基于測(cè)量轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的汽車低速轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)方法研究

滕廣宇　戈鉛　沙雷

（北京汽車研究總院有限公司，北京101300）

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基于測(cè)量轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的汽車低速轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)方法研究

滕廣宇戈鉛沙雷

（北京汽車研究總院有限公司，北京101300）

【摘要】介紹了一種評(píng)價(jià)車輛低速轉(zhuǎn)向回正性能的試驗(yàn)方法，該方法主要考察殘留轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向盤回正角速度兩種參數(shù)，根據(jù)殘留轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角值進(jìn)行評(píng)分并根據(jù)轉(zhuǎn)向盤回正角速度對(duì)評(píng)分進(jìn)行修正。分別采用該方法和國家推薦標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，通過對(duì)兩種試驗(yàn)方法所得結(jié)果的變異系數(shù)及離散性分析，證明了該方法所得數(shù)據(jù)具有較好的一致性及準(zhǔn)確性。該方法直接將“車速”與“回正性”相聯(lián)系，與主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)關(guān)注點(diǎn)一致，可作為對(duì)國家推薦標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充。

Teng Guangyu, Ge Qian, Sha Lei （Beijing Automobile Technology Centre Co., Ltd., Beijing 101300）

1　前言

車輛低速轉(zhuǎn)向回正性能是評(píng)價(jià)車輛行駛動(dòng)力學(xué)性能的重要指標(biāo)之一。回正性較好的車輛在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤后轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角殘余量應(yīng)盡可能小，且能夠快速、線性地衰減，不應(yīng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角幅度增大的現(xiàn)象[1,2]。汽車低速轉(zhuǎn)向回正性能是多因素共同影響的結(jié)果[3,4],對(duì)低速轉(zhuǎn)向回正性能的客觀試驗(yàn)一般按照國家推薦標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6323—2014《汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法》執(zhí)行，評(píng)價(jià)方法按照GB/T 13047—91《汽車操縱穩(wěn)定性指標(biāo)限值與評(píng)價(jià)方法》執(zhí)行。但在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)國家推薦標(biāo)準(zhǔn)存在局限性：國家推薦標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了回正前車輛側(cè)向加速度應(yīng)達(dá)到并穩(wěn)定在4 m/s2，但側(cè)向加速度與速度的平方成正比，因此地面不平、車身振動(dòng)、換擋等因素引起的車速變化會(huì)造成側(cè)向加速度更劇烈的變化，試驗(yàn)中波動(dòng)較大的側(cè)向加速度給駕駛員選擇松開轉(zhuǎn)向盤的時(shí)機(jī)帶來了困難，增加了更多的人為不確定因素，影響了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性。另外，國家推薦標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在車輛側(cè)向加速度達(dá)到4 m/s2時(shí)進(jìn)行回正操作，但此時(shí)車輛的速度一般超過30 km/h，因此對(duì)于更低車速（如10 km/h或20 km/h）的工況按照該標(biāo)準(zhǔn)無法進(jìn)行測(cè)試和評(píng)價(jià)。另外，國家推薦標(biāo)準(zhǔn)在試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理上只考察橫擺角速度相關(guān)特征參數(shù)，卻忽視了與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角相關(guān)的回正特征參數(shù)。因用戶大多很難察覺到車輛在回正后殘余的橫擺角速度，而對(duì)車輛回正后轉(zhuǎn)向盤的殘余角卻能很容易發(fā)現(xiàn)，所以測(cè)量中僅關(guān)注橫擺角速度的相關(guān)特征參數(shù)不能全面反映多數(shù)用戶對(duì)車輛回正性的主觀體驗(yàn)，應(yīng)必須關(guān)注與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角相關(guān)的特征參數(shù)。

2　基于測(cè)量轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的汽車低速轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)方法

針對(duì)上述問題，結(jié)合汽車低速轉(zhuǎn)向回正性能主觀評(píng)價(jià)方法，提出一種基于測(cè)量轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的試驗(yàn)方法，以作為對(duì)國家推薦標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充。

2.1試驗(yàn)方法

試驗(yàn)前在試驗(yàn)場(chǎng)地上畫出半徑為15±1 m的圓周。首先記錄汽車直線行駛時(shí)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的零值，然后調(diào)整轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，使汽車能夠在固定轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角情況下沿圓周緩慢行駛，同時(shí)記錄該轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角值并作為預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)角值。在試驗(yàn)車轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角為預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)角值下，使車輛加速至10 km/h或20 km/h并保持約2 s后突然松開轉(zhuǎn)向盤，等待車輛回正。

