中間位置操縱穩(wěn)定性的客觀評價(jià)方法

1、中間位置操縱穩(wěn)定性的客觀評價(jià)方法,比亞迪汽車,1,技術(shù)整理,一、前言,中間位置指的是車輛高速行駛時(shí)在直線行使位置附近，方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)范圍不太大，轉(zhuǎn)動(dòng)速度緩慢，側(cè)向加速度較小時(shí)的一個(gè)區(qū)域，這個(gè)操縱區(qū)域稱為中間位置（on-center）統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，車輛在高速行駛時(shí)，駕駛員絕大多數(shù)操縱行為發(fā)生在方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)范圍不太大，側(cè)向加速度較小的一個(gè)區(qū)域內(nèi)，需要急打方向的緊急情況相對較少，在高速公路上尤其如此。在評估車輛高速行駛的操縱性能時(shí)，中間位置的路感是

2、一個(gè)非常重要的問題，汽車的很多高速操縱穩(wěn)定性能指標(biāo)，例如經(jīng)常評價(jià)的車輛是否發(fā)飄的問題就需要在這個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行評估。另外，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的非線性特性在轉(zhuǎn)向過程中起著非常重要的作用，尤其是在中間位置。因此，在研究路感各影響因素的同時(shí)，重點(diǎn)需要研究干摩擦、液壓助力等非線性特性的影響。評價(jià)采用的客觀評價(jià)指標(biāo)，主要是那些與主觀性評價(jià)相關(guān)性好的中間位置操縱穩(wěn)定性客觀評價(jià)指標(biāo)。 可以通過側(cè)向加速度、方向盤力矩和方向盤轉(zhuǎn)角三者之間的相互關(guān)系對整車的操

3、穩(wěn)進(jìn)行評價(jià)。,2,技術(shù)整理,1、方向盤力矩VS側(cè)向加速度,從圖中提取出五個(gè)評價(jià)指標(biāo)：1）方向盤力矩為0時(shí)的車輛側(cè)向加速度 方向盤力矩為0時(shí)的汽車側(cè)向加速度表征了汽車的回正性能。為了理解這個(gè)指標(biāo)意義，可以設(shè)想汽車在移線運(yùn)動(dòng)中方向盤最后要回到直線行駛的位置之前，若松開方向盤，車輛并不會(huì)回到直線行駛的位置而會(huì)“卡住”在某處。顯然，此時(shí)方向盤力矩為0，但汽車仍在做大半徑的曲線運(yùn)動(dòng)，仍有一定的側(cè)向加速度，此加速度越小表明汽

4、車的回正性能越好。,3,技術(shù)整理,2）側(cè)向加速度為0g時(shí)的方向盤力矩側(cè)向加速度為0g時(shí)的方向盤力矩主要反映轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的干摩擦。3）側(cè)向加速度為0g時(shí)方向盤力矩梯度 側(cè)向加速度為0g時(shí)的方向盤力矩梯度就是方向盤力矩隨側(cè)向加速度的變化率，表征了車輛在直線行駛時(shí)的“路感”，它主要受到主銷幾何參數(shù)和總傳動(dòng)比的影響。在裝有動(dòng)力轉(zhuǎn)向的車輛上，轉(zhuǎn)向機(jī)閥中扭力桿的剛度、轉(zhuǎn)閥的設(shè)計(jì)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦都會(huì)對其產(chǎn)生影響。4）側(cè)向加速

5、度為0.1g處的方向盤力矩側(cè)向加速度為0.1g的方向盤力矩值代表了方向盤非線性力的大小。5）側(cè)向加速度為0.1g處方向盤力矩梯度 0.1g處方向盤力矩梯度代表車輛的非線性路感，反映的是車輛駛離直線行駛位置時(shí)的“路感”。動(dòng)力轉(zhuǎn)向的車輛在0.1g時(shí)的力矩和力矩梯度比機(jī)械轉(zhuǎn)向器要小很多，因此路感比機(jī)械轉(zhuǎn)向差。,4,技術(shù)整理,技術(shù)整理,5,2、方向盤轉(zhuǎn)角VS側(cè)向加速度,從圖中提取的評價(jià)指標(biāo)：轉(zhuǎn)向靈敏度、最小轉(zhuǎn)向靈敏度

