大客車(chē)駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩特性研究

陳剛，宋海兵，王春宏，龔曉慶，王愛(ài)仙（.江蘇大學(xué)車(chē)隊(duì)，江蘇 鎮(zhèn)江 0；.江蘇罡陽(yáng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有限公司，江蘇 泰州 58；.江蘇大學(xué)汽車(chē)與交通工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 0；.江蘇超力電器有限公司，江蘇 丹陽(yáng) 00）

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大客車(chē)駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩特性研究

陳剛1，宋海兵2，王春宏2，龔曉慶3，王愛(ài)仙4
（1.江蘇大學(xué)車(chē)隊(duì)，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；2.江蘇罡陽(yáng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有限公司，江蘇 泰州 225318；3.江蘇大學(xué)汽車(chē)與交通工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；4.江蘇超力電器有限公司，江蘇 丹陽(yáng) 212300）

摘 要：為了獲取大客車(chē)駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩，以某型大客車(chē)為試驗(yàn)對(duì)象，選取了10名駕駛員，進(jìn)行不同速度和側(cè)向加速度下，駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩特性試驗(yàn)。研究結(jié)果表明：大客車(chē)駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩隨車(chē)速的升高而增大，當(dāng)側(cè)向加速度小于3m/s2時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩隨側(cè)向加速度的增加而增加，當(dāng)側(cè)向加速度大于3m/s2時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩增速趨于平緩。

關(guān)鍵詞：駕駛員；轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩；速度；側(cè)向加速度

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.03.038

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)03-113-03

引言

隨著汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展，大客車(chē)和重型載貨汽車(chē)的產(chǎn)銷(xiāo)量逐年增加，重型車(chē)輛的操縱性和安全性日益受到重視。駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩特性，是設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)理想的助力特性依據(jù)，理想的助力特性能改善車(chē)輛的操縱性和安全性。因此，駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩特性具有重要的研究意義。

國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩特性研究也進(jìn)行過(guò)許多研究，20世紀(jì)80年代，Green等[1]通過(guò)實(shí)車(chē)場(chǎng)地試驗(yàn)，對(duì)乘用車(chē)進(jìn)行駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩特性研究，結(jié)果表明：隨著車(chē)速的增加，乘用車(chē)駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩也隨之增大。1996年，日本豐田汽車(chē)通過(guò)對(duì)上百輛皇冠轎車(chē)試驗(yàn)，得到車(chē)速為100km/h時(shí)駕駛員平均轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩隨側(cè)向加速度變化的特性曲線(xiàn)[2]。1999年，美國(guó)通用公司利用駕駛模擬器，測(cè)試了側(cè)向加速度為3m/s2情況下，不同車(chē)速時(shí)駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩特性曲線(xiàn)[3]，結(jié)果表明：駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩隨著車(chē)速增加而增加。2006年，吉林大學(xué)宗長(zhǎng)富等[4]采用ADSL駕駛模擬器，得到駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩與側(cè)向加速度和車(chē)速之間的關(guān)系。上述有關(guān)駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩特性研究都是對(duì)乘用車(chē)，且研究結(jié)果只是在某個(gè)典型側(cè)向加速度或速度情況下，尚未見(jiàn)對(duì)大客車(chē)等重型車(chē)輛的研究成果。

本文以裝配有旁通流量式電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ECHPS）的大客車(chē)為試驗(yàn)對(duì)象，從駕駛員實(shí)際操縱感受，進(jìn)行駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩特性試驗(yàn)研究，以此得到準(zhǔn)確和全面的大客車(chē)駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩特性。

