初识操稳-怎么表征和评价操稳?

2018-04-19 17:08:03·  来源:汽车底盘零件设计  
 
汽车操稳是衡量一辆车性能优劣的重要指标,包括两方面内容:操纵性和稳定性,简单的说,操纵性就是车辆能否按照驾驶员发出的指令行驶和转向,而稳定性是指当车辆受到路面、侧向风等的干扰时能否保持原来行驶状态。
操稳的内容
汽车操稳是衡量一辆车性能优劣的重要指标,包括两方面内容:操纵性和稳定性,简单的说,操纵性就是车辆能否按照驾驶员发出的指令行驶和转向,而稳定性是指当车辆受到路面、侧向风等的干扰时能否保持原来行驶状态。

操稳怎么表征?
既然操稳是衡量汽车优劣的一个重要指标,那我们必然希望这个指标越优越好,可是操稳这玩意儿这么抽象,这么飘渺,怎么才能提高?又具体要提高些什么?

首先,我们要去找等价物,找到一些具体的参数来表征汽车操稳这个性能指标,具体化!然后再通过优化这些参数来提高操稳性能,靠谱!

但是要表征好操稳是一件很难的事情!因为我们的本意是要全面、客观的表征它,但是想要全面的表征是需要大量的参数从不同的角度表征它,工作量非常大,也不现实。最重要的一点,操稳涉及到人的因素,因为车辆行驶是离不开人的操纵的,这就会使一百个人去驾驶同一辆车产生一百种不同的驾驶感受!所以全面表征也就变得很难,因为我们不可能在开发阶段邀请所有的人参与到操稳试验中。

那怎么解决表征问题?方法就是简单化+片面化!这里我们要交待下一般的对象研究方法,我们会将车看成一个控制系统,给这个系统一个输入,它必然会输出一个值,这个值就是我们要用来表征操稳性能的指标,举个例子,驾驶员想让车转向时,会转动方向盘一个角度,专业称为方向盘的角阶跃输入,这是一个输入,必然的,车辆就会随之转向,那输出是什么?有很多,那什么输出能很好的表征操稳呢?我们说肯定是转向及不及时,转向精不精准,也就是我们常说的指哪儿打哪,这些是我们关心的,好了,输出明确了,但有用吗?有具体的值吗?没有!再继续具体化,这里引入一个概念:横摆角速度,这就是一个值,我们就可以直接用这个值来评价操稳性能,因为它可以比大小,当然,具体怎么比大小我们还有说法。

首先我们要设定游戏规则,这样大家都能在规则里平等一致的比大小!这个游戏规则就是整车坐标系。见下图:



我们规定坐标原点O在整车质心位置,X轴指向车辆行驶方向并平行于地平面,Z轴竖直向上,Y向根据右手定则,且XOZ平面是位于整车的对称面上。规定好了坐标我们接下来就定义横摆角速度的概念,什么是横摆角速度?还是看上图,我们说车辆绕Z轴旋转的速度就是横摆角速度,这个应该很好理解。再进一步,为啥横摆角速度就能表征操稳特性呢?上面我们说过,当驾驶员操纵车辆转向时,在意的是车辆转向及不及时,精准不精准?恰好,横摆角速度这个值就能说明问题,这里会涉及两个概念,一是方向盘角阶跃输入下进入的瞬态响应,二是方向盘角阶跃输入下进入的稳态响应。咋理解?说直白点,我转动方向盘一定角度后不动,看车有什么反应?



如上图,一般的,车会经历两个过程,就是上面所提到的瞬态响应(时间t之间)和稳态响应(时间t之后),瞬态响应可以理解为车辆的挣扎,因为方向盘转过一个角度后,车辆并不是马上沿固定的半径做圆周运动,而是一会儿以大点的半径做圆周运动,一会以小点的半径做圆周运动,因为横摆角速度是不停的变化的,如果横摆角速度越变越小,则车辆会发生不足转向,反之会发生过度转向。当然操稳合理的车横摆角速度是不会一直变化的,最终会趋于一个稳定值(如上图所示),即会一直沿着固定的半径做圆周运动,直到方向盘回正,在趋于稳定之前的这段过程我们就称之为瞬态响应,而稳定之后就是稳态响应。我们往往会拿瞬态响应的时间来比大小,时间短肯定操稳优,因为你都没感觉车有啥变化,就顺利稳定的转弯了!说明车的转向很及时。另外,之前的文章也讲过,不足转向是另一个相关联的表征操稳的指标,就是车辆稳态后,随着车速的增加,车辆的转弯半径会越来越大,这是转向不足的定义。

综上,我们终于找到了一个能表征操稳特性的值!可以收工了吗?当然不能,因为片面化的太厉害了,我们本质上还是要追求全面客观的评价操稳的,所以再继续找啊,找等价物,能表征操稳的值,经过前人不断的研究发现,积累了很多类似的值,这里就简单罗列下:
横摆角速度频率响应;
转向盘中间位置操纵稳定性;
回正性;
转向半径;
转向轻便性;
直线行驶能力;
典型行驶工况性能;
极限行驶能力。

操稳的评价
上面我们已经讲清楚了如何去表征操稳特性,表征操稳的值有哪些,那接下来又有一个问题,我们用这些值怎么去比大小?有人说有了数值了还不能比吗?拉两辆车装上仪器一起测一下,大小一目了然!是的,这样比是没有问题的,也是可以在一定程度上反映我们车辆操稳的优劣,但这就够了吗?上面我们提到的人的因素还需要考虑吗?当然需要,不然就不客观了。这里我们怎么去评价其实是和对象有关的,上面我们提到了车这个系统,还有一种是人—车系统,针对不同的系统分别对应了不同的评价方法,对于单个的车系统,运用客观评价法,而人—车系统则是主观评价法。客观评价法直接用仪器测量数据,再比大小,主观评价法怎么比大小?打分!这辆车你开了以后能打几分,那辆车几分?有了分数自然就好比大小了!另外,再补充一点,对于就单个的车系统,目前仍是我们最主要的研究对象,因为车是固定的,不像人—车系统的千变万化,而且易于建模用于前期理论分析和虚拟仿真,能够节约大量的试验周期和费用。

最后,我们用操稳的概念来总结下:汽车的操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下,汽车能遵循驾驶者通过转向车轮给定的方向行驶,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。 
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