乘用车转向性能主观评价与客观评价的相关性.docx
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1、乘用车转向性能主观评价与客观评价的相关性摘要:为了使主观评价能够用客观测量的方法进行数值量化,从而实现客观评价完全替代主观评价的目标,对乘用车转向性能主观评价与客观评价的相关关系进行研究.主观评价试验以转向性能为研究对象,客观试验以转向盘角脉冲试验、蛇行试验、转向盘中心区试脸为研究对象。分别建立了转向性能主观评价体系和客观评价体系,包括固有转向特性、转向瞬态响应、横摆响应特性等7个主观评价指标,以及共振峰频率、平均转向盘转角、横撰角速度增益等17个客观评价指标.通过时4辆乘用车进行实车试验,每辆车均获得7组主观评价得分与17组客观测量值。采用逐步回归分析法,建立了主观评价得分与客观测量值之间的
2、二元回归我性方程。结果表明:在小样本前提K乘用车转向性能主观评价指标与客观测量指标均呈现线性相关关系,分别为元线性关系与二元线性关系;在线性函数中,大多数主观评价指标均与共振峰水平呈显著负相关关系.通过假设检的与车辆动力学分析发现:共振峰水平是影响转向性能主观评价的克要指标.当共振峰水平的数值较小时,能获得较好的主观评价得分。关键词:汽车工程:相关性:逐步回归:转向性能:生观评价O引言在乘用车操纵稳定性能开发与设计的实际过程中,主观评价、客观评价和计算机仿真3种方法相互配合完成评价工作。这一过程需要23a的时间,耗时较长。其主要原因是主观评价不能给出汽车性能与汽车结构之间的联系,而客观评价无法
3、体现驾驶(乘坐)感受。如果能建立主观评价与客观评价之间的相关关系,就能够达到缩短样车设计开发周期、提效率、降低成本的目标。从20世纪70年代开始,汽车操纵槎定性能主客观一致性问题成为各大汽车公司及学者的研究重点。国外主要以1.eedS大学DACro1.1.a、DCChen等的研究成果为主,采用改变实车物理参数的方式以扩充样本容量。国内主要以吉林大学管欣、宗长富等的研究成果为主,主要采用开发型驾驶模拟器对虚拟样车进行研完。但主客观评价相关性研究仍存在问题,改变实车物理参数将使得样本性能过于集中,缩小车辆客观测量数据的范围,另外驾驶模拟冷减弱了车辆的动力学状态,与实车存在差异,无法反映汽车的动态转
4、向性能,从而影响驾照!感受,由此得到的主观得分、客观测量数据与实车试脸有所差别。因此,为了扩大操桎性能客观测量值范围,更加客观地反映问题,本研尢采用不同型号的试验车进行试验,其中,主观评价试验以转向性能为研究对象,客观试5佥以转向盘角脉冲成验、蛇行试验、转向盘中心区试验为研究对象,采用逐步回归分析法建立主客观评价目标之间的函数关系。1主客观评价试验对4辆乘用车进行了主观评价试脸和客观评价试验。其中,主观评价试验通过十分制评分法,客观试验采用V-BOX3i汽车整车性能测试系统采集客观测珏数据。1.1 试验准备试验乍辆本试脸选择4辆乘用车,分别记为VI,V2,V3,V4.这4辆车均为发动机前置前轮
5、驱动、手动变速,其他参数见表I.表I试验车辆基本参数Tab.1Basicparametersoftestvehic1.es“aV1.*1v4艮。iaioI00I*rtIMSteIMOISOIWI5IWI4I5MS.:3*039133MO2IMWMBVAtMrM(MttJt1.KMIut死力MtfVH9If9*再等式HmJHftKt4转向摆振8.258.007.254.(X)5转向何止振荡8.258.(X)7.504.,6Ie向力8.008.007.006.75通过主观评价试验,试验工程师认为军辆V2的转向性能主观感觉表现最为良好,其他依次为VI,V3,V4。具体而言,车辆VI转向响应一般,无过