6、和轉(zhuǎn)向遲滯。1）轉(zhuǎn)向靈敏度 側(cè)向加速度為0.1g時(shí)曲線斜率的倒數(shù)反映的是轉(zhuǎn)向靈敏度。單位g/°。2）最小轉(zhuǎn)向靈敏度 圖上側(cè)向加速度0g-0.1g之間的曲線上最大斜率處，其值的倒數(shù)為最小轉(zhuǎn)向靈敏度，這個(gè)靈敏度通常比0.1g的轉(zhuǎn)向靈敏度低很多，主要原因在于非線性的轉(zhuǎn)向柔性，在中間位置轉(zhuǎn)向系比較高的轉(zhuǎn)向柔性和橫擺沖擊會(huì)減小最小轉(zhuǎn)向靈敏度。,6,技術(shù)整理,3）轉(zhuǎn)向靈敏度比 轉(zhuǎn)向

7、靈敏度與最小轉(zhuǎn)向靈敏度的比值。因?yàn)樵谀撤N程度上最小轉(zhuǎn)向靈敏度也與0.1g處的轉(zhuǎn)向靈敏度成比例的變化，因此可以將二轉(zhuǎn)向靈敏度進(jìn)行比較，可以排除由轉(zhuǎn)向柔性對系統(tǒng)分析的干擾，通用公司后來定義此比值為“線性度”。此項(xiàng)指標(biāo)也可作為車輛易于駕駛程度的評價(jià)指標(biāo)，線性度越高，說明車輛響應(yīng)變化率與輸入變化率的比例化程度越高，車輛也就越容易駕駛，這一點(diǎn)對新司機(jī)而言尤顯重要。4）轉(zhuǎn)向遲滯轉(zhuǎn)向遲滯等于側(cè)向加速度在正負(fù)0.1g之間的曲線所包圍的面積再除以

8、0.2g。,7,技術(shù)整理,其他評價(jià)指標(biāo) 郭孔輝在此基礎(chǔ)上提出的三個(gè)新評價(jià)指標(biāo)：平均轉(zhuǎn)向靈敏度：將整個(gè)中心區(qū)操縱性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，其直線斜率的倒數(shù)除以100定義為平均轉(zhuǎn)向靈敏度。他的大小介于0.1g轉(zhuǎn)向靈敏度與最小靈敏度之間，因?yàn)轳{駛員對車輛感覺有滯后，特別對新手來說對細(xì)微處不能很好的感覺，更多感覺到的是中心區(qū)平均靈敏度，因此，用此指標(biāo)能反映大多數(shù)司機(jī)的情況。平均靈敏度方差：定義實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與回歸后支線的方

9、差為平均靈敏度方差，由于靜摩擦、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)柔性等原因造成了非線性，因此，此項(xiàng)指標(biāo)也是對總體非線性程度的評價(jià)。方差越小，說明這些影響非線性的因素越小，反之越大。如果說0.1g是靈敏度及最小靈敏度是對代表性點(diǎn)處細(xì)節(jié)的評價(jià)，則郭孔輝的這兩個(gè)指標(biāo)是對整個(gè)中心轉(zhuǎn)向區(qū)的綜合評價(jià)。線性回歸的相關(guān)系數(shù)：定義為靈敏度線性化系數(shù)評價(jià)指標(biāo)，越接近1越好，這與線性度指標(biāo)類似。,8,技術(shù)整理,3、方向盤力矩對方向盤轉(zhuǎn)角 有兩個(gè)評價(jià)參數(shù)由方