1、ECHPS系統(tǒng)組成和工作原理

圖1為旁通流量式ECHPS系統(tǒng)組成示意圖，該系統(tǒng)在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）液壓泵與助力油缸之間的回路中并聯(lián)了一個(gè)裝有比例電磁閥的旁通支路，汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)，ECU根據(jù)車(chē)速和轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩信號(hào)調(diào)節(jié)比例電磁閥的開(kāi)度，從而改變旁通流量，進(jìn)而控制經(jīng)轉(zhuǎn)閥進(jìn)入助力油缸的液壓油流量，改變助力油缸兩側(cè)的壓差，實(shí)現(xiàn)ECHPS系統(tǒng)可變助力特性。

圖1　旁通流量式ECHPS系統(tǒng)組成示意圖Fig.1　Constitute of bypass-type ECHPS system

2、轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩特性試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)設(shè)備與儀器

試驗(yàn)車(chē)為上海申龍SLK6118型客車(chē)，如圖2所示，原車(chē)搭載了GY120型循環(huán)球式HPS轉(zhuǎn)向器，試驗(yàn)前對(duì)HPS轉(zhuǎn)向器進(jìn)行改裝，裝配了比例電磁閥，如圖3所示。試驗(yàn)中，當(dāng)比例電磁閥輸入電流為零時(shí)，旁通油路不起作用，此時(shí)相當(dāng)于HPS系統(tǒng)；當(dāng)按照不同工況調(diào)節(jié)輸入電流時(shí)，旁通油路開(kāi)啟，此時(shí)為ECHPS系統(tǒng)工作模式。

圖2　試驗(yàn)車(chē)Fig.2　Test vehicle

圖3　ECHPS樣機(jī)裝車(chē)圖Fig.3　ECHPS prototype installation

試驗(yàn)中需要的測(cè)量?jī)x器和設(shè)備有NTS測(cè)力轉(zhuǎn)向盤(pán)、車(chē)速儀、陀螺儀、LMS數(shù)據(jù)采集儀和蓄電池等，各自所測(cè)的物理量如表1所示。

表1　主要試驗(yàn)設(shè)備Tab.1　The main equipment of experiment

2.2 試驗(yàn)方法

（1）試驗(yàn)場(chǎng)地的選取：選取水平瀝青路面為試驗(yàn)路面，符合GB/T12534-90《汽車(chē)道路試驗(yàn)方法通則》的標(biāo)準(zhǔn)要求[5]。

（2）駕駛員的選取：選取10名駕駛經(jīng)驗(yàn)豐富的大客車(chē)駕駛員，有男性也有女性，而且包含不同的年齡段。

（3）駕駛工況的選取：行駛車(chē)速選取為20km/h，40km/h，60km/h，80km/h，側(cè)向加速度選取為1m/s2，,2m/s2，3m/s2，4m/s2（由于大客車(chē)駕駛安全問(wèn)題，試驗(yàn)中沒(méi)有進(jìn)行更高車(chē)速和更大側(cè)向加速度的工況）

（4）具體試驗(yàn)步驟：試驗(yàn)剛開(kāi)始時(shí)，比例電磁閥開(kāi)度為零，ECHPS系統(tǒng)不旁通流量，駕駛員將大客車(chē)從零車(chē)速加速到之前選取的車(chē)速（如20km/h）并保持，然后調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)角，使得大客車(chē)的側(cè)向加速度為之前設(shè)定值（如2m/s2），駕駛員要把該側(cè)向加速度下的轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角記住。之后在這個(gè)轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，駕駛員輕微緩慢地左、右轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)，感受此時(shí)的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩，如果感覺(jué)不合適，通過(guò)改變比例電磁閥開(kāi)度來(lái)改變旁通流量的大小，改變助力系統(tǒng)提供的助力大小，以此改變轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩大小，當(dāng)駕駛員對(duì)某一轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩滿(mǎn)意時(shí)，記錄下此時(shí)的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩。試驗(yàn)時(shí)，為了提高結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要對(duì)10名駕駛員進(jìn)行多次試驗(yàn)，最終取平均值，這樣就可以得到一定速度和一定側(cè)向加速度下，大客車(chē)駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩。圖4為試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖。

