汽车操纵稳定性能道路试验分析

张明 姜鲲昌

摘 要：现如今汽车成为人们日常出行必不可少的交通工具，尤其近年来汽车的普及，除了外观之外，人们对汽车的各项性能也十分重视。汽车操作稳定性能道路测试可以为结构的合理性、产品设计的正确性、性能的优越性及部件的可靠性提供依据。本文则从客观角度出发，分析利用GPS定位原理对汽车操纵稳定性能的试验结果，为改善汽车设计提供依据。

关键词：汽车;操纵稳定性能;道路试验

通常将汽车投入到市场之前需要对样车进行反复测试，便于及时对安全隐患和不合理之处做出修改。近年来，汽车气场的竞争越来越激烈，再加上消费者求快求异的特点，一些汽车厂商都加快了研发力度和缩短投放周期，速度的加快必然会减少样车测试次数，不容易发现质量问题。由于汽车使用条件较为复杂，有诸多影响汽车操纵稳定性能因素，只有通过实际的道路试验才能判断汽车的操作稳定性能，从而更好地适应现代公路要求。

1.汽车操作稳定性能相关概述

汽车操作稳定性是指在汽车驾驶者在不过度疲劳和紧张的情况下能通过转向系统及转向车轮给定的行驶方向的驾驶能力。评价汽车操作稳定性能的表现为根据地形、道路和交通情况的限制，汽车依然可以正确按照操作机构给予的方向行驶，且具有抵抗力图改变其行驶方向的各种干扰后保持稳定性的适当能力。

2.汽车操纵稳定性能道路试验分析

2.1汽车操纵稳定性道路试验评价指标

汽车操纵稳定性能的优劣是影响汽车行驶主动安全性的重要因素，必须满足以下两个方面使用条件才能保证车辆优良的操作稳定性。一方面车辆在行驶过程中具有稳定行驶的性能，具体指车辆要想改变行驶轨迹，必须有足够的抵抗力来发挥应有的干扰能力。另一方面能够按照驾驶员制定的行驶路线前进。所以，汽车操作稳定性能道路试验的研究主体是车辆的运动在转向盘输入情况下的响应特性，因此，其具体试验应包括转向盘回能力和转向盘的力脉。具体评价指标为，通过试验测试设备测出是表征车辆行驶速度、横摆角速度、侧向加速度、侧倾角及转向力等物理量。获取试验所需的参数可通过先用相关试验设备，利用GPS测定试验车辆行驶的速度v，是选用带有cAN总线技术的陀螺仪测量试验车辆在转弯时的侧倾角和横摆角速度。选用副转向盘形式的测力仪来测定于施加在试验车辆转向盘上的转角、力矩，试验前将试验车辆的转向盘连接副转向盘测力仪，通过操作副转向盘在试验过程中进行转向输入。2.2蛇形试验

汽车的蛇形试验主要考核试验车辆操纵稳定性的综合性能，既能反映乘员在车辆在急剧转向情况时的安全性和舒适性，还能反映汽车急剧转向的能力。在对汽车进行试验时，按照等距的方式排开排列10根标桩，间距为30m，汽车车速在二分之一时进入试验路段，试验车辆通过试验路段为等速，不碰撞试验标桩，具体试验数据如表1所示。试验车辆的转向盘转角、车身横摆角速度峰值越小则说明试验车辆的安全性较高，操控性能越灵活。

表1 试验车辆蛇形试验数据

试验名称

评价指标

试验结果

标桩间距（m）

30

蛇形试验

平均横摆角速度峰值（°）

平均车身侧倾角峰值（°）

平均转向盘转角峰值（°）

18.36

2.53

69.04

通过试验得知，该试验车的最大转向力为72.35N，平均转向力为44.5N，处于偏大范围。 而低速回正试验时的回正性能计分值略小，则说明低速回正性能一般。该试验车的蛇形试验由于受到整车外轮廓尺寸及轴距影响，灵动性能一般。

2.3转向回正能力试验

是让汽车回复到直线行驶的力矩需通过汽车的转向回正力矩，主要汽车轮胎侧偏特性和汽车的主销定位角等因素影响。关于此方面试验主要测试汽车低俗和高速两种转向回正性能，都是通过对转向盘输入一个力后再卸掉，对汽车随后的运动性能进行记录。在试验时，汽车可先朝着直线行驶，测量记录变量零线，调整转向盘转角让汽车半径为15±1m的圆周行驶，之后再调整车速后使其达到规定值，高速试验时，试验车辆的侧向加速度为4±0.2m/s?，低速试验时为2±0.2 m/s?。待3s后，驾驶员可松开转向盘后记录松手后到4s的运动过程。按向左和向右两个方向进行试验，每个方向都测试三次，均为完整试验，具体试验结果如表2所示。

表2试验车辆高/低速转向回正试验数据

实验项目

评价指标

试验结果

左转

右转

高速转向回正试验

低速转向回正试验

横摆角角度总方差（S）

残留横摆角速度（°）

横摆角角度总方差（S）

残留横摆角速度（°）

0.3634

1.1332

0.6574

0.2357

0.3746

1.0214

0.6965

2.1185

从表2试验数据中可得知，在高速时该试验车型的残留横摆角速度绝对值及横摆角速度总方差明显低于低速，说明在高速时该试验车型的自动回正能力及保持直线行驶能力强于低速时状态且回正能力也优于低速。通过分析和计算试验数据，在高速回正试验时，该试验车辆的计算值（70.12分）高于低速计算值（62.3分），然而综合得分过于偏低，说明该试验车辆的整体回正性能较弱。

试验车辆在等速圆周运行时可待稳定后突然松开转向盘，对横摆角速度和定方位的变化过程进行测定，松手前转向盘的力为恒定，加速度为定值，松手后转向盘上的力等于零。该试验可充分表示汽车的力输入反应特性，检测汽车在力阶跃输入下的反应。评定此试验的指标主要包括松开转向盘3s过程中的留横摆角速度和横摆角速度总方差。其中残留横摆角速度计算过程中取绝对值，若转向以后汽车自动回正则表示数值越小，松开转向盘以后汽车自动回正性能越迅速则表示横摆角速度的总方差值越小。

3.结语

综上所述，本文通过对汽车操纵稳定性能道路试验分析中获取了道路试验评价指标，得知了影响汽车结构因素及制动效能及制动方向稳定性影响因素，能根据研究所需任意设定试验环境，从而有效避免了实车道路试验的危险性。本文所采用的蛇形试验和转向回正能力试验结果显示，分数越高则表明试验车性能越好，最大限度找到了对汽车操纵稳定性能的定量限值指标和试验方法，为进一步提高汽车操作稳定性能提供了依据。

参考文献：

[1]黎海辉.多轴重型汽车转向及操纵性能仿真与分析[D].武汉理工大学，2013.

[2]高振海，王竣，郭健等.汽车稳定性多控制工况设计及其切换机制研究[J].机械工程学报，2014，50（4）：107-112.