虛擬樣車(chē)操縱穩(wěn)定性分析

1、5虛擬樣車(chē)操縱穩(wěn)定性分析5.1引言汽車(chē)操縱穩(wěn)定性是指在駕駛者不感到過(guò)分緊張、疲勞的條件下，汽車(chē)按駕駛者通過(guò)汽車(chē)轉(zhuǎn)向系及轉(zhuǎn)向盤(pán)所確定的方向行駛，且當(dāng)遭到外界干擾時(shí)，汽車(chē)能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的能力，是汽車(chē)動(dòng)力學(xué)的一個(gè)重要分支。如何研究和評(píng)價(jià)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性能，以獲得良好的汽車(chē)動(dòng)力學(xué)性能一直是關(guān)于汽車(chē)的最重要的課題。汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性包括相互聯(lián)系的兩個(gè)部分，一是操縱性；一是穩(wěn)定性。操縱性是指汽車(chē)能夠確切的響應(yīng)駕駛員轉(zhuǎn)向指令的能力。穩(wěn)定性是指汽車(chē)受外界擾動(dòng)（路面擾動(dòng)或忽然陣風(fēng)擾動(dòng)）后恢復(fù)原來(lái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的能力。兩者很難斷然分開(kāi)，穩(wěn)定性的好壞直接影響操縱性的好壞，因此通常通稱(chēng)為操縱穩(wěn)定性。操縱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)

2、也因此分為開(kāi)環(huán)評(píng)價(jià)和閉環(huán)評(píng)價(jià)。所謂開(kāi)環(huán)評(píng)價(jià)即是把汽車(chē)本身看作一個(gè)控制系統(tǒng)，分析和研究汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)特性，通過(guò)表征汽車(chē)運(yùn)動(dòng)特性的響應(yīng)參數(shù)對(duì)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。開(kāi)環(huán)評(píng)價(jià)中，一般是給轉(zhuǎn)向盤(pán)一個(gè)規(guī)則輸入，測(cè)量汽車(chē)的響應(yīng)參數(shù)，并以此作為評(píng)價(jià)系統(tǒng)好壞的指標(biāo)。然后，根據(jù)系統(tǒng)具有良好性能的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較評(píng)價(jià)，如ESV的評(píng)價(jià)方法和ISO的試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法等。閉環(huán)評(píng)價(jià)考慮到駕駛員特性與汽車(chē)特性的配合問(wèn)題。對(duì)于閉環(huán)評(píng)價(jià)模型來(lái)說(shuō)，就要包含汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型、駕駛員模型和道路模型。建立駕駛員車(chē)輛閉環(huán)系統(tǒng)。雖然試驗(yàn)得到的人車(chē)閉環(huán)系統(tǒng)的性能能更真實(shí)地反映了汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性能，由于駕駛員模型的建立對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有著較大的影響，汽車(chē)操縱穩(wěn)

3、定性分析仍然離不開(kāi)開(kāi)環(huán)評(píng)價(jià)。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段，廣泛應(yīng)用的理論分析對(duì)象仍然只能是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性分析。在評(píng)價(jià)操縱穩(wěn)定性的指標(biāo)有多個(gè)方面，例如穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性、瞬態(tài)響應(yīng)特性、回.正性、轉(zhuǎn)向輕便性、典型行駛工況性能和極限行駛能力等。仿真時(shí)測(cè)量變量包括：汽車(chē)橫擺角速度、車(chē)身側(cè)傾角、汽車(chē)側(cè)向加速度等。我們選擇了穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)、轉(zhuǎn)向盤(pán)角脈沖輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)、轉(zhuǎn)向輕便性三種工況下樣車(chē)的反應(yīng)來(lái)考察車(chē)輛模型的操縱穩(wěn)定性。對(duì)于試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)。近年來(lái)許多學(xué)者提出了很多有效的評(píng)價(jià)指標(biāo)，提高了評(píng)價(jià)的可靠性，本文根據(jù)郭孔輝院士在參考文獻(xiàn)【2】提出的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)樣車(chē)進(jìn)行評(píng)價(jià)5.2穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法是研究汽車(chē)響應(yīng)特性的

