1乘用车中心区操纵稳定性客观评价指标体系研究

转向摩擦力矩
转向力
平均转向刚度 转向盘中间位置转向刚度
横摆角速度 横摆角速度增益 灵敏度
平均转向灵敏度
侧向加速度 最小转向灵敏度 1 m/s2 时转向灵敏度
线性度 路感
转向灵敏度之比 转向盘力矩梯度比 0 m/s2 时转向盘力矩梯度 1 m/s2 时转向盘力矩梯度 转向盘最大作用力矩 1 m/s2 时转向盘力矩 转向功灵敏度
表 2 汇总指标性能分类
特性
指标
横摆角速度滞后时间
横摆角速度响应迟滞
侧向加速度相对于横摆角速度的滞后时间
转向盘转角迟滞（转角—侧向加速度）
转向迟滞
滞后
侧向加速度迟滞（转角—侧向加速度） 转向盘力矩迟滞 0 m/s2 时转向盘力矩
侧向加速度迟滞（侧向加速度—力矩）
0Nm 时侧向加速度
转向盘转角迟滞（转角—力矩）
1
1、目前已有评价指标介绍
为保证评价指标体系能够更加全面地反映车辆不同方面的性能，本文调研汇 总了 ISO、GM 公司、MIRA 公司、TRC、Hyundai 公司、Toyota 公司的评价指标体 系，如表 1 所示。以汇总得到的所有评价指标作为本文所建立指标体系的基础， 保证最终确定的评价体系的全面性。
平均转向刚度
8 (Nm/deg)
0.313 0.326 0.281 0.403 0.284 0.34 0.332 0.226
转向盘中间位
9 置转向刚度
0.314 0.328 0.283 0.405 0.286 0.341 0.334 0.227
(Nm/deg)
平均转向灵敏 10 度(m/(s2·deg)) 0.149 0.139 0.141 0.127 0.104 0.173 0.138 0.096
○
转向盘力矩梯度比
○
○
○
转向盘力矩迟滞
○
○
侧向加速度迟滞（侧向加速度—
力矩）
○
转向功灵敏度
○
○
侧向加速度相对于横摆角速度 的滞后时间
转向系统阻尼
Toyota ○ ○
○ ○
○ ○
○ ○
2
2、评价指标的动力学分析及初选
根据评价指标反映车辆性能的不同，可将以上指标进行如表2分类，包括： 滞后特性、灵敏度特性、线性度特性和路感特性。
1）由表2可以看出，中心区操纵稳定性主要从两个方面进行了评价：转向力和车 辆的运动响应。其中运动响应分别从横摆角速度和侧向加速度两个方面进行描述。 在此本文选择通过侧向加速描述车辆的运动响应特性，剔除有关横摆角速度的评 价指标，原因如下：
a) 横摆角速度相关指标主要对车辆的“滞后”和“灵敏性”特性进行评价，然 而有更多关于侧向加速度的评价指标对这两方面性能进行评价，并且在“线
前言
目前国内外关于中心区操纵稳定性的评价方法仍以 ISO 标准为主，目前包括 连续正弦输入和中心区过渡实验。其中连续正弦输入试验被广大汽车生产商及研 发机构所采用，如 GM 公司、TRC（Transportation Research Center)、Toyota 公司、 Hyundai 公司、Nissan 公司等。但不同组织在该试验中所关注的评价指标不尽相 同。由于 ISO 标准所提供的指标过于繁多，有较大的重复性，重点不够突出，在 车辆的开发过程中不能较为高效地指导车辆的开发。因此建立一套全面、不重复 并且重点突出的中心区操纵稳定性客观评价方法对于提升我国自主品牌设计开 发能力具有深远意义。
Study on Objective Evaluation Index System of On-Center
Handling for Passenger Car
Abstract：So far, test methods and evaluation indices of on‐center handling are redundant. Key points on evaluation indices are not clear. In this paper, on‐center handling objective evaluation systems based on ISO, GM, MIRA, TRC, and Hyundai are summarized. Dynamic analysis on each index is given, and unreasonable, redundant indices are eliminated by analyzing the highly correlated indices of eight types of vehicles. By subjective evaluation tests of eight types of vehicles and analysis of subjective evaluation engineers, the queue of importance of objective indices is given with eliminating the unimportant indices. A comprehensive, not repeated on‐center handling objective evaluation system has been established to guide the vehicles’ development.
