CN100562735C - 关于车辆/轮胎操纵稳定性的转向性能的定量分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供定量地确定转向性能的方法，将车辆的转向性能分为转向不足、转向过度、解除动力后反应几项来进行分析。其中转向不足分析使用与车辆转弯路径关联的转弯曲率和转弯速度的参数，转向过度分析利用与车辆姿态关联的前端角和前端角时间变化率，解除动力后反应的分析利用前端角的斜度、变化率、及变化量，将这些参数与从车辆的行动状态稳定的准稳态试验所获取的基准数据比较，来定量地确定转向性能。

Description

与轮胎相关联的车辆操纵稳定性的转向性能的定量分析方法

发明领域

本发明涉及与轮胎相关联的车辆操纵稳定性的转向性能的分析方法。更具体地说涉及如下方法：将车辆的转向性能分为转向不足、转向过度、解除动力后反应几项来进行分析，转向不足分析使用与车辆转弯路径关联的转弯曲率和转弯速度的参数，转向过度分析利用与车辆姿态关联的前端角和前端角时间变化率，解除动力后反应分析利用前端角的斜度、变化率、及变化量，将这些参数与从车辆处于稳定行驶状态的所谓准稳态下的试验中获得的基准数据进行比较来定量地确定转向性能。

背景技术

Walter的美国专利第4,969,212号中提出了利用基准数据定量地分析车辆的转向不足和转向过度性能的技术。该专利是将行驶中发生的横向加速度和偏航率(yaw rate)与预先设定的基准横向加速度和基准偏航率进行比较，以定量地分析转向不足和转向过度程度的技术。

Gauthier等的美国专利第6,580,980号揭示了利用稳态的转弯(steady-state turn)、起步(lift off)、过渡状态(transient state)、紧急变更车道(emergency lane change)、紧急J型转弯(emergency J-turn)等试验进行轮胎的性能评价的方法。该专利揭示了既利用对各个试验法的主观评价方法也利用使用测量数据的客观评价来定量分析轮胎的操纵稳定性的方法。

车辆/轮胎的设计的最终性能评价是根据专门的驾驶者的主观评价来进行的，特别是操纵稳定性的评价，大部分是依据这样的主观评价方法。所有的分析法都着重于能够很好地反映主观的评价结果。上述美国专利第4,969,212号和第6,580,980号的分析方法是原样使用横向加速度、偏航率、车辆速度之类的与车辆行驶相关的基本参数，力图表示专门评价者的主观的评价结果。但是，实际上，专门评价者利用各评价项目所相当的知觉参数(perceptual parameter)而不是上述基本的车辆行驶参数等来进行主观的评价。因此，上述技术的方法具有很难如实地反映专门评价者的主观评价的缺点。

发明内容

实车测量是在车辆上安装各种各样的传感器，获取实际行驶中的车辆行动和驾驶员的信息作为直接数据的试验方法。本发明的目的是利用这样的实车测量，开发能够将主观的评价结果进行客观评价的分析法。作为定量分析车辆性能的方法，首先，同时进行对转向性能的各项目主观评价和实车测量，或者是分别进行。然后，利用分析实际主观评价时所出现的车辆的行动和驾驶者的信息的方法。现有的多个技术中都显示了稳态圆形转弯试验那样的稳态条件下的转向性能。而在本发明中，则要显示出车道变更和环形线路行驶时所出现的过渡(transient)转弯条件下的转向性能。实际上，从现实的角度来看，对转向性能的主观评价主要是在车道变更、环形线路转弯试验那样的过渡状态而不是在稳态下进行的。因此，本发明的特点是一种能够直接适用于车辆/轮胎设计的较现实的方法。

本发明是与轮胎相关联的车辆操纵稳定性的转向性能的定量分析方法，其特征在于，在车辆上安装实车测量装置，为了对车辆的转向性能即转向不足、转向过度、解除动力后反应进行分析，从进行实车试验所获取的数据求转弯曲率、转弯速度、前端角、前端角的时间变化率，将它们与预先决定的转弯曲率、转弯速度、前端角的基准数据进行比较分析，来确定转向性能。