4、一種重要試驗(yàn)方法，穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)特性是車(chē)輛系統(tǒng)是否穩(wěn)定的充分條件。汽車(chē)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性(不足轉(zhuǎn)向特性)對(duì)汽車(chē)的方向控制有非常重要的影響。過(guò)度轉(zhuǎn)向性和過(guò)大的不足轉(zhuǎn)向性，都會(huì)使汽車(chē)難于控制。有些汽車(chē)由于設(shè)計(jì)參數(shù)選擇不當(dāng)，盡管在側(cè)向加速度很小時(shí)具有一定的不足轉(zhuǎn)向，但在稍大的向心加速度下卻表現(xiàn)出激烈的過(guò)度轉(zhuǎn)向而使汽車(chē)出現(xiàn)意外的甩尾或激轉(zhuǎn)現(xiàn)象，造成嚴(yán)重的事故。因此，對(duì)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的研究是汽車(chē)操縱穩(wěn)定性研究的一個(gè)重要方面。國(guó)標(biāo)GB/T6323.6-94對(duì)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)進(jìn)行相關(guān)規(guī)定。國(guó)標(biāo)中常用的主要有兩種試驗(yàn)方法進(jìn)行穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)：固定轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的連續(xù)加速法和固定轉(zhuǎn)彎半徑的連續(xù)加速法。兩種方法都是通過(guò)改變車(chē)速來(lái)改變側(cè)向加

5、速度。仿真中記錄汽車(chē)的橫擺角速度、車(chē)速、車(chē)身側(cè)傾角、側(cè)向加速度、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角等值。本文采取固定轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的連續(xù)加速法來(lái)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)分析。固定轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的連續(xù)加速法是：汽車(chē)以最低穩(wěn)定速度沿所畫(huà)圓周行駛，然后汽車(chē)起步，緩緩而均勻地加速（縱向加速度不超過(guò)0.25m/s），保持轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角不變，側(cè)向加速度達(dá)到6.5m/s²（或受發(fā)動(dòng)機(jī)功率限制而所能達(dá)到的最大側(cè)向加速度、或汽車(chē)出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)為止）。數(shù)據(jù)處理1）轉(zhuǎn)彎半徑比與側(cè)向加速度關(guān)系根據(jù)記錄地橫擺角速度及汽車(chē)的前進(jìn)車(chē)速，用下列公式計(jì)算各點(diǎn)的轉(zhuǎn)彎半徑 （5-1）式中第i點(diǎn)前進(jìn)車(chē)速，m/s； 第i點(diǎn)橫擺角速度，rad/s； 第i點(diǎn)轉(zhuǎn)彎半徑，m； （

6、5-2） 第i點(diǎn)側(cè)向加速度，m/s²；進(jìn)而算出各點(diǎn)的轉(zhuǎn)彎半徑比（為初始半徑，m），根據(jù)計(jì)算結(jié)果，繪出曲線。2）汽車(chē)前后偏差角差值（）與側(cè)向加速度的關(guān)系汽車(chē)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)時(shí)，（）用下式確定： （5-3）式中：前后軸側(cè)偏角，（º） L汽車(chē)軸距，m根據(jù)計(jì)算結(jié)果，繪出()曲線。3）車(chē)身側(cè)傾角與側(cè)向加速度的關(guān)系曲線根據(jù)紀(jì)錄的車(chē)身側(cè)傾角整理出關(guān)系曲線4）根據(jù)GB/T 13047的要求，找出中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)的側(cè)向加速度，不足轉(zhuǎn)向度U，和車(chē)身側(cè)傾度三個(gè)參數(shù)根據(jù)郭孔輝所著汽車(chē)操縱動(dòng)力學(xué)中提出的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，各指標(biāo)計(jì)分如下： 1）中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)的側(cè)向加速度值的評(píng)價(jià)計(jì)分值計(jì)算 （5-4）式中： 中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)側(cè)向加速度