2.2數(shù)據(jù)處理

2.2.1殘留轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角

殘留轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角是指在一定試驗(yàn)車速下松開轉(zhuǎn)向盤后，在特定回正周期時(shí)間時(shí)轉(zhuǎn)向盤位置距轉(zhuǎn)向盤零位的角度值。回正周期確定方法為：試驗(yàn)車速為10 km/h時(shí)，回正周期為2 s；試驗(yàn)車速為20 km/h時(shí)，回正周期為1.5 s。

2.2.2回正角速度

轉(zhuǎn)向盤回正角速度值等于前1/3回正周期內(nèi)的平均回正角速度值，該值可以通過轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角對(duì)時(shí)間微分得到。

2.3評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)計(jì)算的殘留轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角數(shù)值對(duì)轉(zhuǎn)向回正性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)其大小給出評(píng)價(jià)等級(jí)，等級(jí)越高則回正性能越好，評(píng)分方法如表1所列。

表1　轉(zhuǎn)向回正性能評(píng)價(jià)等級(jí)

根據(jù)表1得出評(píng)價(jià)結(jié)果后，還需要根據(jù)轉(zhuǎn)向盤回正角速度進(jìn)行修正，修正原則如表2所列。

表2　轉(zhuǎn)向回正性能評(píng)價(jià)等級(jí)修正原則

3　試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為驗(yàn)證所提出試驗(yàn)方法的可行性，在相同試驗(yàn)條件下分別按照國家推薦標(biāo)準(zhǔn)和本文所提出試驗(yàn)方法進(jìn)行了低速轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)備如表3所列。

表3　試驗(yàn)設(shè)備

針對(duì)滿載（總質(zhì)量2 100 kg，前770/后1 340 kg）和半載（總質(zhì)量1 460 kg，前720/后740 kg）兩種試驗(yàn)車輛，分別更換相同型號(hào)（175/70 R14）不同氣壓的輪胎組合得到4種工況（1#～4#），每種工況分為左轉(zhuǎn)與右轉(zhuǎn)兩個(gè)方向，每個(gè)方向進(jìn)行3次試驗(yàn)，試驗(yàn)工況如表4所列。

表4　轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)工況

3.2試驗(yàn)結(jié)果

分別根據(jù)國家推薦標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6323—2014和本文所提出試驗(yàn)方法（車速20 km/h）進(jìn)行轉(zhuǎn)向回正試驗(yàn)，表5為根據(jù)國家推薦標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行試驗(yàn)并對(duì)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后的結(jié)果，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T 13047—91執(zhí)行；表6為基于本文提出的試驗(yàn)方法，以車速20 km/h完成試驗(yàn)并對(duì)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后的結(jié)果。

4　分析與討論

4.1試驗(yàn)結(jié)果一致性分析

由于兩種試驗(yàn)方法所得結(jié)果量綱不同，數(shù)據(jù)量級(jí)相差較大，不能直接用方差進(jìn)行比較，所以通過計(jì)算樣本的變異系數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。變異系數(shù)適合于比較測(cè)量尺度相差大或量綱不同的樣本的離散程度，它是無量綱量[5]，以符號(hào)C?V表示，計(jì)算公式為：式中，S為樣本的標(biāo)準(zhǔn)差；-X為樣本的平均數(shù)。

根據(jù)式（1）計(jì)算所得兩種試驗(yàn)方法的變異系數(shù)如表7和表8所列。

表5　轉(zhuǎn)向回正試驗(yàn)殘留橫擺角速度　（°）/s

表6　轉(zhuǎn)向回正試驗(yàn)結(jié)果

表7　根據(jù)測(cè)量轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的試驗(yàn)方法所得數(shù)據(jù)的變異系數(shù)

表8　根據(jù)國家推薦標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法所得殘留橫擺角速度的變異系數(shù)