附图说明

图1是说明转向不足现象的图；

图2是说明转向过度现象的图；

图3是说明解除动力后反应现象的图；

图4显示了车道变更的试验方法；

图5显示了过急的车道变更(severe lane changing)的试验方法；

图6显示了环形线路转弯(circuit cornering)的试验方法；

图7显示了转弯时，加载动力/解除动力试验的方法；

图8显示了转向不足的分析方法；

图9显示了转向过度的分析方法；

图10显示了解除动力后反应的分析方法；

图11显示了转向角(steering angle)的基准数据的曲线；

图12显示了车道变更试验中的转弯曲率(turning curvature)和转弯速度(turning velocity)的曲线；

图13显示了车道变更试验中的前端角和前端角的时间变化率(noseangle time rate)的曲线；

图14显示了过急车道变更的试验中的转弯曲率和转弯速度的曲线；

图15显示了过急车道变更试验中前端角和前端角的时间变化率的曲线；

图16是显示环形线路急转弯试验中转弯曲率和转弯速度的曲线；

图17是显示环形线路急转弯试验中，前端角和前端角的时间变化率的曲线；

图18是表示转弯时的解除动力/加载动力试验中转弯曲率和转弯速度的曲线；

图19是转弯时的解除动力/加载动力试验中，表示前端角和前端角的时间变化率的曲线；

图20是转弯时的解除动力/加载动力试验中，表示前端角的变化的曲线。

优选实施例的详细说明

本发明中的转向性能分为转向不足、转向过度及解除动力后反应三项。转向不足和转向过度项表示转向性能中车辆的转向不足和转向过度的发生量，与之相反，解除动力后反应是表示转弯时的加载动力/解除动力试验中的转向不足和转向过度的变化特性。

本发明中对转向性能的定义如下。

转向不足指的是车辆在转弯运动时从所要求路径向外侧偏离的现象。这与轮胎的前轮抓地特性有密切的关联。即，转向不足主要是前轮抓地力小的情况下发生的。这里，对转向不足程度的主观评价是根据评价者的特殊基准来确定的。

图1用于说明实际驾驶者感觉到的转向不足现象。车辆为了安全且快速通过图1所示的拐弯处，必须按照理想路径行驶。这里，转向不足特性严重的车辆如图1所示。车辆从理想路径向外转弯的转弯半径增加。在这种情况下，驾驶员为了驱使车辆沿理想路径转弯，要花更大的力量来操作转向角。因此，不希望出现转向不足严重的现象，因为不容易操纵。实际上，驾驶员在图1那样的试验中，将转弯时要求的转向角的大小和车辆转弯行驶的特性与自己所设定的基准进行比较，来评价转向不足的程度。

转向过度与转向不足相反，指的是车辆在转弯运动时驶入转弯路径内侧的现象，主要是与后轮抓地特性密切关联。一般的，后轮抓地力不足时，经常会发生转向过度现象。图2显示了转弯时车辆的转向过度现象。在发生了转向过度的情况下，显示出由车辆所朝向的方向和实际车辆运动的方向(速度向量的方向)之间的角度所确定的车辆姿态有很大的差别。

即，转向过度现象越严重，车辆姿态角就越大。一般的，因为驾驶者难以控制的原因，所以不希望出现转向过度严重的现象。与转向不足相同，驾驶员将转弯时发生的车辆姿态与预先设定的基准值进行比较，来评价转向过度的程度。

解除动力后反应表示转弯时发生的转向不足和转向过度性能的变化。一般而言，通过如图3那样转弯时的加载动力/解除动力试验来评价。这里，引起转向不足和转向过度的变化的机理分为两大类。第一类是从固定的转向状态向稳态的转弯过程中，轮胎的抓地力随着全节流打开(full throttle on)而变化。这里，随着车辆的驱动方式的不同，发生抓地力的变化的位置就不同。在前轮驱动车辆的情况下，由于最大限度的节流阀打开而在前轮轮胎产生驱动力，前轮轮胎的转弯作用力由此减少。在后轮驱动车辆的情况下则相反，后轮轮胎的转弯作用力减少。外，加速引起负荷从前轮向后轮移动，作用于前轮轮胎的垂直荷重减少。反之，作用于后轮轮胎的垂直荷重增加，从而引起前/后轮的抓地力的变化。

第二，在一定的操纵状态下会突然发生节流阀截止(throttle off)。在转弯行驶时，如果轮胎的抓地力的变化引起节流阀突然截止，负荷从后轮向前轮发生急剧的移动。由此发生作用于轮胎的垂直荷重的变化，引起轮胎的抓地力的变化。另外，驱动力没有了，使轮胎的转弯作用力变化，引起前轮或后轮轮胎的抓地力的变化。驾驶者感知由所述的全节流打开和骤然的节流阀截止所表现出的转向不足和转向过度的变化，来评价解除动力后反应特性。在这里可知，驾驶员利用与转向过度现象相关的车辆姿态，评价解除动力后反应的程度。一般而言，在前轮驱动车辆的情况下，全节流打开时发生转向不足现象，节流阀突然截止时发生转向过度现象。这里，因为从转向不足向转向过度的转向性能的变化越小，车辆的控制就越容易，对性能方面来说是有利的。一般而言，在从加载动力向解除动力变化时，希望转向性能的变化越小越好。

