重卡操穩(wěn)基礎項目主觀評價及優(yōu)化方法研究

摘要：本文主要研究重卡操縱穩(wěn)定性的質(zhì)量檢查項目，即穩(wěn)態(tài)回轉、轉向回正、轉向輕便等性能的主觀評價及性能優(yōu)化。本文采用 主觀評價方法對車輛的操縱穩(wěn)定性進行評估，該方法能夠有效地對試驗結果進行閉環(huán)控制，并迅速定位問題點，為重卡底盤的研發(fā)提供支持 。通過對比不同類型商用車操縱穩(wěn)定性測試數(shù)據(jù)，本文總結了駕駛方法與車輛表現(xiàn)之間的對應關系，并將其應用于評價過程中，以提升評價結果的精確度。此外，本文還總結了重卡操縱穩(wěn)定性調(diào)校的方法，并針對評價中不達標的項目給出相應的優(yōu)化建議，旨在提升車輛的操縱穩(wěn)定性水平。操縱穩(wěn)定性主觀評價方法不僅適用于車輛正向開發(fā)階段的試驗驗證及問題整改，而且評價人員能夠迅速地對車輛的操縱穩(wěn)定性進行判定并提出優(yōu)化建議。在車輛批量生產(chǎn)階段，質(zhì)量檢驗人員應用該方法可以快速準確地評估車輛的操縱穩(wěn)定性水平 ，從而提高下線車輛的性能質(zhì)檢效率。

關鍵詞：重卡；操縱穩(wěn)定性；質(zhì)量檢查項目；主觀評價

中圖分類號：U461 DOI：10．20042/j.cnki. 1009-4903. 2024. 04.002

0 引言

汽車行業(yè)標準QC/T 480-1999《汽車操縱穩(wěn)定性指標限制與評價方法》明確地將穩(wěn)態(tài)回轉、轉向輕便性及轉向回正性作為評估車輛操縱穩(wěn)定性的關鍵指標，并將這些指標納入產(chǎn)品質(zhì)量檢查范疇。本文以重型商用車操穩(wěn)基本三項的數(shù)據(jù)庫為研究對象，旨在總結出一套適用于商用車的操縱穩(wěn)定性主觀評價方法。該方法能夠快速準確地識別車輛在操縱穩(wěn)定性方面存在的問題，進而提高試驗效率。

汽車主觀評價是一種依賴于人的感官體驗對車輛性能進行評分的方法。操縱穩(wěn)定性作為車輛的基本性能之一，不僅影響著汽車駕駛的操縱便捷程度，還直接關系到汽車高速行駛的安全性。駕駛員在駕駛車輛時，通過轉向盤給予車輛一個輸入，車輛則會產(chǎn)生相應的輸出。操縱穩(wěn)定性主要研究的就是這種輸入（操縱性）與輸出（車輛穩(wěn)定性）之間的相互作用關系。由于汽車的操縱穩(wěn)定性直接關乎駕駛者的駕駛體驗與安全性，因此其優(yōu)劣應由駕駛者來評判。所以，在操縱穩(wěn)定性的研究中，應將駕駛者與汽車視為一個不可分割的整體來進行考量。

1 主觀評價說明

主觀評價試驗方法是指駕駛者根據(jù)既定的評價規(guī)則駕駛車輛，并按照評分等級對車輛的性能進行打分，同時提出車輛的優(yōu)缺點，最終的評價結論由分數(shù)的高低來表示。在這一過程中，將車輛的轉向盤轉角視為輸入，橫擺角速度視為輸出。進行操縱穩(wěn)定性主觀評價時，駕駛技巧的關鍵在于控制加速踏板、轉向盤角度以及轉向盤的角速度這3個參數(shù)。

1.1 評分說明

重型商用車的操縱穩(wěn)定性主觀評價采用P- 10分的評分制度。每個分值都對應著車輛操縱穩(wěn)定性能的優(yōu)劣程度，具體如表1所示。

主觀評價人員需要扮演3個角色：專家、顧客及產(chǎn)品設計人員。他們需要從這3個不同立場對車輛的表現(xiàn)進行打分，并針對優(yōu)勢及劣勢給出相應的理由。

1.2 車輛準備

重型商用車包括牽引車、自卸車及載貨車。在評價前，需要檢查車輛輪胎的氣壓是否符合設計要求，一般按照輪胎生產(chǎn)廠家在輪胎上的氣壓標示為準。建議車輛以滿載狀態(tài)進行評價，載貨車在貨箱內(nèi)裝載沙土，牽引車在后軸上方裝配小型貨廂并裝載沙土，使車輛的載重達到設計最大總質(zhì)量。對于下線車輛的質(zhì)量檢驗，建議以空載狀態(tài)進行評價，以便快速判定車輛的操縱穩(wěn)定性能。

1.3 場地要求

操縱穩(wěn)定性試驗應在動態(tài)廣場（長≥100 m，寬≥100 m）進行。試驗場地應為干燥、平坦且清潔的水泥或瀝青路面，任意方向的坡度不大于2%。試驗時的風速應不大于3 m/s。

