乘用车操纵稳定性评价方法的研究

刘杰，万里翔，王波（西南交通大学 机械工程学院， 成都 610031）

乘用车操纵稳定性评价方法的研究

刘杰，万里翔，王波
（西南交通大学 机械工程学院， 成都 610031）

汽车操纵稳定性的好坏直接影响汽车驾驶的操纵方便性以及汽车高速行驶的安全性。汽车操纵稳定性评价方法制定是否合理，会对汽车生产企业的指导及汽车操纵稳定性的保证产生影响。目前，由于汽车操纵稳定性评价方法的复杂性，世界各国都未形成统一的汽车操纵稳定性评价方法。本文分析了国内外汽车操纵稳定的评价方法，提出了国内汽车操纵稳定性评价方法主要存在的问题，针对存在的相关问题，提出了乘用车操纵稳定性新的评价方法和评价指标，并根据具体车型验证新标准的合理性。

乘用车；操纵稳定性；评价指标

1　目前国内汽车操稳性评价主要存在的问题

汽车的操纵稳定性是驾驶员在不过分紧张、疲劳的情况下，汽车能按照驾驶员意图行驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力［1］。汽车的操纵稳定性能是主动安全性中不可忽视的重要部分，显示了驾驶员控制车辆的安全与否，同时也决定着汽车高速时的主动安全［2］。

随着全国道路状况的改善，特别是高速公路的迅速发展，汽车行驶平均速度日益提高，有些运动型轿车的最高车速甚至超过每小时三百公里［2］。因此，汽车的操纵稳定性将更加被重视，是现代汽车重要的使用性能之一［2］。

1.1国内外汽车操纵稳定性评价方法分析

汽车操纵稳定性可分为操纵性和稳定性两个部分，二者相互关联，相互影响。操纵性主要是驾驶员对汽车的操纵输入的响应效果，包括转向回正性能、变道操纵性能、转向操纵性能等；稳定性则表示车辆应对外界干扰，保持稳定行驶的能力，包括抵抗来自路面干扰和空气干扰的能力。产品设计时，应使二者之间合理协调。汽车的操纵稳定性最终应通过试验的方法来测定与评价，试验中的性能评价包括主观评价和客观评价两种方法［1］。客观评价是通过测试仪器测出表征性能的物理量如横摆角速度、侧向加速度、侧倾角及转向力等来评价操纵稳定性的方法［1］。主观评价就是感觉评价，其方法就是让试验评价人员根据试验时自身的感觉来进行评价［1］。由于汽车操稳性受多种因素影响，其客观评价指标并不能完整评定汽车操纵稳定性，因此主观评价在汽车操稳性评价中仍占有重要地位［3］。国家标准（GB/T 6323-2014）《汽车操纵稳定性试验方法》［4］规定的汽车操稳性评价方法见下图1.1：

我国、日本、美国和国际标准化组织分别按照下表1.1的方式进行汽车操纵稳定性的客观评价。

对比可以看出，我国、日本和国际标准化组织，都要求对车辆进行蛇形试验，因为蛇形试验综合性较高，具有一定代表性和重要性，在一定程度上可以反映出汽车的侧偏特性和横摆情况。进行对比的四个国家和组织都要求进行稳态试验，原因是稳态回转试验中包含对不足转向度的测量，适度的不足转向量有助于高速安全，但不足转向量过大，也会带来驾驶疲劳。观察发现，美国和日本都很关注车辆的抗侧风能力，原因可能是，两个国家的大部分地区经常遭受台风侵袭，因而做出这方面的考虑。

各个国家或组织的操稳性试验项目对比见下表1.1：

1.2国家标准操稳性评价方法存在的主要问题

表1　.1 各国家或组织的操稳性试验项目对比

1）一方面，主观评价往往受评价者个人主观因素的影响，不同评价者对同一产品给出的评价结果差别较大，并且也不能给出“汽车性能”与“汽车结构”之间的联系［1］。另一方面，对于不同车型尤其在车体构造和性能等方面差别较大的车辆，现行汽车操纵稳定性国家标准的评价试验方法和指标限值并没有分类制定或者有任何不同之处，这显然是不合理的。并且，近年来汽车工业技术不断进步和发展，汽车操稳性评价方法也应按现行汽车对操纵稳定性要求而更新。