本发明提供关于所述转向性能的分析的实车试验方法，提供关于分析转向不足和转向过度的车道变更、过急的车道变更、环形线路急转弯试验方法，和关于解除动力后反应分析的转弯时的加载动力/解除动力试验方法。

根据本发明的车道变更试验如图4所示，该试验相当于为了避开前方的障碍物而变更一个车道的情况。在车道变更时，车辆的运动如图4所示，包含方向相反的两个连续的转弯运动。一般地，在车道变更的开始段和中间段呈现出转向不足的性能，在车道变更的后半段呈现出转向过度。车道变更试验中方向盘转向角的输入(操纵)方法因驾驶员的不同会有所不同，可使用下述的方法来进行。

试验方法：

根据本发明的车道变更，在变更一个车道的试验中，优选车道变更的宽度为2.5～4.5m(米)，方向盘操纵按正弦波形进行，方向盘操纵角的大小为-180～+180deg(度)，车辆速度在40～350kph(千米/小时)的范围内。

另外，过急的车道变更试验如图5所示，相当于在高速行驶时避开前方突然出现的障碍物，回到原来的车道的试验。因为是比较紧急的情况，一般地驾驶员会使节流阀截止，包含图5所示的3个连续转弯运动。过急的车道变更的第一转弯和第二、第三转弯的开始段处出现转向不足，第二和第三转弯的后半段处出现转向过度。试验方法是在节流阀截止的同时，以下述振幅为90°左右的正弦曲线状态来输入转向角。转向角由于车道变更而会有大的急剧的输入，车辆的运动相当剧烈，后轮的稳定性(rear axle stability)会出问题。

试验方法：

根据本发明，所述过急的车道变更是车辆在变更一个车道后再恢复到原来的车道的试验，车道变更的宽度取2.5～4.5m程度、车辆速度为60～200kph直线行驶中，优选使用在方向盘操纵的同时使油门踏板空置的方法进行。

图6是显示了按照操纵环形线路进行的环形线路急转弯试验方法，根据本发明，是按照赛车道行驶试验来进行的，能够在拐弯进入部(入口)和出口处分别评价各转向不足和转向过度的变化。一般的，在拐弯进入部发生转向不足现象，在拐弯出口处根据车辆驱动方式发生转向不足和转向过度。在拐弯的中间段(mid-corner)车辆以稳态运动。在赛车的情况下，大部分是后轮驱动方式，如在拐弯出口处加速，由后轮轮胎的驱动力的发生而产生后轮轮胎的转弯作用力的减少，从转向不足到转向过度发生转向性能上的变化。

图7显示了通过转弯时的加载动力/解除动力试验来评价转向性能的方法。转弯时的加载动力/解除动力试验的最大目的是转弯运动中引起急剧的节流变化时，根据前轮轴和后轮轴间发生的荷重移动来评价车辆的稳定性。车辆的行动变化对这样的荷重移动的敏感程度是通过解除动力后反应特性而主观评价的。一般而言，在前轮驱动车辆的情况下，如果全节流打开，则增加转向不足的倾向。在后轮驱动车辆的情况下，相反，转向不足倾向减小，严重的情况下会发生转向过度现象。

所述转弯时的加载动力/解除动力试验是在车辆稳态转弯中，采用突然对油门踏板加力维持一定期间后，再突然停止油门踏板的方法。这里，初期稳态转弯速度设定为：横向加速度为0.5g(重力加速度)以上，油门踏板的加力期间为1.0～5.0秒之间，油门踏板的最大加力位移为A₀(mm)。在这种情况下，油门踏板的加力大小最好设定在为A₀的1/2～1.0的范围内。

根据本发明的转向性能的分析方法的特点是能够很好地反应主观的评价结果。如先前所说明的那样，详细分析对转向性能的主观评价方法，使用与对转向性能的主观评价相关的驾驶员的知觉参数，来实施转向性能的分析法。

首先，为了分析很好地反映主观评价的转向不足，使用了图8所示的车辆动力学的概念。在车辆前轮的抓地力小，转向不足特性严重的情况下，如图8那样车辆驶向转弯路径的外侧。为了表示这样的特性，使用转弯半径(R_d)、转弯曲率(κ_d)，转弯速度(ω_d)的参数。为了更好的反映主观的评价结果，这些参数都是从驾驶座测取的值，用下面的方法来求。