2 操穩(wěn)基本三項主觀評價試驗方法說明

2.1 不足轉向評價方法

2.1.1 評價方法

評價分為左轉和右轉，選定方向繞半徑15 m的圓周以最低穩(wěn)定車速行駛，停車并固定轉向盤轉角。選擇可以加速到30km/h的擋位作為起步擋位，緩慢加速至側向加速度接近中性轉向點的側向加速度，至此完成駕駛。若初始擋位過高導致脫擋或起步困難，可降低一個擋位起步，直至車輛可以正常起步的擋位作為初始擋位，試驗過程中換擋時需保持平順。

根據(jù)穩(wěn)態(tài)圓周行駛線性理論假設，車輛穩(wěn)態(tài)圓周行駛時，當側向加速度在4 m/S2以下時，輪胎的側偏特性處于線性范圍，因此假設車速及側向加速度也處于線性范圍。同時，根據(jù)5類車30次穩(wěn)態(tài)回轉試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，得出表2所示的不同車型車速與其側向加速度的對應關系。

2.1.2 評價結果

車輛回轉過程中，當后輪發(fā)生非常強烈的嘯叫聲時，觀察車速，并對照表1，以確定接近中性轉向點的側向加速度（通常輪胎嘯叫時的側向加速度與中性轉向點的側向加速度相差約1m/s）。車輛繞半徑為15 m的彎道行駛時，車速不得超過中性轉向點所對應的車速，以防止側翻。

在車輛繞定圓周加速行駛過程中，輪胎與地面會發(fā)生摩擦。駕駛完成后，下車觀察輪胎印記的變化情況。如果印記逐漸增大，則車輛表現(xiàn)為不足轉向；如果印記持續(xù)減小，則車輛表現(xiàn)為過多轉向。

圖2為穩(wěn)態(tài)回轉軌跡圖，其中紅色線框表示初始軌跡，黃色線框表示極限車速軌跡。車輛回轉過程中的輪胎印跡越接近初始軌跡，車輛越接近中性轉向。一般來說，車輛具備輕微的不足轉向是最佳的設計方案。

同時，評價車輛回轉過程中的側傾程度。通常，隨著車速的增加，車輛的側傾也會增加。側傾增加得越平穩(wěn)，側傾感覺越小，是最佳的底盤匹配方案。

2.1.3 優(yōu)化方案

不足轉向優(yōu)化方案：

（1）降低車輛前軸輪胎剛度或減小輪胎氣壓，后軸不變，以增加不足轉向趨勢。

（2）提高車輛后軸輪胎剛度或增加輪胎氣壓，前軸不變，以增加不足轉向趨勢。

（3）增大車輛前軸軸荷，后軸荷載不變，以增加不足轉向趨勢。

（4）減小車輛后軸軸荷，前軸荷載不變，以增加不足轉向趨勢。

（5）提高前懸架剛度，后懸架剛度不變，以增加不足轉向趨勢。

（6）降低后懸架剛度，前懸架剛度不變，以增加不足轉向趨勢。

（7）提高前軸橫向穩(wěn)定桿剛度，后軸橫向穩(wěn)定桿不變，以增加不足轉向趨勢。

（8）降低后軸橫向穩(wěn)定桿剛度，前軸橫向穩(wěn)定桿不變，車輛增加不足轉向趨勢。

側傾角優(yōu)化方案：

（1）增加橫向穩(wěn)定桿的剛度，例如將橫向穩(wěn)定桿的直徑增加20%，是最常用的優(yōu)化方案。車輛穩(wěn)態(tài)回轉時的側傾角有減小趨勢。

（2）增加懸架彈簧剛度，例如懸架彈簧剛度提升10%，也是最常用的優(yōu)化方案。但需要注意，增加彈簧剛度可能會使平順性變差，因此一般優(yōu)先考慮提升橫向穩(wěn)定桿的剛度。

2.2 回正性能評價方法

2.2.1 評價方法

車輛以10 km/h的速度勻速行駛，將轉向盤向左或向右轉動至其極限位置。隨后，車輛沿最小轉彎圓周以相同速度勻速行駛。在松開轉向盤的同時，保持車速不變（仍為10km/h），并在10 s內(nèi)觀察車輛是否能回到直線行駛狀態(tài)或轉向盤是否回到中心區(qū)附近。

2.2.2 評價結果

（1）若駕駛員松開轉向盤10 s后，車輛或轉向盤仍沿初始圓周行駛，則表明車輛在該方向的轉向沒有回正能力。

（2）若駕駛員松開轉向盤10 s后，車輛沿拋物線軌跡行駛，或轉向盤回到中間位置的角度大于200°，則車輛在該方向的回正能力較差。

（3）若駕駛員松開轉向盤10 s后，車輛沿直線行駛，或轉向盤回到中心區(qū)100°以內(nèi)，則車輛在該方向上的回正性能良好。

2.2.3 優(yōu)化方法

車輛的轉向回正性能主要與整車狀態(tài)、轉向系統(tǒng)、前懸系統(tǒng)及輪胎性能相關。通常，轉向回正性能不佳主要由輪端回正力矩不足及轉向傳動機構阻力過大引起。針對這些問題，可采取以下優(yōu)化方法：