6、冲现象,横摆较小,快速收敛;车身底盘协调统一,他向力清晰,转向准确,无需转向调整,转向力感沉重,影晌操控舒适度。车辆V2转向晌应一股,轻微过冲,横摆角速度增益适度,收敛较快,表现出较好的操控性能、较舒适的转向力及测向力感,但车身侧倾较明显.车辆V3转向响应一般,轻微过冲,横摆较为明显,但收敛较快:高速时侧倾明显,并且中心区较清晰,转向略感沉或,左右转向灵敏度存在较小差异。车辆V4转向力感较轻,转向准豳度高且左右转向对称,但转向沉重、抗测滑能力不足。1.3 客观评价试验依据汽车操纵稳定性试验方法(GB/T632J2014)建立客观评价体系,对推荐指标进行相关系数检验,制除重其性大的指标,建立了1
7、7个指标的客观评价指标体系,采用V-BoXTOo1.S完成数据的后处理工作,并提取了所得的客观指标值,见表4.表4客观评价指标值Tab.4Va1.ucsofobjCctivccva1.uationindicators中112t*a。IKAMtV1IMXM(raR3MA(八)a咐”um4V11MhMu-ITUi)UhInnHM:(BIW1.*xwmmnBt*Wgf2KAQX*aMwf1.3Kan00.4cr*m*m0IB*r9BJ.MMahV(M-ar*s3HMftM三MVItTUQMaeI9一力am*a*S71.inW741.+2.1 主观评价与客观评价之间的关系乘用车转向性能主、客观评价相关
8、关系的本历是建立主观评分结果与客观测量:数据的函数关系。通过实车试验,已获得转向性能7级主观评价指标得分与17组客观测量数据,并以前者为因变量,记为y,后者为自变量,记为X。由于试验样本忌为4,为了让回归方程更加稳定,选择二元线性回归。采用SpSS软件进行逐步I可归分析,选择标准化系数,得到主客观评价间的线性回归关系,见表5。我5主观指标与客观指标间相关关系的线性回归方程Tab.S1.inearregressionequationsofcorre1.ationbetweensubjectiveandobjectiveeva1.uations线性回回方程主观指标相关客观指标共振峰水平、平均转向盘
9、y1.=-1.I27x2-O.28x4固有转向特性转角共振峰水平、平均船向加y2=-1.0872-O.I75x7转向瞬态响应速度)j=-0.988x2横摆响应特性共振峰水平y4=-985.r2转向摆振共振峰水平ys=-0.983巧转向回正振藩共振峰水平y6=-1.II4x3-0.243x1一向力相位滞后角、共振峰频率2.2结果分析分析结果呈现了两种相关关系,分别为二元线性回归关系与一元线性回归关系。其中,具有二元线性回归关系的主观评价指标有3个,分别为固有转向特性、转向瞬态响应、测向力:具仃元线性回归关系的主观指标共有4个,分别为横摆响应特性、转向摆振、转向回正振荡、换道行照!特性,出现一元关
10、系式的原因在于逐步引入自变时时找不到第2个符合条件的自变量,在关系式中,正负符号分别表示自变量对因变量的显著正负相关性。另外,呈现线性相关的客观指标主要有共振峰水平、平均转向盘转角、平均侧向加速度、相位滞后角、共振峰频率5个指标,均源自转向盘角脉冲试验、蛇行试验,而与转向盘中心区试验无关。特别地,在主观评价指标中,6个指标均与共振峰水平呈线性负相关关系,1个指标与其间接相关。2.1.1 转向性能主观评价与客观试验特性分析3种客观试验表现出不同的车辆操稳特性。转向就角脉冲试脸属于转向瞬态响应试验,能够询定汽车的频率特性。蛇行试脸则覆盖了中高速工况卜的线性区域和非线性区域。转向盘中心区试购通常采用