${\mathrm{\ω}}_d=\frac{a_{\mathrm{yd}}}{V_d}---\left(1\right)$

${\mathrm{\κ}}_d=\frac{1}{R_d}=\frac{{\mathrm{\ω}}_d}{V_d}---\left(2\right)$

这里，a_yd和V_d是在驾驶座处的车辆的横向加速度和车辆速度。利用转弯半径可以表示转向不足的程度，但是由于车辆在直线前进状态下R_d为无限大，很难适当地表示。因此，转向不足的程度如下所示，将转弯时发生的车辆的转弯曲率(κ_d)与基准转弯曲率(κ_d(N))进行比较来表示更有效。这里，基准转弯曲率是车辆显示为正确转弯性能时的转弯曲率。

Δκ_d＝|κ_d(N)-κ_d|    (3)

式(3)利用了车辆转弯运动时的运动路径来表示转向不足的程度。这里，分析转向不足程度的方法是利用曲线图，该曲线图是以Y-轴表示所述基准转弯曲率(κ_d(N))、在实车试验的驾驶座附近、或是车辆的中心附近测定的转弯曲率(κ_d)，以X-轴表示设定时间或转向角，根据该转弯曲率曲线图用与上式(3)相同的方法求出转弯曲率的差，进行分析。其中，转弯曲率的差越大，可以分析出转向不足的现象越大。

实际上，专门的驾驶者评价转向不足的程度时，除这样的特性之外也考虑车辆的行驶的方面。图8中为了圆满地通过给定的路径，必须很好地产生转弯速度(ω_d)。如果将车辆圆满地通过给定路径时的基准转弯速度定为ω_d(N)，驾驶者在这种情况下感觉到正确的转向。另外，转弯运动时产生的ω_d小于基准值ω_d(N)时，车辆从基准路径偏向外侧，驾驶者感觉到转向不足。这样的概念可表示如下：

Δω_d＝|ω_d(N)-ω_d|    (4)

这里，转向不足程度的分析是利用以Y-轴表示所述基准转弯速度(ω_d(N))和实车试验中测定的转弯速度(ω_d)，以X-轴表示时间或转向角的曲线图，根据该转弯速度曲线图用上式(4)那样的方法求转弯速度的差，来进行分析。

根据上式，转弯中发生的转弯速度(ω_d)比基准转弯速度(ω_d(N))越小，转向不足的程度越大。

利用式(3)和式(4)定义转向不足的系数US如下：

US≡w_us1Δκ_d+w_us2Δω_d＞0    (5)

这里，w_us1≥0，w_us2≥0是转向不足的加权值，这些值根据专门评价者或试验条件来决定。

这里，分析转向不足的程度的方法是利用所述转弯曲率的差和所述转弯速度的差，按照上式(5)来设定转向不足的参数US，转弯曲率的差(Δκ_d)和转弯速度的差(Δω_d)是取实车试验得到的转弯曲率和转弯速度的曲线的最大值或平均值来定量地分析。

根据上式(5)可知，实际试验中发生的转弯曲率和转弯速度比基准值越小，转向不足的程度越大。

另外，专门驾驶者对转向过度的主观评价如图9所示，主要受车辆姿态的影响。转向过度是转弯时后轮抓地力不足，多在后轮侧发生侧滑的现象。此时，用由车辆面向的方向和实际车辆运行方向之间的角度定义的前端角能够说明转向过度现象。定义驾驶者的位置的前端角

如下：

这里，V_xd和V_yd是各驾驶者的位置处纵向((longitudinal))和横向(lateral)的速度分量。前端角相对于时间的变化量也与驾驶者感觉的转向过度相关，可以用如下的关系求取。

这里，

是偏航率。

与转向不足的分析相同，利用前端角

和基准前端角

如下确定转向过度的参数。

这里，转向过度程度的分析是利用以Y-轴表示基准前端角

和实车试验中测定的前端角

以X-轴表示时间或转向角的曲线图，在该前端角曲线图上用与上式(8)相同的方法求前端角的差进行分析。

另外，因为稳态下基准前端角的时间变化率

为零，仅利用前端角的时间变化率

来决定转向过度的参数如下。

这里，转向过度程度的分析是利用以Y-轴表示实车试验中测定的前端角的时间变化率、以X-轴表示时间或转向角的曲线图的方法，在所述前端角的时间变化率曲线中用上式(9)的方法求取前端角的时间变化率来进行分析。