2）现行汽车行业标准（QC/T 480-1999）《汽车操纵稳定性指标限值与评价方法》［5］中规定的汽车稳态回转性能评分计算公式如下：

其中，Nan为中性转向点侧向加速度值的评价计分值；NU为 不足转向度的评价计分值；NKΦ为车厢侧倾度的评价计分值；NW为 稳态回转试验的综合评价计分值。汽车应具有适度的不足转向特性,以保证行车安全。而标准中并未对不足转向度的评价计分值NU有所重视，这是不合理的。

3）标准规定的车辆转向回正性能评分计算公式如下：

其中，NΔr和N'Δr分 别为低速和高速回正性能试验残留横摆角速度绝对值的评价计分值；NEr和N'Er分 别为低速和高速低速回正性能试横摆角速度总方差评价计分值；NH为 转向回正试验的综合评价计分值。显然，汽车在高速行驶时的转向回正性能较低速行驶时更为重要。因此，应更加注重车辆高速行驶的转向回正性能。在现行标准中，转向回正性能试验在高速与低速比重均衡显然是存在很大问题的。

4）标准规定的蛇形试验评分计算公式如下：

其中，Nr为平均横摆角速度峰值的评价计分值；Nθ为平均转向盘转角峰值的评价计分值；Ns为蛇形试验的综合评价计分值。即使蛇形试验中对Nr有 所侧重，笔者认为侧重度也不够。现实情况中，乘用车在行驶过程中最小转弯半径不超过12m，而试验中所规定的标桩间距达30米和50米之多。显然试验规定的标桩间距过大，与现实不相符合，试验得出的结果并不能充分显示车辆的转弯特性。

5）最大总质量小于或者等于6t的汽车，操纵稳定性的总评价值Nz按下式计算：

其中Ns为 蛇形试验的综合评价计分值，NJ为汽车横摆角速度响应时间的评价计分值，NM为转向盘转角脉冲输入试验的综合评价计分值，NH为转向回正性能试验综合评价计分值，NQ为转向轻便性综合评价计分值，NW为 稳态回转试验的综合评价计分值。

由1.4来看，现有国家标准将各个试验的比重均分，证明该标准下各项目的重要性相当，具有一定的不合理性。

综上所述，现行汽车操纵稳定性国家标准试验方法和汽车行业标准中评价指标计分的权重在合理性上存在一定问题。

2　乘用车操稳性的评价方法和评价指标的改进建议

按照现行国家标准（GB/T 3730.1-2001）《汽车和挂车类型的术语和定义》可将汽车分为乘用车和商用车。但由于各类汽车自身结构形式、类型用途、使用情况、行驶路况不尽相同，所以在操稳性评价时应将上述分类加以细分。本文主要讨论乘用车（包含轿车、客车和越野车）操稳性的评价方法和评价指标的改进建议。

2.1乘用车操稳性各指标相关性讨论及改进建议

1）多数现代轿车的行驶路况良好，路面平整度较好，坡度及转弯半径都较小，因此对轿车的转向轻便性能不应要求较高。加上现在许多轿车都装有转向助力装置，装有转向助力的车与没有转向助力的车测得的转向轻便性结果不具可比性。且轻便性试验与转向回正性试验具有一定关联性，转向回正性试验结果在一定程度上也反映了转向轻便性。所以建议轻便性试验权重可在一定程度上有所降低。

2）稳态回转试验中测试的不足转向度是为了防止转向过度造成侧倾隐患，对于高速车辆来讲是必备条件。但不足转向量也不应过大，因为车辆应具有适度的不足转向量，以防止不足转向量过大导致驾驶员疲劳。根据上式1.1，应该适当提高乘用车高速不足转向度U在操稳性评价中的比重。