由表7和表8可知，按照本文提出的試驗(yàn)方法所得數(shù)據(jù)的平均變異系數(shù)為0.06，按照國家推薦標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)的平均變異系數(shù)為0.17，由此可知，按照本文提出的試驗(yàn)方法所得數(shù)據(jù)離散性較小，一致性更好。這是因?yàn)閲彝扑]標(biāo)準(zhǔn)中以側(cè)向加速度作為車輛開始回正的條件，但側(cè)向加速度為速度的二階量，當(dāng)速度發(fā)生較小變化時(shí)側(cè)向加速度會(huì)發(fā)生較大波動(dòng)，因此給駕駛員操作帶來了一定困難，加入了更多的人為干擾因素。另外，車輛的橫擺角速度和側(cè)向加速度為慣性測(cè)量儀器所測(cè)數(shù)值，而慣性測(cè)量儀器對(duì)使用條件要求較高，如路面不平、安裝位置誤差等都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，這也是造成其一致性不好的原因之一。本文所提出的試驗(yàn)方法以車速作為開始條件，在試驗(yàn)過程中車速值變化量小，較容易控制，且測(cè)量轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角力矩測(cè)量儀精度較高、一致性好，因此試驗(yàn)結(jié)果具有較小的離散性。

4.2試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性驗(yàn)證

國家推薦標(biāo)準(zhǔn)與本文所述方法雖然考察的指標(biāo)及方法不同，但都應(yīng)能正確反映車輛低速轉(zhuǎn)向回正性能，因此相同工況下得出的結(jié)論應(yīng)該是一致的。假設(shè)兩種試驗(yàn)條件下車輛對(duì)駕駛員回正輸入的響應(yīng)均是線性的，如果兩種試驗(yàn)方法所得結(jié)果成較強(qiáng)的線性關(guān)系，則可驗(yàn)證本文所提出的試驗(yàn)方法能夠正確反映車輛回正性能。

圖1為試驗(yàn)結(jié)果線性擬合曲線，其中每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的橫坐標(biāo)為左、右轉(zhuǎn)殘余橫擺角速度的均值，縱坐標(biāo)為相同工況下左、右轉(zhuǎn)殘留轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的均值。按照式（2）計(jì)算曲線的線性擬合回歸系數(shù)：式中，ssr為回歸平方和；sst為總平方和。

由式（2）計(jì)算得R2=0.90，進(jìn)而得到相關(guān)系數(shù)R= 0.95，說明參與擬合的點(diǎn)呈現(xiàn)較強(qiáng)的線性關(guān)系，驗(yàn)證了本文所提出的試驗(yàn)方法具有較好的準(zhǔn)確性。

圖1　試驗(yàn)結(jié)果/線性擬合曲線

由表6可知，在相同工況下左、右殘留轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角均值有所差異，這是由于左、右轉(zhuǎn)空行程不一致導(dǎo)致的，因此本文所提出的試驗(yàn)方法在一定程度上也能反映出車輛左、右轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)向盤空行程的特征。

5　結(jié)束語

本文提出了一種基于測(cè)量轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的車輛轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)方法，主要考察殘留轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向盤回正角速度兩種參數(shù)，根據(jù)殘留轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的大小進(jìn)行評(píng)分并根據(jù)轉(zhuǎn)向盤回正角速度對(duì)評(píng)分進(jìn)行修正。該方法能夠直接將“車速”與“回正性”相聯(lián)系，更直觀地反映不同車速下車輛的回正性能。與國家推薦標(biāo)準(zhǔn)相比，該試驗(yàn)方法可以對(duì)較低車速的轉(zhuǎn)向回正性能進(jìn)行測(cè)試，可以作為國家標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充性試驗(yàn)。另外，該試驗(yàn)方法對(duì)駕駛員的操作要求更簡單，評(píng)價(jià)的方法與主觀評(píng)價(jià)關(guān)注點(diǎn)一致，更能反映客戶的主觀體驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果也具有良好的準(zhǔn)確性及一致性。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯文楫）

修改稿收到日期為2015年8月18日。

Study of Vehicle Low Speed Returnability Test Method Based on Measuring Steering Wheel Angle

【Abstract】This paper introduces a test method to evaluate automotive low speed returnability p erformance, which studies steering wheel residual angle and steering wheel return angular speed. Rating is made according to steering wheel residual angle, which is revised according to steering wheel return angular speed. Tests have been made respectively with this method and the standard recommended by the state. It is proved that the paper recommended test method has good consistency and accuracy by analyzing the coefficient of variation and discreteness obtained from test results. This test method connects the vehicle speed and vehicle returnability performance directly which are also consistent with subjective evaluation test. This test method can be used as a supplementary of the national recommended standard.

Key words:Vehicle, Low-speed steering, Returnability performance, Steering wheel angle, Test

中圖分類號(hào):U467.1+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1000-3703（2016）01-0032-03

主題詞:汽車低速轉(zhuǎn)向回正性能轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角試驗(yàn)