这里，可分析出前端角的时间变化率的差越大，转向过度现象越大。

表示转向过度现象的转向过度系数OS用式(8)的和式(9)

定义如下：

这里，w_os1≥0，w_os2≥0是转向过度加权值，根据专门评价者或试验条件来决定。

转向过度程度的分析是利用前端角的差和前端角的时间变化率的差，用上述(10)的方法来求取转向过度的参数OS的方法，上述前端角的差

和前端角的时间变化率

的差是取从实车试验得到的前端角和前端角的时间变化率曲线图的最大值或平均值而进行的定量的分析。所述式(10)中转弯中发生的和

比基准值越大，转向过度现象越容易发生。

另一方面，车辆在图10所示的稳态转弯中，如果节流阀打开，一般会发生转向不足现象。在该状态下，如再将节流阀截止的话，会发生从后轮向前轮的荷重移动现象，后轮轮胎的抓地力减小，发生转向过度。解除动力后反应是在这样的转弯中，用节流阀或刹车的操作给车辆施加干扰时，表示转向性能变化的性质(转向不足→转向过度)。专门的驾驶者感觉的解除动力后反应的特性主要是如图10所示分析为与

有密切的关联。

分析实际转弯时对加载动力/解除动力试验的测量数据，可知

的变化相当激烈。因此，本发明中利用

定义解除动力后反应系数PR如下：

这里，w_pr1≥0，w_pr2≥0，w_pr3≥0是解除动力后反应的荷重值，由专门评价者和试验条件来决定。

如图20所示，表示了前端角的斜度。另外，

是前端角的变化率，如图20所示，是稳态下的

和加载动力/解除动力试验发生的最大

的差除以Δt的值。

是前端角的变化量，显示了解除动力试验中发生的

的最大变化量。因为驾驶者感觉的解除动力后反应特性具有多样性，所以用这样的三个参数分析解除动力后反应特性。

根据上式(11)的解除动力后反应特性的分析是以Y-轴表示前端角、在X-轴设定时间曲线中定量求取前端角的斜度

及前端角的变化率

和前端角的变化量从而进行分析。

结果，PR表示转弯时的加载动力/解除动力试验中车辆的前端角如何突然变化。一般的，前端角的变化量小且圆滑地发生时，车辆的驾驶稳定，可以说对性能有利。

在以上说明的分析法中，转向不足和转向过度是将实际行驶中发生的转弯速率(κ_d)、转弯速度(ω_d)、及前端角

分别与基准转弯速率(κ_{d (N)})、基准转弯速度(ω_d(N))、及基准前端角

比较来表示的。这样的分析方法是用转向适中来表示基准值。本发明的分析技术中将车辆在稳态条件下的稳定运动定义为转向适中。因此，本发明中，作为测取基准数据的试验条件，使用迂回转向或行进转向的试验方法。

所述稳态圆形转弯是在一定的车辆速度下改变转弯半径的试验方法，这里，车辆速度选定为实车评价试验中采用的40～350kph范围，转弯半径定为10～200m，方向盘操纵输入范围为-360～360度。

迂回转向试验使用在一定车辆速度下使转向角缓慢走过三角波形或者正弦波形的方法。这里，方向盘操纵输入角的范围可能的话选为-360～360度。使转向角包括相应于大范围的基准数据，方向盘操纵输入的速度为1～50deg/s(度/秒)以下。另外，车辆速度选为实际实车评价试验中采用的40～350kph范围。方向盘的输入是对一个周期或各种周期都能试验、对各种周期的方向盘操纵输入数据取平均用作基准数据。

行进转向试验是以一定的车辆速度分别进行对左侧或右侧转弯的实验并用作基准数据、或实行左/右侧试验将左/右数据结合用作基准数据。这里，方向盘的输入范围，如可能选为：-360～360度，使转向角包含相应于大范围的基准数据，方向盘操纵输入速度是1～50 deg/s。但车辆速度选为实际实车评价试验所采用的40～350kph的范围。

将用所述方法求得的基准转弯曲率、转弯速度、以及前端角用转向角的函数来进行曲线拟合，可用图11来表示。

至此，对关于转向性能分析的试验方法，例如车道变更、过急的车道变更、环形线路急转弯、转弯时的加载动力/解除动力和分析参数、例如US，OS，PR进行了说明。

采用了根据本发明的所述试验方法和分析参数的转向分析特性的结果如下。

图11显示了利用先提示出车辆1和车辆2的基准数据的迂回转向试验方法求得的结果。图11显示了转向性能的分析所利用的重要的基准数据如转弯曲率、转弯速度、前端角、前端角的时间变化率对转向角的关系。可知前端角的时间变化率相对于转向角的整个范围几乎为零。