0 m/s2时转向盘
14 力矩梯度 （Nm/(m/s2)）
15 1 m/s2 时转向 盘力矩(Nm)
1.475 3.004
1.645 3.017
1.578 2.811
2.953 3.012
2.192 2.969
1.887 2.709
2.032 2.469
2.395 2.948
3、评价指标相关性分析
相关分析（Correlation Analysis，CCA）是处理两个随机变量之间相互依赖关 系的一种统计学方法，本文针对初步筛选后的评价指标体系进行了8个车型的实 车试验，并计算提取了相应的评价指标，试验结果如表3所示。
表 3 连续正弦输入试验结果
编 评价指标 车型 1 车型 2 车型 3 车型 4 车型 5 车型 6 车型 7 车型 8
号
转向盘转角迟
1 滞（转角—侧向 9.543 8.908 6.191 2.805 2.708 1.43 1.74 2.979
加速度）(deg)
2 转向迟滞(deg) 9.603 8.753 6.277 2.711 2.834 1.416 1.83 3.163
表 1 中心区操纵稳定性评价指标汇总
评价指标
ISO GM MIRA TRC Hyundai
平均转向刚度
○
转向盘中间位置转向刚度
○
转向摩擦力矩
○
○○ ○
转向盘转角迟滞（转角—力矩） ○
○
最大转向盘作用力矩
○
横摆角速度增益
○
横摆角速度滞后时间
○
○
横摆角速度响应迟滞
Hale Waihona Puke Baidu
○
转向盘力矩迟滞(横摆角速度— 力矩)
○
3
性度”和“路感”特性中的指标大多与侧向加速度有关，可见侧向加速度在 描述侧向运动特性方面更有代表性； b) 通过对主观评车师的咨询发现，在稳态工况下驾驶员感受车辆运动状态的更 多的信息来自于侧向加速度，特别是在小侧向加速度工况下，对横摆角速度 的感受较少； c) ISO标准推荐采用横摆角速度与前进车速之积计算侧向加速度，因此计算得 到的侧向加速度和横摆角速度的滞后特性和灵敏度特性是完全相关的。 2）表2中存在明显重复的两组评价指标： a) “0 m/s2时转向盘力矩”的正负值之差即为“转向盘力矩迟滞”，这两个指标 表征的意义几乎完全相同，两者选其一即可； b) “0Nm时侧向加速度”的正负值之差即为“侧向加速度迟滞”，这两个指标 表征的意义几乎完全相同，两者选其一即可。 3）表征线性度的指标“转向灵敏度之比”为“最小转向灵敏度”与“1 m/s2时 转向灵敏度”之比，这三个指标同时存在于评价指标体系中，有一定冗余，只保 留其中两个即可，本文选择被更多组织所采用的“转向灵敏度之比”和“最小转 向灵敏度”。 4）“转向盘力矩梯度比”为“0 m/s2时转向盘力矩梯度”与“1 m/s2时转向盘力 矩梯度”之比，这三个指标同时存在于上表中的评价体系，有一定冗余，只保留 其中两个即可，本文选择被更多组织所采用的“转向盘力矩梯度比”和“0 m/s2 时转向盘力矩梯度”。 通过动力学初步筛选，评价指标体系还有以上15个指标。见表3。
侧向加速迟滞
3 （转角—侧向 1.666 1.329 0.877 0.377 0.277 0.237 0.237 0.263 加速度）(m/s2)
转向盘力矩迟
4 滞（Nm）
4.053 4.062 3.25 2.433 2.473 2.393 2.269 2.197
5
0Nm 时的侧向 加速度(m/s2)
平均转向灵敏度
○
○
最小转向灵敏度
○○
○
1 m/s2 时转向灵敏度
○
转向灵敏度之比
○
○
侧向加速度迟滞（转角—侧向加 ○
○
速度）
转向盘转角迟滞（转角—侧向加 速度）
○
○
○
○
转向迟滞
○
0 m/s2 时转向盘力矩
○
1 m/s2 时转向盘力矩
○