7、值的試驗(yàn)值， 中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)側(cè)向加速度值的上限值，9.80 中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)側(cè)向加速度值的下限值，5.00 當(dāng)大于100時(shí)，按100分計(jì)2）不足轉(zhuǎn)向度U，按前、后橋側(cè)偏角差值與側(cè)向加速度關(guān)系曲線上側(cè)向加速度值為2處的平均斜率計(jì)算，其評(píng)價(jià)計(jì)分值 （5-5）式中：U 不足轉(zhuǎn)向度的試驗(yàn)值，（） 不足轉(zhuǎn)向度的下限值，0.60（） 不足轉(zhuǎn)向度的上限值，0.24（） 3）車(chē)廂側(cè)傾度，按車(chē)廂側(cè)傾角與側(cè)向加速度關(guān)系曲線上側(cè)向加速度值為2處的平均斜率計(jì)算，其評(píng)價(jià)計(jì)分值 （5-6）式中： 車(chē)廂側(cè)傾度的試驗(yàn)值，（）車(chē)廂側(cè)傾度的上限值，0.70（）車(chē)廂側(cè)傾度的下限值，1.20（）穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)仿真試驗(yàn) 國(guó)標(biāo)GB/T6323.6-94

8、規(guī)定的固定轉(zhuǎn)彎半徑的連續(xù)加速法與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO4138-82穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)所規(guī)定的要求一致，本文中按6323.6-94固定轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)規(guī)定，仿真中汽車(chē)以最低車(chē)速開(kāi)始沿初始半徑為15m的圓周行駛，轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角為167.8度。然后加速（加速度為250mm/）并固定轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角。本試驗(yàn)為右轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤(pán)組，仿真分析結(jié)果如下：圖5-1 側(cè)向加速度響應(yīng) 圖5-2 車(chē)輛軌跡圖5-3橫擺角速度響應(yīng) 圖5-4側(cè)傾角響應(yīng)仿真結(jié)果分析根據(jù)GB/T6323.6-94規(guī)定，分別做出各測(cè)量值與側(cè)向加速度曲線以考察其穩(wěn)態(tài)特性。圖5-5 橫擺角速度響應(yīng)側(cè)向加速度曲線 圖5-6 車(chē)身側(cè)傾角側(cè)向加速度曲線 圖5-7側(cè)偏角差側(cè)向加

9、速度曲線 圖5-8轉(zhuǎn)彎半徑比（）側(cè)向加速度曲線1）車(chē)身側(cè)傾角車(chē)身在側(cè)向力的作用下繞側(cè)傾軸線的轉(zhuǎn)角稱(chēng)為車(chē)身側(cè)傾角。車(chē)身側(cè)傾角是和汽車(chē)操縱穩(wěn)定性和平順性有關(guān)的一個(gè)重要參數(shù)。側(cè)傾角的數(shù)值影響到汽車(chē)的橫擺角速度穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和橫擺角速度瞬態(tài)響應(yīng)。側(cè)傾角本身也是評(píng)定汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的一個(gè)重要指標(biāo)。過(guò)大的側(cè)傾角使駕駛員感到不穩(wěn)定、不安全。同時(shí)車(chē)身側(cè)傾引起前轉(zhuǎn)向輪繞主銷(xiāo)的轉(zhuǎn)動(dòng)、后輪繞垂直于地面的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，引起側(cè)傾轉(zhuǎn)向。隨著前、后側(cè)傾轉(zhuǎn)向的方向與數(shù)值的不同，汽車(chē)的不足轉(zhuǎn)向量可能增加或減小，從而對(duì)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性產(chǎn)生影響。側(cè)傾過(guò)大的汽車(chē)，操縱穩(wěn)定性較差。如果考慮到平順性，側(cè)傾角過(guò)小，懸架的側(cè)傾角剛度過(guò)大，汽車(chē)一側(cè)車(chē)輪遇到凸

