汽车操纵稳定性的试验方法和评价指标研究

龙佳庆

（柳州职业技术学院，广西 柳州 545005）

汽车操纵稳定性的试验方法和评价指标研究

龙佳庆

（柳州职业技术学院，广西 柳州 545005）

汽车的操纵稳定性是保障汽车安全驾驶的重要性能之一，文章针对国内外各种汽车在操纵稳定性方面的试验进行研究，总结了典型的、可操作性高的汽车操纵稳定性试验方法和评价指标，该试验方法和评价指标对汽车的制造与性能改进具有重要的指导意义。

操纵稳定性；试验方法；评价指标

汽车的操纵稳定性由操纵性和稳定性两个部分组成，两者相互影响。汽车的操纵稳定性是指在驾驶员在身体、心理、技能都正常的情况下，汽车能按照驾驶员传递给转向系统的方向行驶，当汽车行驶的过程中，遇到突发情况的干扰时，能有一定的抗干扰性，而保持继续稳定行驶的能力。汽车操纵稳定性包括转向盘角阶跃输入下进行的稳态响应和瞬态响应，如回正性、转向盘中间位置操纵稳定性、横摆角速度频率响应特性、转向轻便性等性能[1]。

车辆操纵稳定性试验评价法分为主观评价法和客观评价法。操纵稳定性的主观评价法以大量针对驾驶员的调查数据为基础，以车辆驾驶员的直接感官来获取评价的参照信息，再对操纵稳定性进行相关的评价。操纵稳定性的客观评价法是指通过评价指标来实现的方法，通过做实车试验或仿真试验，然后使用评价指标来评定车辆操纵稳定性的优劣[2,3]。两种评价方法各有其优点和不足，主观评价法简单明了，但无法规避主观感觉不理性的情况，个体差异大；后者客观公正，但收集分析数据难，适合对车辆的直观性能或者显性性能进行评价。

1 车辆操纵稳定性试验国家标准

我国法规规定，进行汽车的实车道路试验时，采用的标准为国家统一执行的标准。其是参照国际上流行的评价方法和我国之前执行的相关规定，然后根据我国的现阶段的实际情况，由交通部组织相关单位制定而成，并由国家质检总局发布。车辆操纵稳定性试验国家标准主要包括以下几种：转向瞬态响应试验、转向回正性能试验、稳态回转试验、转向轻便性试验、 蛇行试验等。

在过去的试验中，以上几个国家标准使用得比较多。现在使用的是最新发布的国家标准 GB/T 6323-2014 汽车操纵稳定性试验方法，其综合了1994年发布的汽车操纵稳定性试验方法，包括了以下几项试验方法：蛇行、转向轻便性、转向回正性能、转向盘中心区操纵稳定性、稳态回转、转向瞬态响应等试验方法。

2 车辆操纵稳定性试验方法

各国对车辆操纵稳定性试验的研究各有成效，下面总结了一些国内外有代表性的、常见的操纵稳定性试验：

（1）转向瞬态响应试验

一是转向盘转角阶跃输入实验方法，即汽车以设定的初速度沿直线方向行驶，保持速度恒定不变，轻转方向盘使其自由行程消除，然后快速转动方向盘将方向盘转过设定的角度，固定一定时间，记录汽车在等速转弯工况时的运动状态，得出横摆角速度、侧向加速度等变化过程。

二是转向盘转角脉冲输入实验，即汽车以一定的初速度直线行驶，保持设定的横摆角速度，然后给方向盘输入一个三角脉冲的转角信号，快速向一个方向转动，并迅速回正方向盘，记录全部过程。

（2）转向回正性能试验

汽车以一定的初始车速作等速圆周行驶，使转向盘使侧向加速度达到设定值，稳定后突然松开方向盘，测定记录汽车重心侧偏角与横摆角速度的变化过程。分为低速回正性能和高速回正性能两种。

（3）稳态圆周试验

这种实验方法是最早的操纵稳定性测试方法。通过测试车辆的行驶动态参数与侧向加速度，从而确定汽车的稳态转向特性，其对汽车的方向控制有重要意义。

（4）正弦角输入试验

用不同频率的正弦波输入，可以得到幅频特性和相频特性。

（5）撒手稳定性试验

即力脉冲反应试验，试验时汽车以设定的速度保持直线行驶，突然快速转动方向盘并立即放开双手。

（6）移线试验

分单移线实验和双移线实验。单移线实验可以看成改变行驶车道或车辆避过障碍物的模拟实验；双移线实验可看成快速超车并驶回原车道的模拟实验。

（7）蛇行试验

汽车多次行驶经过实验场地中按一定形式摆设的障碍物，行驶过程中不能碰标杆，不能翻车，尽可能快的穿过整个路程。所用时间越短则表明汽车的操纵性能越强。该实验属于闭环实验。

