大客车驾驶员偏好的转向盘力矩特性研究

陈刚，宋海兵，王春宏，龚晓庆，王爱仙（.江苏大学车队，江苏 镇江 0；.江苏罡阳转向系统有限公司，江苏 泰州 58；.江苏大学汽车与交通工程学院，江苏 镇江 0；.江苏超力电器有限公司，江苏 丹阳 00）



大客车驾驶员偏好的转向盘力矩特性研究

陈刚1，宋海兵2，王春宏2，龚晓庆3，王爱仙4
（1.江苏大学车队，江苏 镇江 212013；2.江苏罡阳转向系统有限公司，江苏 泰州 225318；3.江苏大学汽车与交通工程学院，江苏 镇江 212013；4.江苏超力电器有限公司，江苏 丹阳 212300）

摘 要：为了获取大客车驾驶员偏好的转向盘力矩，以某型大客车为试验对象，选取了10名驾驶员，进行不同速度和侧向加速度下，驾驶员偏好的转向盘力矩特性试验。研究结果表明：大客车驾驶员偏好的转向盘力矩随车速的升高而增大，当侧向加速度小于3m/s2时，转向盘力矩随侧向加速度的增加而增加，当侧向加速度大于3m/s2时，转向盘力矩增速趋于平缓。

关键词：驾驶员；转向盘力矩；速度；侧向加速度

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

随着汽车工业的飞速发展，大客车和重型载货汽车的产销量逐年增加，重型车辆的操纵性和安全性日益受到重视。驾驶员偏好的转向盘力矩特性，是设计转向系统理想的助力特性依据，理想的助力特性能改善车辆的操纵性和安全性。因此，驾驶员偏好的转向盘力矩特性具有重要的研究意义。

国内外研究者对驾驶员偏好的转向盘力矩特性研究也进行过许多研究，20世纪80年代，Green等[1]通过实车场地试验，对乘用车进行驾驶员偏好的转向盘力矩特性研究，结果表明：随着车速的增加，乘用车驾驶员偏好的转向盘力矩也随之增大。1996年，日本丰田汽车通过对上百辆皇冠轿车试验，得到车速为100km/h时驾驶员平均转向盘力矩随侧向加速度变化的特性曲线[2]。1999年，美国通用公司利用驾驶模拟器，测试了侧向加速度为3m/s2情况下，不同车速时驾驶员偏好的转向盘力矩特性曲线[3]，结果表明：驾驶员偏好的转向盘力矩随着车速增加而增加。2006年，吉林大学宗长富等[4]采用ADSL驾驶模拟器，得到驾驶员偏好的转向盘力矩与侧向加速度和车速之间的关系。上述有关驾驶员偏好的转向盘力矩特性研究都是对乘用车，且研究结果只是在某个典型侧向加速度或速度情况下，尚未见对大客车等重型车辆的研究成果。

本文以装配有旁通流量式电控液压助力转向系统（ECHPS）的大客车为试验对象，从驾驶员实际操纵感受，进行驾驶员偏好的转向盘力矩特性试验研究，以此得到准确和全面的大客车驾驶员偏好的转向盘力矩特性。

1、ECHPS系统组成和工作原理

图1为旁通流量式ECHPS系统组成示意图，该系统在传统的液压助力转向系统（HPS）液压泵与助力油缸之间的回路中并联了一个装有比例电磁阀的旁通支路，汽车转向时，ECU根据车速和转向盘转矩信号调节比例电磁阀的开度，从而改变旁通流量，进而控制经转阀进入助力油缸的液压油流量，改变助力油缸两侧的压差，实现ECHPS系统可变助力特性。

图1　旁通流量式ECHPS系统组成示意图Fig.1　Constitute of bypass-type ECHPS system

2、转向盘力矩特性试验

2.1 试验设备与仪器

试验车为上海申龙SLK6118型客车，如图2所示，原车搭载了GY120型循环球式HPS转向器，试验前对HPS转向器进行改装，装配了比例电磁阀，如图3所示。试验中，当比例电磁阀输入电流为零时，旁通油路不起作用，此时相当于HPS系统；当按照不同工况调节输入电流时，旁通油路开启，此时为ECHPS系统工作模式。

