使用評價指標來評定車輛操縱穩定性的優劣[2,3]。兩種評價方法各有其優點和不足，主觀評價法簡單明了，但無法規避主觀感覺不理性的情況，個體差異大；后者客觀公正，但收集分析數據難，適合對車輛的直觀性能或者顯性性能進行評價。

1 車輛操縱穩定性試驗國家標準

我國法規規定，進行汽車的實車道路試驗時，采用的標準為國家統一執行的標準。其是參照國際上流行的評價方法和我國之前執行的相關規定，然后根據我國的現階段的實際情況，由交通部組織相關單位制定而成，并由國家質檢總局發布。車輛操縱穩定性試驗國家標準主要包括以下幾種：轉向瞬態響應試驗、轉向回正性能試驗、穩態回轉試驗、轉向輕便性試驗、 蛇行試驗等。

在過去的試驗中，以上幾個國家標準使用得比較多。現在使用的是最新發布的國家標準 GB/T 6323-2014 汽車操縱穩定性試驗方法，其綜合了1994年發布的汽車操縱穩定性試驗方法，包括了以下幾項試驗方法：蛇行、轉向輕便性、轉向回正性能、轉向盤中心區操縱穩定性、穩態回轉、轉向瞬態響應等試驗方法。

2 車輛操縱穩定性試驗方法

各國對車輛操縱穩定性試驗的研究各有成效，下面總結了一些國內外有代表性的、常見的操縱穩定性試驗：

（1）轉向瞬態響應試驗

一是轉向盤轉角階躍輸入實驗方法，即汽車以設定的初速度沿直線方向行駛，保持速度恒定不變，輕轉方向盤使其自由行程消除，然后快速轉動方向盤將方向盤轉過設定的角度，固定一定時間，記錄汽車在等速轉彎工況時的運動狀態，得出橫擺角速度、側向加速度等變化過程。

二是轉向盤轉角脈沖輸入實驗，即汽車以一定的初速度直線行駛，保持設定的橫擺角速度，然后給方向盤輸入一個三角脈沖的轉角信號，快速向一個方向轉動，并迅速回正方向盤，記錄全部過程。

（2）轉向回正性能試驗

汽車以一定的初始車速作等速圓周行駛，使轉向盤使側向加速度達到設定值，穩定后突然松開方向盤，測定記錄汽車重心側偏角與橫擺角速度的變化過程。分為低速回正性能和高速回正性能兩種。

（3）穩態圓周試驗

這種實驗方法是最早的操縱穩定性測試方法。通過測試車輛的行駛動態參數與側向加速度，從而確定汽車的穩態轉向特性，其對汽車的方向控制有重要意義。

（4）正弦角輸入試驗

用不同頻率的正弦波輸入，可以得到幅頻特性和相頻特性。

（5）撒手穩定性試驗

即力脈沖反應試驗，試驗時汽車以設定的速度保持直線行駛，突然快速轉動方向盤并立即放開雙手。

（6）移線試驗

分單移線實驗和雙移線實驗。單移線實驗可以看成改變行駛車道或車輛避過障礙物的模擬實驗；雙移線實驗可看成快速超車并駛回原車道的模擬實驗。

（7）蛇行試驗

汽車多次行駛經過實驗場地中按一定形式擺設的障礙物，行駛過程中不能碰標桿，不能翻車，盡可能快的穿過整個路程。所用時間越短則表明汽車的操縱性能越強。該實驗屬于閉環實驗。

（8）路擾反應試驗

汽車以一定的速度通過搓板路面，然后分析前后輪通過搓板路面時橫擺角速度的變化，從而評價汽車對路擾的反應。

（9）轉向輕便性試驗

駕駛員操縱轉向盤，以設定車速沿雙紐線路徑勻速行駛，并且保持在行駛中不撞倒路樁。該實驗評價汽車行駛過程中轉向的輕便性。

3 操縱穩定性的影響因素

在對操縱穩定性的研究過程中，研究人員逐漸意識到操縱穩定性的評價應該有一系列科學合理的指標。評價車輛的操縱穩定性時，應該考慮到以下幾個影響因素：

（1）力輸入反應與角輸入反應

駕駛員在操縱汽車方向盤的時候，會給方向盤一個作用力或一個角度以達到控制汽車運動方向的目的。駕駛員通過給方向盤一個作用力來控制汽車運動方向的轉向指令稱為力指令；而通過一個角度來控制汽車運動方向的轉向指令稱為角指令。與其相應的反應特性稱為力輸入反應特性與角輸入反應特性。