圖4　試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖Fig.4　The picture of bus test

3、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到一定速度和一定側(cè)向加速度下，大客車(chē)駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩，如表2所示。

表2　大客車(chē)駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩Tab.2　Bus driver's partial steering torque value

圖5　大客車(chē)駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩特性曲線(xiàn)Fig.5　Bus driver's partial steering torque characteristic curves

根據(jù)表2，畫(huà)出大客車(chē)駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩分別隨車(chē)速和側(cè)向加速度變化的特性曲線(xiàn)，如圖5所示。從左圖可以看出，同一側(cè)向加速度下，大客車(chē)駕駛員平均偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩總體趨勢(shì)是隨車(chē)速的上升而增大。當(dāng)側(cè)向加速度較小時(shí)，駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩也較小。在側(cè)向加速度小于3 m/s2時(shí)，同一車(chē)速下的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩隨著側(cè)向加速度的增加而明顯增大。從圖5右圖可以看出，大客車(chē)駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩總體趨勢(shì)是隨側(cè)向加速度的增大而增大，當(dāng)側(cè)向加速度大于3 m/s2時(shí)，各車(chē)速下的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩基本不變。

4、結(jié)論

本研究以裝配有旁通流量式ECHPS的大客車(chē)為試驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行了駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩特性試驗(yàn)研究，得到了大客車(chē)駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩特性，研究結(jié)果表明：大客車(chē)駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩與車(chē)速和側(cè)向加速度都呈正相關(guān)，同一側(cè)向加速度下，偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩隨車(chē)速的升高而增大；當(dāng)側(cè)向加速度小于3m/s2時(shí)，同一車(chē)速下，偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩隨側(cè)向加速度的增大而增大，當(dāng)側(cè)向加速度大于3m/s2時(shí)，偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩增速趨于平緩。該研究結(jié)果彌補(bǔ)了對(duì)大客車(chē)等重型車(chē)輛駕駛員偏好的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩特性的研究空白，為重型車(chē)輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)理想助力特性的設(shè)計(jì)提供了可靠的依據(jù)，進(jìn)而提高重型車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性和安全性。

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[2] 余志生.汽車(chē)?yán)碚揫 M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2000.

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[4] 宗長(zhǎng)富,麥莉,王德平等.基于駕駛模擬器的駕駛員偏好的方向盤(pán)力矩特性研究[J].中國(guó)機(jī)械工程,2007(4):1001-1005.

[5] GB/T12534-90, 汽車(chē)道路試驗(yàn)方法通則[S].

Bus driver preferences steering wheel torque characteristics of the study

Chen Gang1, Song Haibing2, Wang Chunhong2, Gong Xiaoqing3, Wang Aixian4
( 1.Team jiangsu university, Jiangsu Zhenjiang 212013; 2.Jiangsu Gang Yang steering system Co., Ltd., Jiangsu Taizhou 225318; 3.Jiangsu university school of automobile and traffic engineering, Jiangsu Zhenjiang 212013; 4.Jiangsu chaoli electric appliance Co., Ltd., Jiangsu Danyang 212300 )

Abstract:In order to obtain the partial steering wheel torque of heavy vehicle drivers, the partial steering wheel torque characteristics test which was based on the test bus and 10 drivers was carried out at different speeds and lateral acceleration.The results show that the partial steering wheel torque of heavy vehicle drivers increases with the increase of vehicle speed; when the lateral acceleration is less than 3m/s2, the steering wheel torque increases with the increase of lateral acceleration;when the lateral acceleration is greater than 3 m/s2, the steering wheel torque speed is leveling off.

Keywords:drivers; steering wheel torque; speed; lateral acceleration

基金項(xiàng)目：江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目( BR2015168)。

作者簡(jiǎn)介：陳剛，就職于江蘇大學(xué)車(chē)隊(duì)。

中圖分類(lèi)號(hào)：U467.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2016)03-113-03