10、起或凹坑時(shí)，車(chē)廂內(nèi)會(huì)感受到?jīng)_擊，平順性差車(chē)身側(cè)傾角曲線可以看出在較大的側(cè)向加速度下，車(chē)身質(zhì)心處的側(cè)傾角較小，不容易引起側(cè)傾轉(zhuǎn)向，但可能平順性較差。由圖5-6可見(jiàn)，車(chē)身側(cè)傾角隨側(cè)向加速度的變化基本呈線性變化，既不過(guò)大、也不過(guò)小，取值較為理想2）前后軸側(cè)偏角差值前后軸側(cè)偏角差值與側(cè)向加速度關(guān)系曲線。從圖中曲線可以看出，當(dāng)側(cè)向加速度絕對(duì)值小于3.5m/s2時(shí)，側(cè)偏角差相對(duì)于側(cè)向加速度為近似線性關(guān)系；當(dāng)側(cè)向加速度絕對(duì)大于3.5m/s2時(shí)，這是因?yàn)檩喬?cè)偏特性已進(jìn)入明顯的非線性區(qū)域的緣故。很多汽車(chē)在大側(cè)向加速度下，穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性發(fā)生顯著變化，不能維持圓周行駛，出現(xiàn)轉(zhuǎn)向半徑迅速增大或減小的情況。由圖5-7可

11、見(jiàn)，圖中側(cè)偏角差與側(cè)向加速度曲線斜率大于零，隨著側(cè)向加速度的增加，轉(zhuǎn)向半徑增加，汽車(chē)始終具有不足轉(zhuǎn)向。3）在前輪轉(zhuǎn)角一定的條件下，若令車(chē)速極低、側(cè)向加速度接近于零時(shí)的轉(zhuǎn)向半徑為，而一定車(chē)速下有一定側(cè)向加速度時(shí)的轉(zhuǎn)向半徑為R，則這兩個(gè)半徑之比可用于表征汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。=1為中性轉(zhuǎn)向; >1為不足轉(zhuǎn)向; <1為過(guò)度轉(zhuǎn)向.由圖5-8中曲線可以看出，此車(chē)為不足轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向半徑始終大于根據(jù)式（5-4）（5-5）（5-6）評(píng)價(jià)可得：1）中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)側(cè)向加速度值的評(píng)價(jià)計(jì)分值=1002）不足轉(zhuǎn)向度U=0.43855（），其評(píng)價(jià)計(jì)分值=89.7663）車(chē)廂側(cè)傾度0.3492（），其評(píng)價(jià)計(jì)分值=100通過(guò)

12、以上特性曲線可以看出：該車(chē)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)為不足轉(zhuǎn)向，且穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性較為理想。5.3角脈沖輸入仿真試驗(yàn)轉(zhuǎn)向盤(pán)角脈沖輸入試驗(yàn)方法是研究汽車(chē)瞬態(tài)響應(yīng)特性的一種重要試驗(yàn)方法，尤其是研究汽車(chē)頻率響應(yīng)特性的一種簡(jiǎn)便試驗(yàn)方法。國(guó)標(biāo)GB/T6323.3-94對(duì)試驗(yàn)做出相關(guān)規(guī)定。轉(zhuǎn)向盤(pán)的角輸入波形為“脈沖”型的這種試驗(yàn)通常用來(lái)做頻率特性分析。在時(shí)間域內(nèi)的評(píng)價(jià)可以用自然頻率、衰減率（阻尼）或過(guò)渡過(guò)程時(shí)間和“脈沖反應(yīng)時(shí)間”（輸入最大點(diǎn)與輸出最大點(diǎn)的時(shí)間間隔）來(lái)說(shuō)明。讓汽車(chē)以最高車(chē)速的70%直線行駛，然后給轉(zhuǎn)向盤(pán)一個(gè)三角脈沖轉(zhuǎn)角輸入，并迅速轉(zhuǎn)回原處保持不動(dòng)。汽車(chē)以試驗(yàn)車(chē)速行駛。然后給轉(zhuǎn)向盤(pán)一個(gè)三角脈沖，試驗(yàn)時(shí)向左（或向右）