11、连续正弦输入,使车辆从线性区段入中心区,然后驶离中心区的过程,属r穿越中心区类型的试验“虽然这种运动实际上并不代表任何常见的行驶工况,但却是一个特别适合描述转向精度和转向灵敏度的车辆行为。按照转向性能主观评价的试验要求,车辆常处于大转向盘转角或者大侧向加速度的行驶工况.从客观试验特性的角度来看,前两种试验与转向性能的主观评价要求更加贴近,而转向盘中心区试验与之无关。这主要是因为中心区试验要求在高速行驶时车辆转向盘转动范围不大、侧向加速度较小的直线行驶位置区域,它关注的是小恻向加速度下的操稳特性。2.1.2 关键指标分析在主客观相关性函数中,大多数方程式包含了共振峰水平指标,可以认为共振峰水平是
12、主观评价的关键指标。共振峰水平的计算式为:。=204,式中,D为共振峰水平;AP为共振峰频率处的横投用速度增益:AO为频率为零处的横撰角速度增益。该指标表征了共振频率下车辆的转向灵敏度相时乎稳态增益时的失真程度.其值越小,则意味若在整个频率转向操纵下车辆的瞬态响应与稳态响应的f6i差越小。这反映到曲线上的特征就是:共振峰水平值越小,幅频特性曲线越平级。而这反映到主观感觉上就是:共振峰水平值小、转向平稳准确、转向回正振荡小等特性。值得注意的是侧向力与共振峰频率呈负相关关系。对于共振峰频率,W1.inckc等通过角阶跃试验得到4辆车的幅频特性,建立了主观评价与共振峰嫉率的线性关系,得到了共振峰频率
13、越高而主观评价越好的结论JI共振峰频率与共振峰水平为对数关系“因此,在客观评价指标中,共振峰水平是影响主观评价得分的关键指标。3结论本研究旨在探究乘用下转向性能主观评价与客观评价的相关关系。通过对4辆试脸车(非本研究样本)的实车试验,获得主观得分与测量数据的客观评价,采用多元线性回归分析方法建立了两者的关系函数,得到以下结论:(1)转向性能的主观感觉主要与转向盘角脉冲试验、蛇行忒验的客观指标相关,而与转向盘中心区试验的客观评价指标无关。(2)在小样本条件下,转向性能主观评价指标与客观指标均上级性关系。其中,共振峰水平是影响转向性能主观评价指标得分的亚要客观指标,且均与主观评价指标呈显著负相关关
14、系:当共振峰水平较小时,转向性能将获得良好的主观得分。未来的研究将在增加试脸样本的基础上尝试使用非线性分析挖掘主、客观评价间的非线性关系。附参考资料:汽车操纵性能的主观和客观评价简介理想的车辆性能的概念目标可以是(I)愉悦的驾驶!感,(2)转向轻便,(3)易于控制,以及(4)操纵安全性.该概念基本上基于(a舒适性,(b)灵活性,(C)精确度和(d)安全性。作为车辆动力学的一个类别,动力学性能主要通过操纵稳定性和平顺性来具体表现。如今,尽管不同的汽车或轮胎公司采取各种测试和评估方法,但最终只能由专业驾驶员通过多次测试时其进行主观评价来评估它们。即使在同一家公司内,这些方法也可能因每个测试工程师而
15、异。主观评价传统上由经过专门培训的工程册或技术人员进行,而不是由车辆动力学专家进行。由于般而言他们没有广泛的乍辆动力学知识,因此主观评估的基本车辆动力学概念尚未完全建立,为j*成功地表征性能,应该从根本上理解这个概念。应该指出的是,没有自己的主观评价经验,任何人都很难理解我他人的主观评价。每个测试工程师都有自己的主观测试和评估技术,这些技术经验是由专家培训师,经验丰宫者和他白己做过的各种实践积累的.实际上,大多数测试工程师只知道如何对车辆性能进行主观评价,然而,他们无法用科学语言表达他们的感性感受。这就是为什么在车辆动力学的发展中始终存在不可触碰的障碍。在过去的半个世纪中,车辆动力学已经发展起