图12显示了车道变更试验中转向不足的分析方法。为了分析转向不足的程度，图12(a)是以Y-轴表示基准转弯曲率(κ_d(N))、车道变更试验中测定的转弯曲率(κ_d)、以X-轴表示时间的曲线图。在车道变更的开始段的第一次转弯和中间段的第二次转弯中比较κ_d和κ_d(N)的大小。可知在第一和第二转弯区间|κ_d|比|κ_d(N)|小，发生转向不足。同样，如图12(b)所示，可知第一和第二转弯区间的|ω_d|也比|ω_d(N)|小，发生转向不足。这样，可分析出车道变更在两个大的区间发生转向不足。

将κ_d和κ_d(N)代入式(3)来求Δκ_d，将ω_d和ω_d(N)代入式(4)来求Δω_d。将Δκ_d和Δω_d代入式(5)能够得到相应于两个区间的US值。

图13显示了车道变更试验中对转向过度的分析方法。为分析转向过度程度，图13(a)是以Y-轴表示基准前端角

和车道变更试验中测定的前端角

以X-轴表示时间的曲线图。可知在车道变更的后半段

比

大，发生转向过度。同样，如图13(b)所示，在车道变更的后半部

也很大。

将

和

代入式(8)求

将

代入式(9)求

另外，将

和

代入式(10)能够求出OS值。

图14显示了过急的车道变更试验中转向不足的分析方法。为了分析转向不足的程度，图14(a)是以Y-轴表示基准转弯曲率(κ_d(N))和过急的车道变更试验中测定的转弯曲率(κ_d)、而以X-轴表示时间的曲线图。在过急的车道变更的第一转弯和第二转弯处、以及第三转弯区间的开始段，比较|κ_d|和|κ_d(N)|的大小。可知|κ_d|比|κ_d(N)|小，发生转向不足。同样地，可知如图14(b)所示在第一转弯和第二转弯、及第三转弯区间的开始段|ω_d|也比|ω_d(N)|小，发生转向不足。这样，可分析在过急的车道变更中也在三个区间全都发生转向不足。

将κ_d和κ_d(N)代入式(3)来求Δκ_d，将ω_d和ω_d(N)代入式(4)来求Δω_d。将Δκ_d和Δω_d代入式(5)能够得到相对于三个区间的US值。

图15显示了过急的车道变更试验中的转向过度分析方法。为分析转向过度程度，图15(a)是以Y-轴表示基准前端角

和车道变更试验中测定的前端角

以X-轴表示时间的曲线图。可知在过急的车道变更的第二及第三转弯区间的后半段

比大，发生转向过度。同样，如图15(b)那样在车道变更的第二及第三转弯区间的后半段

也很大。将

和

代入式(8)求

将

代入式(9)求

另外，将

和

代入式(10)能够求出相应于两个区间的OS值。

图16显示了环形线路急转弯试验中转向不足的分析方法。图16(a)是为了分析转向不足程度，以Y-轴表示基准转弯曲率(κ_d(N))和在环形线路急转弯试验中测定的转弯曲率(κ_d)、以X-轴表示时间的曲线图。可知环形线路急转弯处|κ_d|比|κ_d(N)|小，发生转向不足。同样地，可知如图16(b)所示，|ω_d|也比|ω_d(N)|小，发生转向不足。将κ_d和κ_d(N)代入式(3)来求Δκ_d，将ω_d和ω_d(N)代入式(4)来求Δω_d。将Δκ_d和Δω_d代入式(5)能够得到US值。

图17显示了环形线路急转弯试验中的转向过度分析方法。为分析转向过度程度，图17(a)是以Y-轴表示基准前端角

和在环形线路急转弯试验中测定的前端角

以X-轴表示时间的曲线图。可知环形线路急转弯中

比

大，发生转向过度。同样，如图17(b)所示，环形线路急转弯中也很大。将

和

代入式(8)求

将代入式(9)求

另外，将

和代入式(10)能够求出对两区间的OS值。

图18显示了转弯时的加载动力/解除动力试验中转向不足的分析方法。为分析转向不足的程度，图18(a)是以Y-轴表示基准转弯曲率(κ_d(N))和转弯时的加载动力/解除动力试验中测定的转弯曲率(κ_d)、以X-轴表示时间的曲线图。可知在转弯时的加载动力/解除动力中，在加载动力的区域|κ_d|比|κ_d(N)|小，发生转向不足。同样可知，|ω_d|也比|ω_d(N)|小，发生转向不足。将κ_d和κ_d(N)代入式(3)来求Δκ_d，将ω_d和ω_d(N)代入式(4)来求Δω_d。将Δκ_d和Δω_d代入式(5)能够得到对三个区间的US值。