13、轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)，并迅速轉(zhuǎn)回原處（允許及時(shí)修正）保持不動(dòng)，記錄全過(guò)程，直至汽車(chē)回復(fù)到直線行駛位置。轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角輸入脈寬為0.30.5s，其最大轉(zhuǎn)角應(yīng)使本試驗(yàn)過(guò)渡過(guò)程中最大側(cè)向加速度為4m/s²。轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)應(yīng)盡量使其轉(zhuǎn)角的超調(diào)量達(dá)到最小。試驗(yàn)過(guò)程中，保持油門(mén)開(kāi)度不變。同時(shí)記錄汽車(chē)的橫擺角速度、車(chē)身側(cè)傾角、側(cè)向加速度等值。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果的平均值，按向左與向右轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)分別繪制幅頻特性和相頻特性圖，橫坐標(biāo)為對(duì)數(shù)坐標(biāo)，亦可采用線性坐標(biāo)。在汽車(chē)操縱穩(wěn)定性中，常以轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角為輸入，汽車(chē)橫擺角速度為輸出的汽車(chē)橫擺角速度頻率響應(yīng)特性來(lái)表征汽車(chē)的動(dòng)特性。轉(zhuǎn)向盤(pán)角脈沖輸入是從頻域上來(lái)對(duì)汽車(chē)進(jìn)行評(píng)價(jià)的試驗(yàn)。

14、研究頻率特性的目的在于：1）可以對(duì)瞬態(tài)特性作簡(jiǎn)單的描述；2）在不能采用轉(zhuǎn)向盤(pán)角斜坡輸入時(shí)，可通過(guò)頻率特性進(jìn)行研究，比如不均勻路面、試驗(yàn)場(chǎng)地較小時(shí)等；3）用以考察駕駛員車(chē)輛的控制回路； 對(duì)于操穩(wěn)性良好的車(chē)輛，進(jìn)一步的要求是：1）在很低的頻率范圍內(nèi)，不允許出現(xiàn)側(cè)向加速度振幅下降的現(xiàn)象，另一方面，橫擺角速度振幅的峰值也不允許太大。2）幅頻特性和相頻特性曲線隨著頻率增加不允許出現(xiàn)急劇下降現(xiàn)象。3）希望幅頻特性曲線能平些，共振頻率高一點(diǎn)，通頻帶寬些，以保證不同工況下失真度較小，都有滿意的操縱性能：同時(shí)希望相位差小些，以保證汽車(chē)有快速靈活的反應(yīng)。角脈沖數(shù)據(jù)處理諧振頻率的平均值，諧振峰水平D及相位滯后角按G

15、B/T 13047中確定。根據(jù)郭孔輝所著汽車(chē)操縱動(dòng)力學(xué)中提出的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，各指標(biāo)計(jì)分如下：1） 諧振頻率的評(píng)價(jià)計(jì)分值，大于100時(shí)按100分計(jì) （5-7）式中：諧振頻率的上限值，1.30Hz 諧振頻率的下限值，0.70Hz轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角脈沖試驗(yàn)中，幅頻特性諧振峰時(shí)對(duì)應(yīng)頻率,Hz2） 諧振峰水平 （5-8）式中：處的橫擺角速度增益，處的橫擺角速度增益，諧振峰水平D評(píng)價(jià)計(jì)分值，大于100時(shí)按100計(jì) （5-9）式中：諧振峰水平的下限值，5.00dB 諧振峰水平的上限值，2.00dB D 諧振峰水平的試驗(yàn)值，dB3）相位滯后角的評(píng)價(jià)計(jì)分值，大于100時(shí)按100分計(jì)。 （5-10）式中：相位滯后角的下限值，

