汽車(chē)操縱穩(wěn)定性能道路試驗(yàn)分析

張明 姜鯤昌

摘?要：現(xiàn)如今汽車(chē)成為人們?nèi)粘３鲂斜夭豢缮俚慕煌üぞ撸绕浣陙?lái)汽車(chē)的普及，除了外觀之外，人們對(duì)汽車(chē)的各項(xiàng)性能也十分重視。汽車(chē)操作穩(wěn)定性能道路測(cè)試可以為結(jié)構(gòu)的合理性、產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(duì)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性能的試驗(yàn)結(jié)果，為改善汽車(chē)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：汽車(chē);操縱穩(wěn)定性能;道路試驗(yàn)

通常將汽車(chē)投入到市場(chǎng)之前需要對(duì)樣車(chē)進(jìn)行反復(fù)測(cè)試，便于及時(shí)對(duì)安全隱患和不合理之處做出修改。近年來(lái)，汽車(chē)氣場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，再加上消費(fèi)者求快求異的特點(diǎn)，一些汽車(chē)廠(chǎng)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(huì)減少樣車(chē)測(cè)試次數(shù)，不容易發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。由于汽車(chē)使用條件較為復(fù)雜，有諸多影響汽車(chē)操縱穩(wěn)定性能因素，只有通過(guò)實(shí)際的道路試驗(yàn)才能判斷汽車(chē)的操作穩(wěn)定性能，從而更好地適應(yīng)現(xiàn)代公路要求。

1.汽車(chē)操作穩(wěn)定性能相關(guān)概述

汽車(chē)操作穩(wěn)定性是指在汽車(chē)駕駛者在不過(guò)度疲勞和緊張的情況下能通過(guò)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向車(chē)輪給定的行駛方向的駕駛能力。評(píng)價(jià)汽車(chē)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(chē)依然可以正確按照操作機(jī)構(gòu)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(dāng)能力。

2.汽車(chē)操縱穩(wěn)定性能道路試驗(yàn)分析

2.1汽車(chē)操縱穩(wěn)定性道路試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)

汽車(chē)操縱穩(wěn)定性能的優(yōu)劣是影響汽車(chē)行駛主動(dòng)安全性的重要因素，必須滿(mǎn)足以下兩個(gè)方面使用條件才能保證車(chē)輛優(yōu)良的操作穩(wěn)定性。一方面車(chē)輛在行駛過(guò)程中具有穩(wěn)定行駛的性能，具體指車(chē)輛要想改變行駛軌跡，必須有足夠的抵抗力來(lái)發(fā)揮應(yīng)有的干擾能力。另一方面能夠按照駕駛員制定的行駛路線(xiàn)前進(jìn)。所以，汽車(chē)操作穩(wěn)定性能道路試驗(yàn)的研究主體是車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)在轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入情況下的響應(yīng)特性，因此，其具體試驗(yàn)應(yīng)包括轉(zhuǎn)向盤(pán)回能力和轉(zhuǎn)向盤(pán)的力脈。具體評(píng)價(jià)指標(biāo)為，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試設(shè)備測(cè)出是表征車(chē)輛行駛速度、橫擺角速度、側(cè)向加速度、側(cè)傾角及轉(zhuǎn)向力等物理量。獲取試驗(yàn)所需的參數(shù)可通過(guò)先用相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備，利用GPS測(cè)定試驗(yàn)車(chē)輛行駛的速度v，是選用帶有cAN總線(xiàn)技術(shù)的陀螺儀測(cè)量試驗(yàn)車(chē)輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)的側(cè)傾角和橫擺角速度。選用副轉(zhuǎn)向盤(pán)形式的測(cè)力儀來(lái)測(cè)定于施加在試驗(yàn)車(chē)輛轉(zhuǎn)向盤(pán)上的轉(zhuǎn)角、力矩，試驗(yàn)前將試驗(yàn)車(chē)輛的轉(zhuǎn)向盤(pán)連接副轉(zhuǎn)向盤(pán)測(cè)力儀，通過(guò)操作副轉(zhuǎn)向盤(pán)在試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行轉(zhuǎn)向輸入。2.2蛇形試驗(yàn)

汽車(chē)的蛇形試驗(yàn)主要考核試驗(yàn)車(chē)輛操縱穩(wěn)定性的綜合性能，既能反映乘員在車(chē)輛在急劇轉(zhuǎn)向情況時(shí)的安全性和舒適性，還能反映汽車(chē)急劇轉(zhuǎn)向的能力。在對(duì)汽車(chē)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，按照等距的方式排開(kāi)排列10根標(biāo)樁，間距為30m，汽車(chē)車(chē)速在二分之一時(shí)進(jìn)入試驗(yàn)路段，試驗(yàn)車(chē)輛通過(guò)試驗(yàn)路段為等速，不碰撞試驗(yàn)標(biāo)樁，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。試驗(yàn)車(chē)輛的轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角、車(chē)身橫擺角速度峰值越小則說(shuō)明試驗(yàn)車(chē)輛的安全性較高，操控性能越靈活。

表1?試驗(yàn)車(chē)輛蛇形試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)名稱(chēng)

評(píng)價(jià)指標(biāo)