（2）反應與擾動反應

指令反應是車輛對駕駛員指令作出的反應，屬于主動特性；擾動反應是車輛對外界擾動作出的反應，屬于被動特性。指令反應與擾動反應既獨立又有內在的聯系。

（3）線性區與非線性區

假設在理想狀態下，汽車行駛時各系統不受轉向劇烈情況和路面狀況的影響，則在這種線性區內，汽車各系統各部分的輸入、輸出便能成一定的比例關系。但是當離心力與附著力的比值增大到一定程度以后，明顯的非線性特性就有可能會出現在輪胎系統、懸架系統和轉向系統。

（4）不同“工作點”

汽車在不同路面，不同時間，不同車速下工作狀態各不相同，從全面的觀點來分析，應基于不同路面，不同時間，不同車速和可能達到的側向加速度進行分析和評價。這里所說的“工作點”，指的是由上述工況變量所確定的三維空間的點。

（5）穩態與瞬態

穩態與瞬態之間是相對的關系。所謂穩態是一種理想狀態，是指在無外界干擾、速度穩定、方向盤上的指令恒定，車輛的輸出運動達到穩定平衡的狀態。排除了外界干擾因素，車輛的輸入、輸出保持不變，車輛的操縱性與穩定性也就沒有了好與不好的區別。但車輛在實際行駛過程中，情況復雜多變，所遇到的操縱穩定性方面的問題幾乎沒有穩態反應問題，而都是瞬態反應問題。

4 操縱穩定性的評價指標

其評價方法，主要有實車試驗、建立車輛動力學理論模型進行理論推導，以及根據實車試驗人員的描述、判斷和評價。一般來說，車輛是否具有良好操縱穩定性應該從以下方面評判：車輛控制性的難易程度；車輛的抗干擾性，即車輛有一定的抗干擾能力，出現干擾情況能讓駕駛員保持車輛穩定行駛；車輛性能的平穩性，即當路面的情況發生變化、更換輪胎或車輛載荷發生變化時，操縱穩定性在盡可能小的范圍內發生變化[4]。

對于汽車操縱穩定性的評價指標，我國以采用客觀評價體系為主，總方差評價方法被采用最多的方法。其由郭孔輝院士提出，是對“人――車”閉環系統的定量與特性及駕駛員模型的評價方法。主要從以下幾個方面考慮[5]：

（1）司機負擔的評價；

（2）車輛軌道跟蹤好壞的誤差；

（3）路感的總方差；

（4）側滑危險的總方差；

（5）翻車危險性的總方差；

（6）綜合評價：以上五個單項評價的加權組合。

本文在對國內外汽車制造廠商進行汽車操縱穩定性試驗進行研究基礎上，結合我國的國家標準，總結了常規有效的汽車操縱穩定性試驗方法，并給出了汽車的操縱穩定性評價指標，對規范國內汽車行業的試驗與評價具有一定的意義。

[1] 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業出版社,2010.

[2] Yang J,Suematsu.and Kang Z. Two-degree-of-freedom controller to reduce the vibration of vehicle engine-body system[J].IEEE Transactions on Control Technology, 2001, (9):295-317.

[3] Robson JD. Road surface description and vehicle response.[J].International Journal of Vehicle Design, 1979,(9):25-35.

[4] 張晗.載重汽車操縱穩定性仿真研究[D].武漢:武漢理工大學,2011.

[5] K.H. Guo, C.F. Zong, F.S. Kong, et al. Objective evaluation correlated with human judgment An approach to the optimization of vehicle handling control system [J].Vehicle Design, 2002,(29): 96-111.

2015年8月........ Popular Science & Technology.........August 2015

Research on the test way and evaluation indexes of the vehicle's steering stability

The vehicle’s steering stability is one of the most importance performance to the vehicle safety, this paper studied on the local and the foreign test about the vehicle’s steering stability, summarized the classical and practical test way and evaluation indexes of the vehicle’s steering stability, it has guiding significance to the vehicle’s production and improvement.

Steering stability; test way; evaluation indexes

U467.1..

A....

1008-1151(2015)08-0066-02

2015-07-12

龍佳慶（1983－），女，廣西柳州人，柳州職業技術學院講師，碩士研究生，從事汽車技術服務教育研究。