16、60.0相位滯后角的上限值，20.0在輸入頻率為1Hz處的相位滯后角的試驗(yàn)值，（）4）轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角脈沖輸入試驗(yàn)的綜合評(píng)價(jià)計(jì)分值 （5-11）角脈沖試驗(yàn)仿真根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T6323.2-94規(guī)定的轉(zhuǎn)向盤(pán)角階躍輸入試驗(yàn)要求，仿真中汽車(chē)以最高車(chē)速195km/H的70%140km/H為初始車(chē)速進(jìn)行轉(zhuǎn)向盤(pán)角階躍輸入試驗(yàn)仿真。脈沖寬度為0.4s，轉(zhuǎn)向盤(pán)左轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向盤(pán)最大轉(zhuǎn)角為46d，轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角用脈沖函數(shù)控制，仿真結(jié)果如下圖。圖5-9左轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角 圖5-10 側(cè)向加速度響應(yīng) 圖5-11 橫擺角速度響應(yīng)仿真結(jié)果分析在數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，以轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角為輸入，汽車(chē)的橫擺角速度為輸出的汽車(chē)橫擺角速度頻率響應(yīng)特性來(lái)表征汽車(chē)

17、的動(dòng)特性，見(jiàn)圖5-12。圖5-12 橫擺角速度頻率響應(yīng)特性1）穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益不要太大，以免由于駕駛員無(wú)意識(shí)的輕微轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)而引起車(chē)輛很大的響應(yīng)。另一方面又不能太小，才不致于為了操縱車(chē)輛而要費(fèi)力地，過(guò)大地轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)。 聯(lián)邦德國(guó)幾所大學(xué)的汽車(chē)研究所通過(guò)大量轉(zhuǎn)向盤(pán)階躍試驗(yàn)得到如下統(tǒng)計(jì)數(shù)值【35】：近代轎車(chē)的橫擺角速度增益為0.2-0.3（1/s）。由上圖可見(jiàn)車(chē)輛穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益為0.23（1/s）滿足要求，但共振時(shí)增益較大，達(dá)到0.5457（1/s）。2）共振峰值頻率共振頻率值愈高，操縱穩(wěn)定性愈好。日本汽車(chē)研究所的轎車(chē)研究結(jié)果【36】：共振頻率均值為1.16Hz 。該樣車(chē)共振

18、頻率為1.3672Hz，略高于平均值。3）共振時(shí)的增幅比，增幅比應(yīng)小些。日本汽車(chē)研究所的轎車(chē)研究結(jié)果【36】：共振頻率處的增幅比均值為2. 412. 51dB。該樣車(chē)幅值較大，達(dá)到7.6 dB，樣車(chē)瞬間穩(wěn)定性較差。4) f =0.1Hz時(shí)的相位滯后角評(píng)價(jià) f =0.1Hz時(shí)的相位滯后角，它代表緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)響應(yīng)的快慢，這個(gè)數(shù)值應(yīng)接近于零。由上圖可以得出，該樣車(chē)在f =0.1Hz時(shí)的相位滯后角滿足條件。5）f =1Hz時(shí)的相位滯后角評(píng)價(jià)f =1.0Hz時(shí)的相位滯后角，它代表較快速度轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)汽車(chē)響應(yīng)的快慢，其數(shù)值應(yīng)小些。日本汽車(chē)研究所的轎車(chē)研究結(jié)果【36】根據(jù)式（5-7）（5-9）（5-10

19、）（5-11）要求我們可以得出結(jié)果如表。1）振頻率的評(píng)價(jià)計(jì)分值100（諧振頻率1.3672Hz）2）峰水平D的評(píng)價(jià)計(jì)分值25（諧振峰水平D7.6）3）相位滯后角的評(píng)價(jià)計(jì)分值97.6（相位滯后角22.4）4）綜合評(píng)分74.2仿真結(jié)果表明：140km/H（GB/T6323.2-94）試驗(yàn)橫擺角速度頻響諧振頻率為1.3672Hz，諧振峰水平D為7.6，相位滯后角為24.4度。該樣車(chē)相位滯后角較小，由圖5-11中，橫擺角速度峰值響應(yīng)時(shí)間為0.07s，樣車(chē)具有快速靈活的反應(yīng)。但該車(chē)諧振峰水平過(guò)高，穩(wěn)定性較差。5.4 轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)方法是研究汽車(chē)瞬態(tài)閉環(huán)響應(yīng)特性的一種重要試驗(yàn)方法，綜合評(píng)價(jià)汽

