事故车辆操纵稳定性的研究

吴晖彤　刘波

摘 要：为了揭示车辆悬架装置、转向杆系结构参数的改变对车辆操纵稳定性的影響，选择悬架装置、转向杆系受到破坏的事故车辆进行修复前、修复后的四轮定位参数的台架对比测试，并对悬架装置、转向杆系恢复后的车辆进行道路试验，包括低速行驶转向轻便性试验、汽车稳态回转试验、转向盘转角阶跃输入试验、蛇行试验等。试验结果表明，恢复受损车辆的悬架装置、转向杆系的结构及相互运动关系，车辆的操纵稳定性可以得到恢复。

关键词：事故车辆;试验;操纵稳定性;恢复

中图分类号：U472文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.08.016

Abstract：In order to reveal the influence on the vehicle's handling stability for vehicle suspension device and steering linkage structure parameters changing， vehicles in accident whose suspension device and steering linkage damaged are selected， conducted the bench test of four-wheel positioning before and after repair， and the road test after the recovery of suspension device and steering linkage， including low speed steering agility test， vehicle steady state rotary test， steering wheel step input or transient state yaw response test and slalom test. The test results show that the handling stability of vehicles can be recovered after the structure of suspension and steering linkage and their mutual kinematic relationships are recovered.

Key words： vehicles in accident; test; handling stability; recovery

随着汽车工业的发展和人们生活水平的提高，汽车的安全性越来越得到重视。汽车的操纵稳定性直接影响汽车的安全性能，它是在汽车遇到外界干扰时，能够抵抗干扰从而保障车辆稳定行驶的重要因素。

车辆在行驶中发生碰撞，出现事故，汽车的悬架系统导向杆系以及转向系统的转向杆系受力变形，引起定位参数的变化。转向杆系出现变形、损坏等，势必影响到车辆的操纵稳定性。

现阶段，对于车辆操纵稳定性的研究大都采用理论仿真，本文从工程实践的角度，对事故车辆碰撞后的结构进行查勘，并对事故车辆进行修复，恢复其损坏的结构，确保悬架杆系、转向杆系的变形得到恢复。采用四轮定位仪测试事故车辆修复前、后的定位参数，比对定位参数的变化，并路试修复后车辆，验证事故车修复后操纵稳定性的恢复程度。

1 操纵稳定性评价标准

车辆操纵稳定性的评价指标主要包括：质心侧偏角和横摆角速度。质心侧偏角对横摆角速度产生影响，与悬架的质心高度和轴距等因素有关。汽车稳态响应有3种状态：不足转向、中性转向和过度转向[1]，通过抑制汽车过多和不足转向趋势，提高汽车的操纵稳定性[2]。车辆的质量、轴距、质心偏移直接影响到车辆稳定性，外倾角和车轮前束直接影响车辆的侧倾转向，后倾角和内倾角则直接影响车辆的回正力矩，从而影响车辆的转向性。悬架特征参数影响整车操纵稳定性，部件的受力变形将使预设参数发生改变，因此车辆在出厂前和事故后，都要经过严格的调试和测试方能上路行驶。操纵稳定性试验国家标准，参照GB/T 6323-94《汽车操纵稳定性试验方法》和QC/T480-1999《汽车操纵稳定性指标限值与评价方法》进行汽车操纵稳定性试验和评价，主要包括：转向轻便性试验、稳态回转试验、转向盘转角阶跃输入试验、蛇行试验等;实车道路试验参照GB/T12534-90《汽车道路试验方法通则》执行，路试所需的仪器设备主要为汽车操纵稳定性测试仪、非接触速度仪、转向力角测量仪、磁带记录器、FFT数据分析仪、卷尺等[3-6]。

2 试验准备

2.1 车辆准备

试验用车辆的车型为全新帕萨特 GP 1.4T，原厂出厂，部分技术参数见表1，试验用设备为四轮定位仪。

2.2 事故情况

该车左前侧被撞，事故造成传动半轴内球笼万向节损坏、转向拉杆弯曲、稳定杆弯曲、下摆臂变形、转向节表面损伤，车辆在事故现场失去动力性等问题。损坏的部件涉及到转向系统杆件、悬架系统杆件等，部分损坏零件如图1所示。

2.3 参数测试

将事故车辆置于四轮定位仪上，进行主销外倾、后倾、车轮前束等参数测试。

（1）数据显示车辆前车轮左侧后倾角过小，前车轮右侧外倾角不正常，前车轮左侧、右侧前束角均不正常。

（2）更换左前轮胎、左前轮毂、左前轮辋、左前转向节、左前减振器、左前半轴、左前稳定拉杆以及转向横拉杆，对损坏部件进行修复后再次进行四轮定位，修复前后数据对比如表2所示。

此后，又进行了第二次、第三次的修复，分别进行了右侧前减震器，右侧的转向节的更换以及减振器与上支座相对位置的调节，直至参数恢复至标准范围之内。

3 事故车辆道路试验

将修复后的车辆置于汽车试验场，路試试验设备为D-BOX转角力矩测量仪。

3.1 低速行驶转向轻便性试验

在汽车试验场地画出双纽线（其最小曲率半径应按实验车辆的最小转弯半径的1.1倍，并圆整到比此乘积大的一个整数来确定），车辆以10 km/h的车速沿着所画的双纽线行驶。