10、向盤力矩對轉(zhuǎn)角特性關(guān)系圖中導(dǎo)出，它們是0度轉(zhuǎn)角時(shí)方向盤力矩及0度轉(zhuǎn)角時(shí)方向盤力矩梯度，即常提到的轉(zhuǎn)向的“剛度”，這個(gè)術(shù)語可能來自于此參數(shù)的單位（如：每單位角位移變化引起的力矩變化）。然而，這個(gè)參數(shù)并不是通常意義上的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)剛度。這些特性更接近需要精確控制操作（如閉環(huán)控制）的“感覺”，而在正常公路行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向開環(huán)控制意義不大。1）平均方向盤力矩梯度 將數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，其直線斜率定義為平均方向盤力矩梯度。因?yàn)轳{駛員對

11、車輛感覺有滯后，特別對新手來說對細(xì)微處不能很好感覺，更多感覺到的是一種平均程度，它是中心區(qū)轉(zhuǎn)向時(shí)“路感”的平均度量。用此指標(biāo)能反映大多數(shù)司機(jī)的情況。2）平均方向盤力矩梯度方差實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與回歸后直線的方差為平均方向盤力矩梯度方差。由于靜摩擦、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)柔性特別是動(dòng)力轉(zhuǎn)向助力等原因造成了系統(tǒng)非線性，因此，此項(xiàng)指標(biāo)也是對總體非線性程度的評價(jià)。方差越小，說明這些影響非線性的因素較小，反之就越大。,9,技術(shù)整理,3）線性回歸的相關(guān)系數(shù)

12、 線性回歸的相關(guān)系數(shù)定義為“方向盤力矩梯度線性化系數(shù)”評價(jià)指標(biāo)，越接近1越好，這與線性度指標(biāo)類似。 另外，日本豐田公司的Akira Higuchi 和Hideki Sakai經(jīng)過多次試驗(yàn)，采用多個(gè)駕駛員，研究中心區(qū)操縱穩(wěn)定性的評價(jià)方法。根據(jù)中心區(qū)操縱穩(wěn)定性的主觀評價(jià)與客觀評價(jià)指標(biāo)的相關(guān)性，分別從三個(gè)方面得出了以下結(jié)論[14]：4、方向盤力矩特性 方向盤

13、力矩特性即方向盤力矩對側(cè)向加速度特性。力矩梯度以及力矩梯度的線性度是表示了方向盤的力矩特性的兩個(gè)穩(wěn)態(tài)評價(jià)指標(biāo)。力矩梯度是指中心區(qū)側(cè)向加速度對方向盤力矩的變化率dy/dT，因此，力矩梯度越小，側(cè)向加速度引起的力矩越大。力矩梯度的線性度，是指中心區(qū)力矩梯度與非中心區(qū)力矩梯度之比。實(shí)驗(yàn)表明，力矩梯度的線性度越小，駕駛員的主觀評價(jià)越高。5、平面運(yùn)動(dòng)特性 平面運(yùn)動(dòng)特性即側(cè)向加速度對方向盤轉(zhuǎn)角特性，側(cè)向加速度增益即為汽車在非

14、中心區(qū)側(cè)向加速度對方向盤轉(zhuǎn)角之比，側(cè)向加速度增益的線性度是指中心區(qū)側(cè)向加速度增益與非中心區(qū)側(cè)向加速度增益之比。此值越大，表明線性度越好，主觀感覺就越好。,10,技術(shù)整理,6、側(cè)傾運(yùn)動(dòng)特性 側(cè)傾運(yùn)動(dòng)特性即側(cè)傾角對側(cè)向加速度特性，側(cè)傾率表示側(cè)向加速度值較小時(shí)的范圍內(nèi)的側(cè)傾角對側(cè)向加速度的變化率，試驗(yàn)表明，此值越小，主觀評價(jià)越高。側(cè)傾角延遲時(shí)間與主觀評價(jià)的相關(guān)性不大。 綜合以上兩種評價(jià)方法，本文擬采用其