試驗(yàn)結(jié)果

標(biāo)樁間距（m）

30

蛇形試驗(yàn)

平均橫擺角速度峰值（°）

平均車(chē)身側(cè)傾角峰值（°）

平均轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角峰值（°）

18.36

2.53

69.04

通過(guò)試驗(yàn)得知，該試驗(yàn)車(chē)的最大轉(zhuǎn)向力為72.35N，平均轉(zhuǎn)向力為44.5N，處于偏大范圍。?而低速回正試驗(yàn)時(shí)的回正性能計(jì)分值略小，則說(shuō)明低速回正性能一般。該試驗(yàn)車(chē)的蛇形試驗(yàn)由于受到整車(chē)外輪廓尺寸及軸距影響，靈動(dòng)性能一般。

2.3轉(zhuǎn)向回正能力試驗(yàn)

是讓汽車(chē)回復(fù)到直線(xiàn)行駛的力矩需通過(guò)汽車(chē)的轉(zhuǎn)向回正力矩，主要汽車(chē)輪胎側(cè)偏特性和汽車(chē)的主銷(xiāo)定位角等因素影響。關(guān)于此方面試驗(yàn)主要測(cè)試汽車(chē)低俗和高速兩種轉(zhuǎn)向回正性能，都是通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入一個(gè)力后再卸掉，對(duì)汽車(chē)隨后的運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行記錄。在試驗(yàn)時(shí)，汽車(chē)可先朝著直線(xiàn)行駛，測(cè)量記錄變量零線(xiàn)，調(diào)整轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角讓汽車(chē)半徑為15±1m的圓周行駛，之后再調(diào)整車(chē)速后使其達(dá)到規(guī)定值，高速試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)車(chē)輛的側(cè)向加速度為4±0.2m/s?，低速試驗(yàn)時(shí)為2±0.2?m/s?。待3s后，駕駛員可松開(kāi)轉(zhuǎn)向盤(pán)后記錄松手后到4s的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。按向左和向右兩個(gè)方向進(jìn)行試驗(yàn)，每個(gè)方向都測(cè)試三次，均為完整試驗(yàn)，具體試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2試驗(yàn)車(chē)輛高/低速轉(zhuǎn)向回正試驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

評(píng)價(jià)指標(biāo)

試驗(yàn)結(jié)果

左轉(zhuǎn)

右轉(zhuǎn)

高速轉(zhuǎn)向回正試驗(yàn)

低速轉(zhuǎn)向回正試驗(yàn)

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(yàn)數(shù)據(jù)中可得知，在高速時(shí)該試驗(yàn)車(chē)型的殘留橫擺角速度絕對(duì)值及橫擺角速度總方差明顯低于低速，說(shuō)明在高速時(shí)該試驗(yàn)車(chē)型的自動(dòng)回正能力及保持直線(xiàn)行駛能力強(qiáng)于低速時(shí)狀態(tài)且回正能力也優(yōu)于低速。通過(guò)分析和計(jì)算試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在高速回正試驗(yàn)時(shí)，該試驗(yàn)車(chē)輛的計(jì)算值（70.12分）高于低速計(jì)算值（62.3分），然而綜合得分過(guò)于偏低，說(shuō)明該試驗(yàn)車(chē)輛的整體回正性能較弱。

試驗(yàn)車(chē)輛在等速圓周運(yùn)行時(shí)可待穩(wěn)定后突然松開(kāi)轉(zhuǎn)向盤(pán)，對(duì)橫擺角速度和定方位的變化過(guò)程進(jìn)行測(cè)定，松手前轉(zhuǎn)向盤(pán)的力為恒定，加速度為定值，松手后轉(zhuǎn)向盤(pán)上的力等于零。該試驗(yàn)可充分表示汽車(chē)的力輸入反應(yīng)特性，檢測(cè)汽車(chē)在力階躍輸入下的反應(yīng)。評(píng)定此試驗(yàn)的指標(biāo)主要包括松開(kāi)轉(zhuǎn)向盤(pán)3s過(guò)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(jì)算過(guò)程中取絕對(duì)值，若轉(zhuǎn)向以后汽車(chē)自動(dòng)回正則表示數(shù)值越小，松開(kāi)轉(zhuǎn)向盤(pán)以后汽車(chē)自動(dòng)回正性能越迅速則表示橫擺角速度的總方差值越小。

3.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文通過(guò)對(duì)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性能道路試驗(yàn)分析中獲取了道路試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，得知了影響汽車(chē)結(jié)構(gòu)因素及制動(dòng)效能及制動(dòng)方向穩(wěn)定性影響因素，能根據(jù)研究所需任意設(shè)定試驗(yàn)環(huán)境，從而有效避免了實(shí)車(chē)道路試驗(yàn)的危險(xiǎn)性。本文所采用的蛇形試驗(yàn)和轉(zhuǎn)向回正能力試驗(yàn)結(jié)果顯示，分?jǐn)?shù)越高則表明試驗(yàn)車(chē)性能越好，最大限度找到了對(duì)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性能的定量限值指標(biāo)和試驗(yàn)方法，為進(jìn)一步提高汽車(chē)操作穩(wěn)定性能提供了依據(jù)。

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