3）转向回正性试验按高速回正性和低速回正性进行试验。多数现代轿车最高车速达100km/h。客车载客量大、车身偏长的特点导致对其操稳性要求较高，在长途行驶或山路转弯较频繁的时候，车辆的转向回正性能尤为重要。越野车多数时间的行驶路况复杂，路面不平坦，障碍物较多，且弯道、上下坡等较频繁，车辆的转弯特性中回正性也很重要。根据上式1.2，故在两项试验都进行时应加大上述三种车型高速回正性能试验的比重。

4）蛇形试验是几个稳态响应试验中综合性最高的一项，侧面反映转向回正试验、转向轻便试验、转向盘角阶跃、角脉冲试验，具有一定代表性和重要性，在一定程度上可以反映出汽车的侧偏特性和横摆情况。且蛇形试验评价与汽车安全稳定性密不可分。根据上式1.3，应在上述三种车型中大幅增加平均横摆角速度峰值试验值的计分权重。

2.2改进后的乘用车操稳性评价指标

需要说明的是，改进后标准中计分值比例α、β、γ、ε值应按轿车、客车和越野车各自的设计侧重点来确定相应值。在这个确定过程中，应由相关专家及有经验的不同驾乘人员经过主观评价后给出相应值，经过大量统计数据求平均值后确定。

本文给出的值是本人对汽车操纵稳定性研究后给出的参考值。参考值如下：α1=2，α2=1；β 1=1，β2=3，β3=3；γ=2；ε=1/3。修改后的乘用车操纵稳定性评价计分权重系数如下表2.1所示。

1.2.2.4 出院指导 患者出院前,护理人员为患者进行出院事项交到,叮嘱患者按时用药,出院后定时来院复查,对两组的治疗情况进行统计对比[3]。

3　对乘用车的评价说明

本文此处仅用国内某轿车通过国标操稳性评价试验方法的最终评分结果和通过修正后的评价体系得出的最终评分结果作对比，并且以驾驶员驾驶汽车的主观评价作为参考，以此验证改进后评价体系的方向正确性。以下客观评价试验结果来自文献［6］。需要说明的是，试验车辆最高车速均超过200km/h，整备质量大约为1.5t。原评价结果如表3.1所示：

表2　.1 乘用车操纵稳定性评价计分权重修改前后对比表

表3　.1 国内某品牌轿车操纵稳定性评分及评价结果（原有国家标准评价体系下）

表3　.2　国内某品牌轿车操纵稳定性评分及评价结果（改进后的评价体系下）

通过原评分体系得出的评价结果显示，综合评分80.35分，该品牌轿车操稳性能良好，各项试验评分情况均处于优良水平。其中稳态回转试验、转向轻便性试验、蛇形试验和瞬时响应试验（转向盘转角脉冲输入试验）评价结果均为优秀，表明该轿车操纵轻便、具有良好的操稳性。但转向盘角阶跃输入试验得分仅为45.71分，还未达到及格水平。

主观评价按经验丰富的驾驶员驾驶车辆时的主观感受来对车辆操稳性从各方面做出主观评价。据驾驶人员叙述，该品牌车辆操纵稳定性能一般，特别是转向回正性能在高速状态下不够稳定，且瞬时响应性能也只能达到一般水平。

针对驾驶员主观评价与客观评价结果一致性不强的情况，我们利用改进后的评价体系进行综合评分，观测客观试验结果。通过改进后的评价体系对该车辆进行的评分结果如表3.2所示。需要注意，原有国家标准评价体系下综合评分80.35分是按照上式（1.4）计算出来的，改进后的评价体系中综合计分73.40分是按下式计算得出的：

其他字母含义同上，计算综合评分时为加权平均，a-f为加权系数，确定其值时应由相关专家及有经验的不同驾乘人员经过主观评价后给出相应值，经过大量统计数据求平均值后确定。本文给出的值依然是本人对汽车操纵稳定性研究后给出的参考值。参考值如下：a=2，b=2，c=1，d=2，e=1，f=1。