（1）增大前軸的主銷后傾角，可提升車輛的回正力矩，從而增強回正性能。但需注意，過大的主銷后傾角會增加轉向用力，并可能導致轉向盤回正過快，產(chǎn)生“打手”現(xiàn)象。

（2）增大前軸的主銷內(nèi)傾角，同樣能增大車輛的回正力矩，提升回正性能。同理，該角度過大也會發(fā)生“打手”現(xiàn)象。此外，前軸左右兩側的主銷后傾角和主銷內(nèi)傾角偏差應控制在1°以內(nèi)，以避免直線行駛跑偏及制動跑偏等問題。

（3）提升轉向器的逆效率，可增加轉向器的回正力矩。但需注意，如果逆效率過大，車輛轉彎回正時可能出現(xiàn)“打手”現(xiàn)象，并可能影響轉向的輕便性能。轉向器逆向驅(qū)動載荷應控制在450 N以內(nèi)，波動值不超過80 N作為參考基準。

（4）減小轉向系統(tǒng)的摩擦阻力有助于提升轉向回正力矩。進行轉向回油性能檢查時，需確保轉向油管的內(nèi)管徑與溢流閥的性能均滿足設計要求，并檢查實車轉向回油管是否存在折彎憋死現(xiàn)象。此外，擺臂球頭的摩擦力也應進行檢查，其軸向間隙、徑向間隙、轉動力矩及擺動力矩均為關鍵性能參數(shù)。

2.3 轉向力矩評價方法

2.3.1 評價方法

在車輛以10 km/h的車速直線行駛的條件下，采用如圖2-4所示的3種操作來評價車輛的轉向輕便性。所有操作僅限于使用手臂力量，不得借助腰部力量。

2.3.2 評價結果

（1）當使用兩指勾住轉向盤并使其轉動180°時，表明該車的原地轉向輕便性令人滿意，如圖3所示。

（2）若兩指不能使轉向盤轉動180°，則換用手掌緊貼轉向盤并嘗試轉動180°。若成功，則該車的原地轉向輕便性可以接受，如圖4所示。

（3）若手掌緊貼轉向盤仍無法轉動180°，則嘗試單手握住轉向盤并轉動180°。此時，該車的原地轉向較為沉重，但通常不影響正常駕駛，但一般駕駛員可能難以接受，如圖5所示。

（4）若單手緊握轉向盤仍無法轉動180°，則需雙手握緊轉向盤并使用身體力量使其轉動180°。這表明該車的原地轉向非常沉重，所有駕駛員都難以接受。

2.3.3 優(yōu)化方法

（1）減小轉向系的摩擦阻力：包括減小轉向器球頭摩擦力、擺臂球頭摩擦力以及前橋輪端阻力矩。

（2）調(diào)整主銷內(nèi)傾角及主銷后傾角：適當減小這些角度可以使轉向更加輕便，但需注意回正性能的平衡。

（3）調(diào)整轉向器閥特性曲線：通過降低逆效率，可以使轉向更加輕便。

（4）優(yōu)化轉向垂臂及節(jié)臂長度：適當增加垂臂及節(jié)臂的長度可以提升轉向輕便性，但需考慮布置難度以及制動跑偏的風險。

（5）增加轉向助力油泵排量：在排量不足導致滿載轉角受限的情況下，增大排量不僅可以減小轉向力矩，還能增加車輪轉角。

（6）設計最佳轉向傳動軸相位角：通過合理設計相位角，可以減小轉向時的力矩波動，從而提升轉向輕便性能。

3 評分參考

根據(jù)上述評價方法對車輛進行評價，并在評價完成后，依據(jù)表3的評分準則對該車的操縱穩(wěn)定性基本項目進行評分。

若車輛存在過多轉向趨勢，則需在評價結論中明確注明車輛操縱穩(wěn)定性不合格，并建議進行整改。

4 結論

通過對操縱穩(wěn)定性基本3項的主觀評價，我們可以有效地發(fā)現(xiàn)車輛存在的問題點，并明確指出車輛的性能缺陷。該評價方法不僅適用于基礎的操縱穩(wěn)定性開發(fā)階段，也適用于產(chǎn)品質(zhì)量檢查環(huán)節(jié)。該評價方法的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下3個方面：

（1）高效性：能夠迅速地對車輛的操縱穩(wěn)定性缺陷進行判定，節(jié)省了大量的時間和資源。

（2）問題點明確：通過對車輛基本的操縱穩(wěn)定性能進行定性分析，能夠清晰地指出車輛存在的問題所在，為后續(xù)的優(yōu)化和改進提供了明確的方向。

（3）適用范圍廣泛：所有駕駛員按照該方法進行評價時，都能夠明確地指出車輛操縱穩(wěn)定性的問題點，確保了評價結果的客觀性和一致性。