（8）路扰反应试验

汽车以一定的速度通过搓板路面，然后分析前后轮通过搓板路面时横摆角速度的变化，从而评价汽车对路扰的反应。

（9）转向轻便性试验

驾驶员操纵转向盘，以设定车速沿双纽线路径匀速行驶，并且保持在行驶中不撞倒路桩。该实验评价汽车行驶过程中转向的轻便性。

3 操纵稳定性的影响因素

在对操纵稳定性的研究过程中，研究人员逐渐意识到操纵稳定性的评价应该有一系列科学合理的指标。评价车辆的操纵稳定性时，应该考虑到以下几个影响因素：

（1）力输入反应与角输入反应

驾驶员在操纵汽车方向盘的时候，会给方向盘一个作用力或一个角度以达到控制汽车运动方向的目的。驾驶员通过给方向盘一个作用力来控制汽车运动方向的转向指令称为力指令；而通过一个角度来控制汽车运动方向的转向指令称为角指令。与其相应的反应特性称为力输入反应特性与角输入反应特性。

（2）反应与扰动反应

指令反应是车辆对驾驶员指令作出的反应，属于主动特性；扰动反应是车辆对外界扰动作出的反应，属于被动特性。指令反应与扰动反应既独立又有内在的联系。

（3）线性区与非线性区

假设在理想状态下，汽车行驶时各系统不受转向剧烈情况和路面状况的影响，则在这种线性区内，汽车各系统各部分的输入、输出便能成一定的比例关系。但是当离心力与附着力的比值增大到一定程度以后，明显的非线性特性就有可能会出现在轮胎系统、悬架系统和转向系统。

（4）不同“工作点”

汽车在不同路面，不同时间，不同车速下工作状态各不相同，从全面的观点来分析，应基于不同路面，不同时间，不同车速和可能达到的侧向加速度进行分析和评价。这里所说的“工作点”，指的是由上述工况变量所确定的三维空间的点。

（5）稳态与瞬态

稳态与瞬态之间是相对的关系。所谓稳态是一种理想状态，是指在无外界干扰、速度稳定、方向盘上的指令恒定，车辆的输出运动达到稳定平衡的状态。排除了外界干扰因素，车辆的输入、输出保持不变，车辆的操纵性与稳定性也就没有了好与不好的区别。但车辆在实际行驶过程中，情况复杂多变，所遇到的操纵稳定性方面的问题几乎没有稳态反应问题，而都是瞬态反应问题。

4 操纵稳定性的评价指标

其评价方法，主要有实车试验、建立车辆动力学理论模型进行理论推导，以及根据实车试验人员的描述、判断和评价。一般来说，车辆是否具有良好操纵稳定性应该从以下方面评判：车辆控制性的难易程度；车辆的抗干扰性，即车辆有一定的抗干扰能力，出现干扰情况能让驾驶员保持车辆稳定行驶；车辆性能的平稳性，即当路面的情况发生变化、更换轮胎或车辆载荷发生变化时，操纵稳定性在尽可能小的范围内发生变化[4]。

对于汽车操纵稳定性的评价指标，我国以采用客观评价体系为主，总方差评价方法被采用最多的方法。其由郭孔辉院士提出，是对“人――车”闭环系统的定量与特性及驾驶员模型的评价方法。主要从以下几个方面考虑[5]：

（1）司机负担的评价；

（2）车辆轨道跟踪好坏的误差；

（3）路感的总方差；

（4）侧滑危险的总方差；

（5）翻车危险性的总方差；

（6）综合评价：以上五个单项评价的加权组合。

本文在对国内外汽车制造厂商进行汽车操纵稳定性试验进行研究基础上，结合我国的国家标准，总结了常规有效的汽车操纵稳定性试验方法，并给出了汽车的操纵稳定性评价指标，对规范国内汽车行业的试验与评价具有一定的意义。

[1] 余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2010.

[2] Yang J,Suematsu.and Kang Z. Two-degree-of-freedom controller to reduce the vibration of vehicle engine-body system[J].IEEE Transactions on Control Technology, 2001, (9):295-317.

[3] Robson JD. Road surface description and vehicle response.[J].International Journal of Vehicle Design, 1979,(9):25-35.

[4] 张晗.载重汽车操纵稳定性仿真研究[D].武汉:武汉理工大学,2011.

[5] K.H. Guo, C.F. Zong, F.S. Kong, et al. Objective evaluation correlated with human judgment An approach to the optimization of vehicle handling control system [J].Vehicle Design, 2002,(29): 96-111.

2015年8月........ Popular Science & Technology.........August 2015

Research on the test way and evaluation indexes of the vehicle's steering stability

The vehicle’s steering stability is one of the most importance performance to the vehicle safety, this paper studied on the local and the foreign test about the vehicle’s steering stability, summarized the classical and practical test way and evaluation indexes of the vehicle’s steering stability, it has guiding significance to the vehicle’s production and improvement.

Steering stability; test way; evaluation indexes

U467.1..

A....

1008-1151(2015)08-0066-02

2015-07-12

龙佳庆（1983－），女，广西柳州人，柳州职业技术学院讲师，硕士研究生，从事汽车技术服务教育研究。