图19显示了转弯时的加载动力/解除动力试验中的转向过度分析方法。为分析转向过度程度，图19(a)是以Y-轴表示基准前端角

和转弯时的加载动力/解除动力试验中测定的前端角

以X-轴设定时间的曲线图。可知转弯时的加载动力/解除动力中，在加载动力区域

比

大，发生转向过度。同样，可知在加载动力区域

也很大。将

和

代入式(8)求将代入式(9)求

另外，将

和

代入式(10)能够求出对两区间的OS值。

图20显示了转弯时的加载动力/解除动力试验中解除动力后反应的分析方法。为了分析解除动力的反应程度，利用了以Y-轴表示前端角

以X-轴表示时间的曲线图。在加载动力区域，前端角几乎没有变化，可看出前端角在解除动力时变大。因此，可如图20所示求出前端角的斜度

及变化率

和变化量

代入式(11)，能够求PR值。

为了验证本发明提出的转向性能的分析方法的效果，如表1所示进行了各种各样的试验。验证对表1的试验的转向性能的分析结果所揭示的分析技术如何很好地反映主观的评价结果。表1的集合1中，进行了对车辆和轮胎的变化的三组(组1，组2，组3)的试验。组1是在前轮驱动车辆的2人乘车条件下使轮胎的大小、气压、花纹变化，组2是在前轮驱动车辆的车辆总重(gross vehicle weight)条件下使轮胎的气压变化的试验。组3是在后轮驱动车辆中对轮胎的设计参数变更的试验。

表1

为了验证对各种驾驶者的变化提示的分析技术是否有用，进行了对集合2的试验。在集合2中，进行了对三名驾驶者(驾驶者A、驾驶者B、驾驶者C)的试验。

表2是本发明所提出的转向不足分析方法中用式(3)、式(4)、式(5)，进行对过急的车道变更、环形线路急转弯、转弯时加载动力/解除动力试验的转向不足分析，显示了主观的评价结果及其相关性。这里，相关性的程度用R²值，显示了值越大，与主观的评价结果的相关性越高。可知几乎所有的试验中US的相关性的程度都高在0.9以上的。另外，式(5)定义的US系数具有在与转向不足关联的转弯曲率和转弯速度的两个参数中选择与主观评价结果的相关性高的技能。

表3是本发明所提出的转向过度分析方法中用式(8)、式(9)、式(10)，进行对车道变更、过急的车道变更、环形线路急转弯、转弯时加载动力/解除动力试验的转向不足分析，显示了主观的评价结果及其相关性。可知几乎所有的试验中OS的相关性的程度都高达0.9以上。另外，式(10)定义的OS系数具有在与转向过度关联的前端角和前端角的时间变化率的两个参数中选择与主观评价结果相关性高的项的功能。

表4是本发明所提出的解除动力后反应的分析方法中用式(11)进行转弯时的加载动力/解除动力试验分析，显示了与主观的评价结果的相关性。可知大多试验中PR的相关性的程度都高达0.9以上。式(11)的解除动力后反应系数含有相当于前端角的变化量的前端角的斜度和变化率及变化量的多少，具有与主观评价的相关性高的效果。

表2

表3

表4

Claims (14)

1.一种与轮胎相关联的车辆操纵稳定性的转向性能的定量分析方法，其特征在于，在车辆上安装实车测量装置，根据用于对作为车辆转向性能的转向不足、转向过度、以及解除动力后反应进行分析的包括车道变更、过急的车道变更、环形线路急转弯、以及转弯时加载动力/解除动力的实车试验所得到的测量数据，获取转弯曲率、转弯速度、前端角、以及前端角的时间变化率，将它们与预先确定的转弯曲率、转弯速度、前端角以及前端角的时间变化率的基准数据进行比较，并且获取加载动力/解除动力试验中的前端角的斜度、变化率、变化量，从而确定所述转向性能。