16、来,以使汽车拥有更好的操纵稳定性和行驶平顺性然而,与其他技术相比,车辆动力学的发展并不大。关于评价操纵稳定性和驾驶平顺性能的主观测试的实用文档很少公开。幸运的是,ISO国际标准为各种操纵稳定性客观测试提供了非常标准化的程序1.1.-17Ja但是,1SO国际标准或任何其他文档尚未公开有关实际驾驶平顺性测试的标准化程序。相反,ISO国际标准2631-1提出J影响人身体健康,舒适性和晕动病的周期性的、随机和瞬态的整车振动的测量方法18)。一些研究提供了客观测量和整车操稳感知之间的许多相关方法19-210Cro1.1.a等人进行了一项综合研窕,使用组合的主观-客观方法进行操稳性能评估22NOrman和
17、Farrer分别对客观评估中心区操稳性能进行实践研窕23,24.,Sa1.aani等人对于中心区和非中心区驾驶的转向路感的试验评估做了很好的研究125其他一些研究试图在瞬态转向特性的客观测量和主观评价之间进行实际关联2628.许多研究使用人类的不适感来客观评估平顺性能29-35卜Ushijima等实际研窕了不平路面冲击的客观测量与主观评估之间的相关性|36)。还有一些其.他工作也使用了振动效应来客观评估冲击力37.38。安曼等人认为声音和振动对人类对冲击力有影响139。当我们淡论操纵稳定性能时,我们经常使用有些术语,例如直线,转向,转弯和稳定性4O43J.操稳性能被认为是车辆和驾驶员的组合特征
18、。实际上,其主观评估通常受到驾驶员评估能力和偏好的影响。在驾驶员本人的影响因素最小的情况下评估此性能非常重要。本手册中给出的主观评价和主观测试是世界上许多汽车和轮胎公司在汽车或轮胎的认证过程中常用的非常实用的测试。这里,主观评价和主观测试试图战于其实际概念进行标准化。作为进行主观评价的工具,本手册对主观测试进行了描述。对于每个主观测试,解释了其基本概念,测试程序和驾触条件。即使其概念与其他测谎方法的概念一致,其测试程序和/或驾驶条件也可能与其他测试方法不同。为了良好地进行主观评价,操纵稳定性和平顺性能可以主要分为五种能力。每种能力都被分类为相应的特征。与主观评估类似,主观测成主要分为五种操作。
19、每次操作都由几个测试和特殊设计的程序组成。作为主观测试的补充方法,客观测试用来获得最终用丁车辆动力学分析的客观测试数据,使用从测疥数据中提取的车辆动力学变量,进行车辆动力学分析以解择主观评价结果。因此,在这里我们定义了(八)主观评价变量,(b)客观测量变量和(C)物理感知变量。为了主观地评价操纵稳定性和平顺性能的每个特征,主观评价变量在感觉上被评估。客观测量变量用于客观地描述代表特征的车辆运动.物理感知变会是测试工程如实际感知的物理变量。最终,这些变量可以用客观测量变量表示。主观评估SAEJI441解择了车辆操纵稳定性的10点匕观评定量表44。但是,它没有给出如何进行主观评价。在实践中,大多数
20、汽车制造商和轮胎公司正在使用这种量表.在本手册中如图37.1所示,车辆的操纵稳定性和平顺性能按五种能力分组,例如直线性,(2)转弯特性,(3)可控性,(4)稳定性和(5)舒适性。每种能力都被特别地分为几个特征。图37.1中给出的特征的术语习惯上用于表达它们的感知概念,而不是它们的科学定义40-431.它们的名称在工程意义上可能不合适,并且根据每个用户而略有不同.所有特征可能都是彼此独立的,同时它们也会受彼此造成的结果影响。即使不同的特征也可能有相同的结果。无论自由转向还是固定转向,直行性是指没有任何明显地偏离直线路径的直线行驶能力。转弯特性是种转向能力,可以通过更好的操纵方式和更柔和的转向来实
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