图2为修复后车辆的低速行驶转向轻便性轨迹图。图4为方向盘力与时间的关系图。

试验结果表明，车辆在低速行驶状态下，其轻便性符合要求。

3.2 车辆稳态回转试验

该项试验是测定汽车对转向盘转角输入达到稳定行驶状态时汽车的稳态横摆响应。车辆稳态回转试验轨迹，如图3所示。图中圆周内侧为实验起始点，故可得出此图表示不足转向，随着车速的增加，侧向加速度越来越大，从而使得转弯半径越来越大。稳态回转速度和侧向加速度，如图5 所示，图中横坐标为实验时间，纵坐标为车辆速度（曲线1）和车辆侧向加速度（曲线2）。

试验结果表明，该修复后的车辆具有不足转向特性，其操纵稳定性是稳定的。

3.3 转向盘转角阶跃输入试验

转向盘转角阶跃输入试验条件为，车辆在平坦的道路上先以直线行驶，达到实验车速后，突然以最快的速度（国标不小于200°/s，美国ESV规定不小于500°/s）打转向盘。转向盘转角位移因车速不同而异，但要求达到一定的稳态圆周行驶时的侧向加速度，如1～3 m/s 2，间隔为0.5 m/s 2或0.4 g（美国ESV规定）。转向盘转至应有角度后保持不变，节气门亦不变，汽车从直线进入圆周行驶。实验要求在最高车速的70%车速下或在40 km/h及110 km/h两种车速下（美国ESV规定）进行。

图7为转向盘转角阶跃轨迹图。图6为角阶跃速度与侧向加速度数据分析图。横坐标表示实验时间，纵坐标表示车辆试验速度（曲线1）和车辆侧向加速度（曲线2）。在实验进行到38 s附近时，车辆从直线行驶变为圆周轨迹行驶，其侧向加速度有明显的上升趋势，此后侧向加速度便立即下降并稳定在零附近。

3.4 汽车蛇行试验

图8为蛇行实验轨迹图。其实验场地应为平坦、干燥且清洁的路面，车辆制动系、转向系及轮胎无异常，驾驶员驾驶车辆以60 km/h的速度直线行驶，然后蛇行通过放置的标桩（标桩应在一条直线上且间距相等），逐渐提高车速（车速间隔为10 km/h）重复实验，共进行3组每组3次。

图9为蛇行速度与侧向加速度数据分析图。横坐标为试验时间，纵坐标反映实验车辆的车速（曲线1）和侧向加速度（曲线2），在国标中蛇行实验时的侧向加速度不超过0.4 g。

4 参数测试和试验结果分析

事故车辆受到来自驾驶员左前方的撞击，车辆在修复前通过四轮定位仪的测试，出现多组参数不正常。第一次的修复针对受损部件进行了更换，再次进行测量。前轮左侧后倾角有所增加，但是仍然未达到正常值，前轮右侧外倾角仍然不正常，后轮右侧前束角不正常。分析测试结果，修复时只考虑了被撞的左侧，车辆的左右两侧是相互影响的，这时对右侧前减震器，右侧的转向节进行更换。将车辆再次进行四轮定位测试，仍有参数不在正常值范围以内。分析原因，在检查车辆时，车辆左侧的转向杆件、悬架等损坏明显，右侧车辆的悬架装置，如减震器、转向杆件、转向节的损坏不明显，但是受左侧撞击的影响，右侧的转向杆件、悬架装置实际上也有变形。第二次更换了右侧的减震器和转向节，再将车辆进行四轮定位参数测试，前轮左侧后倾角恢复，前轮右侧外倾角恢复。但是前轮左、右前束角均处于不正常范围。将事故车辆进行调试，车辆左轮前束固定到正常范围内，调节车辆右前横向拉杆的伸缩，主销后倾角不达标应调节减振器与上支座相对位置。测试结果显示车辆前束值数据恢复到正常范围内，完成事故车辆的修复工作，为路试作准备。

道路试验，选择了低速行驶转向轻便性试验，测定汽车在低速大转弯时的转向轻便性;汽车稳态回转试验，测定汽车对转向盘转角输入达到稳定行驶状态时汽车的稳态横摆响应;转向盘转角阶跃输入试验，测定汽车对转向盘转角输入时的瞬态响应;汽车蛇行试验，测定汽车的横摆角速度、转向盘转角等。

5 结语

通过事故车辆修复前后的台架试验和修复后车辆的道路试验，可以看出：

（1）悬架装置和转向装置各个杆系的结构参数改变将影响车辆的四轮定位，进而影响车辆的操纵稳定性，通过修复被损坏车辆的悬架和转向装置，可以达到恢复车辆功能的目的。

（2）车辆是一个整体，当单侧被损坏，恢复一侧的相应装置不足以使四轮定位参数达到规定范围，还应该考虑对与之有联系的另外一侧进行恢复。

（3）本文的研究，为被损车辆操纵稳定性的恢复提供了参考。

参考文献：

[1] 王望予.汽车设计[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2] 余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2001.

[3] 陈家瑞.汽车构造[M].5版.北京：人民交通出版社，2009.

[4] 高翔.汽车工程学[M].北京：机械工业出版社，2013.

[5] 徐生明.事故车辆制动防抱死系统（ABS）故障诊断与分析[M].成都：西南交通大学出版社，2009.

[6] Abe M，Kano Y，Suzuki K，et al.Sideslip control to stabilize vehicle lateral motion by direct yaw moment[J].JSAE Review，2001，22（4）：413-419.