0Nm 时侧向加速度
○○
○
○
0 m/s2 时转向盘力矩梯度
○
○
○
1 m/s2 时转向盘力矩梯度
最小转向灵敏 11 度(m/(s2·deg)) 0.128 0.121 0.125 0.123 0.099 0.159 0.133 0.086
转向灵敏度之
12 比
0.8153 0.7857 0.8389 0.6721 0.839 0.9138 0.8986 0.9773
转向力矩梯度
13 比
2.0952 2.3039 2.3658 2.6202 2.3419 2.1155 1.0878 2.3784
指标1‐5之间存在着高度相关关系，这5个指标为评价指标体系中描述车辆运 动响应滞后的指标。其中指标1、2、3（转向盘转角迟滞、转向迟滞、侧向加速 迟滞）描述的是侧向加速度相对于转向盘转角的滞后特性；指标4、5（转向盘力
5
矩迟滞、0Nm时的侧向加速度）描述的是侧向加速度相对于转向盘力矩的滞后特 性。这两组指标之间虽然高度相关，但反映的车辆性能略有不同。体现车辆响应 滞后的三个要素为：侧向加速度、转向盘力矩和转向盘转角，三者之间的相互滞 后关系需全面评价。上文中指标6（转向盘转角迟滞）已经描述了力矩和转角的 关系。因此以上两组指标中选择一组即可以对侧向加速度、转向盘力矩和转向盘 转角三者之间的关系进行描述。其中指标5（0Nm时的侧向加速度）不但描述了 车辆的滞后信息，并且包含重要的回正性能信息，即回正力矩和摩擦力矩相等时， 车辆的残留侧向加速度。指标5具有较强的代表性，因此保留指标5、剔除指标1‐4。
1.142 0.9615 0.813 0.4335 0.537 0.6085 0.565
0.454
转向盘转角迟
6 滞（转角—力 4.036 4.338 5.309 3.7 6.416 5.559 5.79 6.536
矩）(deg)
4
转向系统摩擦 7
力矩(Nm)
1.221 1.362 1.563 1.458 1.874 1.921 1.867 1.459
对以上15个指标进行相关分析，结果如表4所示。表格的第一行和第一列为 指标编号，表中的数值为相应指标之间相关系数的平方，如果两个指标之间的相 关系数较高，表明这两个指标之间有密切的内在联系，它们所表征的车辆性能有 一定的重复性。表中黑色阴影部分表示相关系数为“1”；浅色阴影部分表示对应 的两个指标相关，其相关系数的绝对值在介于0.8与0.9之间；深色阴影部分表示 对应的两个指标高度相关，其相关系数的绝对值在0.9以上。
乘用车中心区操纵稳定性客观评价指标 体系研究
作者：宗长富 詹军 管欣 高越 杨得军
吉林大学 汽车仿真与控制国家重点实验室，长春，130022
摘要：目前中心区操纵稳定性试验方法和评价指标都过于繁多，评价内容有一定 的重复性，重点不够明确。本文以 ISO, GM, MIRA, TRC and Hyundai 的中心区 操纵稳定性客观评价体系为基础，并对每一个指标进行动力学分析，剔除不合理 指标。通过对八种类型车的中心区操纵稳定性客观试验指标值的相关性分析，删 除反映车辆性能相似的多余指标。通过八种类型车的主观评价试验，及主观评价 工程师的分析，对每一个客观指标的重要程度做出排序，移除不重要的指标。最 终建立一套综合的、不重复的中心区操纵稳定性客观评价体系来指导车辆开发。
从表中数据可知，表征滞后特性的指标 6、7 与评价指标体系中其他所有指 标几乎没有表现出相关性，其中指标 6（转向盘转角迟滞）描述转向盘转角相对 于转向盘力矩的滞后，并且该指标包含了车辆的回正信息，即回正力矩和转向摩 擦力矩相等时，车辆残留的转向盘转角，该指标保留。指标 7（转向系统摩擦力 矩）描述了转向系统摩擦的大小，对中心区操纵稳定性有重要影响，该指标保留。