大客車駕駛員偏好的轉向盤力矩特性研究

陳剛，宋海兵，王春宏，龔曉慶，王愛仙（.江蘇大學車隊，江蘇 鎮江 0；.江蘇罡陽轉向系統有限公司，江蘇 泰州 58；.江蘇大學汽車與交通工程學院，江蘇 鎮江 0；.江蘇超力電器有限公司，江蘇 丹陽 00）

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大客車駕駛員偏好的轉向盤力矩特性研究

陳剛1，宋海兵2，王春宏2，龔曉慶3，王愛仙4
（1.江蘇大學車隊，江蘇 鎮江 212013；2.江蘇罡陽轉向系統有限公司，江蘇 泰州 225318；3.江蘇大學汽車與交通工程學院，江蘇 鎮江 212013；4.江蘇超力電器有限公司，江蘇 丹陽 212300）

摘 要：為了獲取大客車駕駛員偏好的轉向盤力矩，以某型大客車為試驗對象，選取了10名駕駛員，進行不同速度和側向加速度下，駕駛員偏好的轉向盤力矩特性試驗。研究結果表明：大客車駕駛員偏好的轉向盤力矩隨車速的升高而增大，當側向加速度小于3m/s2時，轉向盤力矩隨側向加速度的增加而增加，當側向加速度大于3m/s2時，轉向盤力矩增速趨于平緩。

關鍵詞：駕駛員；轉向盤力矩；速度；側向加速度

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

隨著汽車工業的飛速發展，大客車和重型載貨汽車的產銷量逐年增加，重型車輛的操縱性和安全性日益受到重視。駕駛員偏好的轉向盤力矩特性，是設計轉向系統理想的助力特性依據，理想的助力特性能改善車輛的操縱性和安全性。因此，駕駛員偏好的轉向盤力矩特性具有重要的研究意義。

國內外研究者對駕駛員偏好的轉向盤力矩特性研究也進行過許多研究，20世紀80年代，Green等[1]通過實車場地試驗，對乘用車進行駕駛員偏好的轉向盤力矩特性研究，結果表明：隨著車速的增加，乘用車駕駛員偏好的轉向盤力矩也隨之增大。1996年，日本豐田汽車通過對上百輛皇冠轎車試驗，得到車速為100km/h時駕駛員平均轉向盤力矩隨側向加速度變化的特性曲線[2]。1999年，美國通用公司利用駕駛模擬器，測試了側向加速度為3m/s2情況下，不同車速時駕駛員偏好的轉向盤力矩特性曲線[3]，結果表明：駕駛員偏好的轉向盤力矩隨著車速增加而增加。2006年，吉林大學宗長富等[4]采用ADSL駕駛模擬器，得到駕駛員偏好的轉向盤力矩與側向加速度和車速之間的關系。上述有關駕駛員偏好的轉向盤力矩特性研究都是對乘用車，且研究結果只是在某個典型側向加速度或速度情況下，尚未見對大客車等重型車輛的研究成果。

本文以裝配有旁通流量式電控液壓助力轉向系統（ECHPS）的大客車為試驗對象，從駕駛員實際操縱感受，進行駕駛員偏好的轉向盤力矩特性試驗研究，以此得到準確和全面的大客車駕駛員偏好的轉向盤力矩特性。

1、ECHPS系統組成和工作原理

圖1為旁通流量式ECHPS系統組成示意圖，該系統在傳統的液壓助力轉向系統（HPS）液壓泵與助力油缸之間的回路中并聯了一個裝有比例電磁閥的旁通支路，汽車轉向時，ECU根據車速和轉向盤轉矩信號調節比例電磁閥的開度，從而改變旁通流量，進而控制經轉閥進入助力油缸的液壓油流量，改變助力油缸兩側的壓差，實現ECHPS系統可變助力特性。

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

2、轉向盤力矩特性試驗

2.1 試驗設備與儀器

試驗車為上海申龍SLK6118型客車，如圖2所示，原車搭載了GY120型循環球式HPS轉向器，試驗前對HPS轉向器進行改裝，裝配了比例電磁閥，如圖3所示。試驗中，當比例電磁閥輸入電流為零時，旁通油路不起作用，此時相當于HPS系統；當按照不同工況調節輸入電流時，旁通油路開啟，此時為ECHPS系統工作模式。