由上表的综合评价结果显示，综合评分仅为73.40分，该品牌汽车综合操纵稳定性能一般，转向回正性试验和瞬时响应试验（转向盘角阶跃输入试验）两个单项试验均未达标。其中，在原试验数据中可以看出该试验车辆在低速状态下回正性能良好但在高速条件下分值偏低，未能达到汽车回正性能的基本要求，然而按着原评价体系做出的评价结果为该车在转向回正性试验项目达标，分值达到70.04分，改进评分规则后，该项仅为58.47分，这说明按原来评价标准得到的评分结果未能真实显示其转向回正性能。与此情况相对，在新的评价体系下，该车辆在转向回正性试验这一项目中评分未达标，与驾驶员反馈的信息相符合，该车辆的转向回正性能仍有待提高。另外，稳态回转试验在提高不足转向度指标的权重之后评分值有所下降。

相比较而言，改进后的评价体系可以更好地显示汽车操稳性各方面性能及综合评价，改进的方向性正确。

4　结论及建议

本文通过对我国汽车操稳性评价方法和评价指标的详细分析，就我国当前汽车操稳性评价方法出现的问题进行了探讨，具体研究成果如下：

1）国家标准规定的试验方法规程中某些限值与现实情况不相符。

当前国家标准规定的汽车操稳性评价试验方法中，几处条件限值或指标权重规定与现实生产生活中的情况并不相符。例如：蛇形试验中标桩间距设定偏大；转向回正性试验中高、低速回正性试验指标总比例相同，但现实情况中汽车高速时回正性能远比低速时重要的多。

2）各评价指标权重比相同，不能区分其重要性，单项与综合评价结果不准确。

评价车辆操稳性的6个试验均有其所属评价指标，总评价计分按6个试验评分取其平均值。显而易见，各评价指标间重要性均等，各试验方法间亦无着重突出部分，这样的评价体系并不能给出准确的评价结果。本文利用车辆对各个指标的权重度，进行各项加权，从而得到操纵稳定性的综合评价体系。

3）对于不同车型、不同使用条件的车辆评判应存在差异性。

因为不同类型的汽车对各个指标的要求不一样，而且不同的路况使用条件也对汽车的操稳性产生不同程度的影响。因此，对汽车操纵稳定性进行评价时，要充分考虑路况条件，车辆类型等。

建议增加转弯制动试验［7］。现实生活中的大量交通事故都是由于汽车在弯道制动时操稳性出现状况而导致的。在这个过程中可能出现制动跑偏和后轴侧滑等现象，严重影响车辆行驶安全性。因此要求用任何速度在弯道制动，汽车都不应丧失其操纵性和方向稳定性。

［1］余志生.汽车理论［M］.北京：机械工业出版社, 2011.5：130-200.

［2］李白娜.汽车操纵稳定性的仿真分析研究［D］.华中科技大学, 2006.

［3］宗长富, 郭孔辉.汽车操纵稳定性的研究与评价［J］.汽车技术, 2000（6）：6-11.

［4］GB/T 6323-2014, 汽车操纵稳定性试验方法［S］.北京：中国标准出版社, 2014.

［5］QC/T 480-1999,汽车操纵稳定性指标限值与评价方法［S］.北京：中国标准出版社, 1999.

［6］陈振日.对汽车操纵稳定性现行评价指标的分析与建议［J］.汽车技术, 2006, 09：5-8.

［7］房阳.汽车操纵稳定性的仿真研究［D］.辽宁工程技术大学, 2011.

专家推荐

李少华：

本文针对乘用车车型的差异性及不同工况，提出了相应的操纵稳定性新的评价方法和评价指标，在乘用车操稳设计中具有一定的参考价值。

Study On The Evaluation Methods Of Passenger Car's Handling And Stability

LIU Jie, WAN Li-xiang, WANG Bo
（ School of Mechanical Engineering ,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China ）

The performance of vehicle's handling and stability has a great influence on the car's handling convenience and safety, especially when high speed driving. It will affect the automobile manufacturing enterprise for vehicle handling and stability whether the evaluation methods are reasonable. Although the vehicle handling and stability evaluation is complicated, there have been not formed the united evaluation methods. This paper analyzes the evaluation methods of vehicle handling and stability at home and abroad. For the corresponding problems, it puts forward new evaluation methods and indicators for passenger car's handling and stability. Finally, it verifies rationality of new standard by means of concrete models.

passenger vehicle； handling and stability； evaluating indicators

U467.1

A

1005-2550（2016）03-0018-07