图2　试验车Fig.2　Test vehicle

图3　ECHPS样机装车图Fig.3　ECHPS prototype installation

试验中需要的测量仪器和设备有NTS测力转向盘、车速仪、陀螺仪、LMS数据采集仪和蓄电池等，各自所测的物理量如表1所示。

表1　主要试验设备Tab.1　The main equipment of experiment

2.2 试验方法

（1）试验场地的选取：选取水平沥青路面为试验路面，符合GB/T12534-90《汽车道路试验方法通则》的标准要求[5]。

（2）驾驶员的选取：选取10名驾驶经验丰富的大客车驾驶员，有男性也有女性，而且包含不同的年龄段。

（3）驾驶工况的选取：行驶车速选取为20km/h，40km/h，60km/h，80km/h，侧向加速度选取为1m/s2，,2m/s2，3m/s2，4m/s2（由于大客车驾驶安全问题，试验中没有进行更高车速和更大侧向加速度的工况）

（4）具体试验步骤：试验刚开始时，比例电磁阀开度为零，ECHPS系统不旁通流量，驾驶员将大客车从零车速加速到之前选取的车速（如20km/h）并保持，然后调整转动盘转角，使得大客车的侧向加速度为之前设定值（如2m/s2），驾驶员要把该侧向加速度下的转向盘转角记住。之后在这个转角范围内，驾驶员轻微缓慢地左、右转动转向盘，感受此时的转向盘力矩，如果感觉不合适，通过改变比例电磁阀开度来改变旁通流量的大小，改变助力系统提供的助力大小，以此改变转向盘力矩大小，当驾驶员对某一转向盘力矩满意时，记录下此时的转向盘力矩。试验时，为了提高结果的准确性，需要对10名驾驶员进行多次试验，最终取平均值，这样就可以得到一定速度和一定侧向加速度下，大客车驾驶员偏好的转向盘力矩。图4为试验现场图。

图4　试验现场图Fig.4　The picture of bus test

3、试验数据处理与分析

试验结束后，对数据进行处理，得到一定速度和一定侧向加速度下，大客车驾驶员偏好的转向盘力矩，如表2所示。

表2　大客车驾驶员偏好的转向盘力矩Tab.2　Bus driver's partial steering torque value

图5　大客车驾驶员偏好的转向盘力矩特性曲线Fig.5　Bus driver's partial steering torque characteristic curves

根据表2，画出大客车驾驶员偏好的转向盘力矩分别随车速和侧向加速度变化的特性曲线，如图5所示。从左图可以看出，同一侧向加速度下，大客车驾驶员平均偏好的转向盘力矩总体趋势是随车速的上升而增大。当侧向加速度较小时，驾驶员偏好的转向盘力矩也较小。在侧向加速度小于3 m/s2时，同一车速下的转向盘力矩随着侧向加速度的增加而明显增大。从图5右图可以看出，大客车驾驶员偏好的转向盘力矩总体趋势是随侧向加速度的增大而增大，当侧向加速度大于3 m/s2时，各车速下的转向盘力矩基本不变。

4、结论

本研究以装配有旁通流量式ECHPS的大客车为试验对象，进行了驾驶员偏好的转向盘力矩特性试验研究，得到了大客车驾驶员偏好的转向盘力矩特性，研究结果表明：大客车驾驶员偏好的转向盘力矩与车速和侧向加速度都呈正相关，同一侧向加速度下，偏好的转向盘力矩随车速的升高而增大；当侧向加速度小于3m/s2时，同一车速下，偏好的转向盘力矩随侧向加速度的增大而增大，当侧向加速度大于3m/s2时，偏好的转向盘力矩增速趋于平缓。该研究结果弥补了对大客车等重型车辆驾驶员偏好的转向盘力矩特性的研究空白，为重型车辆转向系统理想助力特性的设计提供了可靠的依据，进而提高重型车辆的操纵稳定性和安全性。

参考文献

[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.汽车理论[ M].北京:机械工业出版社, 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] 宗长富,麦莉,王德平等.基于驾驶模拟器的驾驶员偏好的方向盘力矩特性研究[J].中国机械工程,2007(4):1001-1005.

[5] GB/T12534-90, 汽车道路试验方法通则[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

基金项目：江苏省科技成果转化专项资金项目( BR2015168)。

作者简介：陈刚，就职于江苏大学车队。

中图分类号：U467.3

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)03-113-03