20、車(chē)行駛穩(wěn)定性及乘坐舒適性。國(guó)標(biāo)GB/T6323.5-94對(duì)試驗(yàn)做出相關(guān)規(guī)定。轉(zhuǎn)向輕便性實(shí)驗(yàn)是使汽車(chē)沿雙扭線做等向行駛，同時(shí)記錄轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩等值。該試驗(yàn)通常用來(lái)評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向盤(pán)力輸入特性，特別是用來(lái)評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向輕便性。轉(zhuǎn)向輕便性實(shí)驗(yàn)是使汽車(chē)沿雙扭線做等向行駛，同時(shí)記錄轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩等值。該試驗(yàn)通常用來(lái)評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向盤(pán)力輸入特性，特別是用來(lái)評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向輕便性國(guó)標(biāo)GB/T6323.5-94規(guī)定的雙扭線實(shí)驗(yàn)，雙扭線的極坐標(biāo)方程為： （5-12）軌跡上任意點(diǎn)的曲率半徑R按下式確定： （5-13）當(dāng)0時(shí)，雙扭線頂點(diǎn)的曲率半徑為最小值，即，雙扭線的最小曲率半徑按汽車(chē)的前外輪的最小轉(zhuǎn)彎半徑10m確定。仿真數(shù)據(jù)處理1）轉(zhuǎn)向盤(pán)最大作用力

21、（5-14）式中：轉(zhuǎn)向盤(pán)最大作用力矩， D 轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑，0.4m2）轉(zhuǎn)向盤(pán)所作的功 （5-15）式中：M(t)轉(zhuǎn)向盤(pán)在t時(shí)刻的作用力矩，(t)轉(zhuǎn)向盤(pán)在t時(shí)刻的轉(zhuǎn)角，（） 、試驗(yàn)起始、終止時(shí)間3）轉(zhuǎn)向盤(pán)平均摩擦力矩值 （5-16）式中：W轉(zhuǎn)向盤(pán)所作的功，J 轉(zhuǎn)向盤(pán)向左、向右的最大轉(zhuǎn)角，（）4）轉(zhuǎn)向盤(pán)平均摩擦力 （5-17）式中：轉(zhuǎn)向盤(pán)平均摩擦力矩值， D 轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑，0.4m根據(jù)郭孔輝所著汽車(chē)操縱動(dòng)力學(xué)中提出的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，各指標(biāo)計(jì)分如下：1）根據(jù)轉(zhuǎn)向盤(pán)平均操作力的評(píng)價(jià)計(jì)分值為： （5-18）式中：轉(zhuǎn)向盤(pán)最大作用力的評(píng)價(jià)計(jì)分值 轉(zhuǎn)向盤(pán)最大作用力的下限值，50N 轉(zhuǎn)向盤(pán)最大作用力的上限值，15N 轉(zhuǎn)向盤(pán)最大作用力的仿真值，N 2）轉(zhuǎn)向盤(pán)最大操作力的評(píng)價(jià)計(jì)分值為： （5-19）式中：轉(zhuǎn)向盤(pán)最大作用力的評(píng)價(jià)計(jì)分值 轉(zhuǎn)向盤(pán)最大作用力的下限值，80N 轉(zhuǎn)向盤(pán)最大作用力的上限值，30N 轉(zhuǎn)向盤(pán)最大作用力的仿真值，N3）轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)的綜合評(píng)價(jià)計(jì)分值為： （5-20）式中： 0.6+0.08，為汽車(chē)最大總質(zhì)量。轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)仿真采用了國(guó)標(biāo)GB/T6323.5-94中規(guī)定雙扭線軌跡，基準(zhǔn)車(chē)速10km/h，保