圖2　試驗車Fig.2　Test vehicle

圖3　ECHPS樣機裝車圖Fig.3　ECHPS prototype installation

試驗中需要的測量儀器和設備有NTS測力轉向盤、車速儀、陀螺儀、LMS數據采集儀和蓄電池等，各自所測的物理量如表1所示。

表1　主要試驗設備Tab.1　The main equipment of experiment

2.2 試驗方法

（1）試驗場地的選取：選取水平瀝青路面為試驗路面，符合GB/T12534-90《汽車道路試驗方法通則》的標準要求[5]。

（2）駕駛員的選取：選取10名駕駛經驗豐富的大客車駕駛員，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：行駛車速選取為20km/h，40km/h，60km/h，80km/h，側向加速度選取為1m/s2，,2m/s2，3m/s2，4m/s2（由于大客車駕駛安全問題，試驗中沒有進行更高車速和更大側向加速度的工況）

（4）具體試驗步驟：試驗剛開始時，比例電磁閥開度為零，ECHPS系統不旁通流量，駕駛員將大客車從零車速加速到之前選取的車速（如20km/h）并保持，然后調整轉動盤轉角，使得大客車的側向加速度為之前設定值（如2m/s2），駕駛員要把該側向加速度下的轉向盤轉角記住。之后在這個轉角范圍內，駕駛員輕微緩慢地左、右轉動轉向盤，感受此時的轉向盤力矩，如果感覺不合適，通過改變比例電磁閥開度來改變旁通流量的大小，改變助力系統提供的助力大小，以此改變轉向盤力矩大小，當駕駛員對某一轉向盤力矩滿意時，記錄下此時的轉向盤力矩。試驗時，為了提高結果的準確性，需要對10名駕駛員進行多次試驗，最終取平均值，這樣就可以得到一定速度和一定側向加速度下，大客車駕駛員偏好的轉向盤力矩。圖4為試驗現場圖。

圖4　試驗現場圖Fig.4　The picture of bus test

3、試驗數據處理與分析

試驗結束后，對數據進行處理，得到一定速度和一定側向加速度下，大客車駕駛員偏好的轉向盤力矩，如表2所示。

表2　大客車駕駛員偏好的轉向盤力矩Tab.2　Bus driver's partial steering torque value

圖5　大客車駕駛員偏好的轉向盤力矩特性曲線Fig.5　Bus driver's partial steering torque characteristic curves

根據表2，畫出大客車駕駛員偏好的轉向盤力矩分別隨車速和側向加速度變化的特性曲線，如圖5所示。從左圖可以看出，同一側向加速度下，大客車駕駛員平均偏好的轉向盤力矩總體趨勢是隨車速的上升而增大。當側向加速度較小時，駕駛員偏好的轉向盤力矩也較小。在側向加速度小于3 m/s2時，同一車速下的轉向盤力矩隨著側向加速度的增加而明顯增大。從圖5右圖可以看出，大客車駕駛員偏好的轉向盤力矩總體趨勢是隨側向加速度的增大而增大，當側向加速度大于3 m/s2時，各車速下的轉向盤力矩基本不變。

4、結論

本研究以裝配有旁通流量式ECHPS的大客車為試驗對象，進行了駕駛員偏好的轉向盤力矩特性試驗研究，得到了大客車駕駛員偏好的轉向盤力矩特性，研究結果表明：大客車駕駛員偏好的轉向盤力矩與車速和側向加速度都呈正相關，同一側向加速度下，偏好的轉向盤力矩隨車速的升高而增大；當側向加速度小于3m/s2時，同一車速下，偏好的轉向盤力矩隨側向加速度的增大而增大，當側向加速度大于3m/s2時，偏好的轉向盤力矩增速趨于平緩。該研究結果彌補了對大客車等重型車輛駕駛員偏好的轉向盤力矩特性的研究空白，為重型車輛轉向系統理想助力特性的設計提供了可靠的依據，進而提高重型車輛的操縱穩定性和安全性。

參考文獻

[1] Green P, Gillespie T, Reifeis S, et al.Subjective Evaluation of Steering Effort Levels.UMTRI-84-39[R].Ann Arbor: The University of Michigan Transportation Research Institute, 1984.

[2] 余志生.汽車理論[ M].北京:機械工業出版社, 2000.

[3] Bertollini G P, Hogan R M.Applying Driving Simulation to Quantify Steering Effort Preference as a Function of Vehicle Speed[J].SAE Paper, 1999-01-0394.

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

[5] GB/T12534-90, 汽車道路試驗方法通則[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

基金項目：江蘇省科技成果轉化專項資金項目( BR2015168)。

作者簡介：陳剛，就職于江蘇大學車隊。

中圖分類號：U467.3

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)03-113-03