2.如权利要求1所述的与轮胎相关联的车辆操纵稳定性的转向性能的定量分析方法，其特征在于，所述变更车道试验按如下方式进行：在变更一条车道的试验中，使车道变更的宽度为2.5～4.5米，方向盘的操纵输入为正弦波形，方向盘操纵输入角的大小为-180～+180度，车辆速度为40～350kph。

3.如权利要求1所述的与轮胎相关联的车辆操纵稳定性的转向性能的定量分析方法，其特征在于，所述过急的车道变更试验按如下方式进行：在车辆变更一条车道后再恢复到原来车道的试验中，车道变更的宽度为2.5～4.5米，车辆速度为60～200kph直线行驶中，在方向盘操纵输入的同时松开油门踏板。

4.如权利要求1所述的与轮胎相关联的车辆操纵稳定性的转向性能的定量分析方法，其特征在于，所述转弯时的加载动力/解除动力试验是在车辆的稳态转弯中，在急踩油门踏板维持一定时间后，再突然松开油门踏板，其中，初期稳态转弯速度设定为横向加速度为0.5g或更大，油门踏板的踩下时间在1.0～5.0秒之间，在油门踏板的最大输入位移为A₀的情况下，油门踏板的输入大小设定为A₀的1/2～1.0的范围内。

5.如权利要求1所述的与轮胎相关联的车辆操纵稳定性的转向性能的定量分析方法，其特征在于，所述基准数据是通过在车辆上安装实车测量装置，将作为车辆稳定运动状态的准稳态试验的包括迂回转向或行进转向试验所得到的与车辆的转向不足、转向过度关联的转弯曲率、转弯速度、前端角相对于方向盘转向角进行曲线拟合而以函数来表示的。

6.如权利要求5所述的与轮胎相关联的车辆操纵稳定性的转向性能的定量分析方法，其特征在于，所述准稳态试验还包括稳态圆形转弯试验，所述稳态圆形转弯是在一定的车辆速度下使转弯半径变化的试验方法，其中，车辆速度为实车评价试验中的40～350kph的范围，转弯半径在方向盘操纵输入范围为-360～360度的条件下为10～200米。

7.如权利要求5所述的与轮胎相关联的车辆操纵稳定性的转向性能的定量分析方法，其特征在于，所述迂回转向试验使用在一定车辆速度下使转向角按照三角波或者正弦波形缓慢地变化的方法，其中，方向盘操纵输入角的范围为-360～360度，使转向角包括整个大范围的基准数据，方向盘操纵输入速度为1～50度/秒以下，车辆速度为实际实车评价试验中采用的40～350kph的范围，方向盘的输入可对一周期或各种周期进行试验，对各种周期的方向盘操纵输入数据取平均用作基准数据。

8.如权利要求5所述的与轮胎相关联的车辆操纵稳定性的转向性能的定量分析方法，其特征在于，所述行进转向试验是一定的车辆速度下分别进行左侧或右侧转弯的试验，将左侧数据和右侧数据结合用作基准数据，其中，方向盘操纵输入的范围为-360～360度，使转向角包含整个大范围的基准数据，方向盘操纵输入速度是1～50度/秒，车辆速度选为实际实车评价试验所采用的40～350kph的范围。

9.如权利要求1所述的与轮胎相关联的车辆操纵稳定性的转向性能的定量分析方法，其特征在于，作为所述测量数据的转弯曲率、转弯速度、前端角、前端角的时间变化率，以及作为所述基准数据的转弯曲率、转弯速度、前端角都是在驾驶座附近或是车辆的重心附近测出的。

10.如权利要求1所述的与轮胎相关联的车辆操纵稳定性的转向性能的定量分析方法，其特征在于，所述对转向不足的分析方法是在车辆上安装实车测量装置，进行与转向不足的评价关联的实车试验，从得到的测量数据获取转弯曲率和转弯速度，将它们与预先确定的基准转弯曲率和转弯速度进行比较分析，从而确定转向不足。

11.如权利要求10所述的与轮胎相关联的车辆操纵稳定性的转向性能的定量分析方法，其特征在于，在所述对转向不足程度的分析中，利用以Y-轴表示所述基准转弯曲率κ_d(N)和实车试验中测定的转弯曲率κ_d、以X-轴表示时间或转向角的曲线图，通过所述转弯曲率的曲线图用下面的方法求转弯曲率的差：

Δκ_d＝|κ_d(N)-κ_d|

另外，利用以Y-轴表示基准转弯速度ω_d(N)和实车试验中测定的转弯速度ω_d、以X-轴表示时间或转向角的曲线图，根据转弯速度曲线用下式的方法求转弯速度的差：

Δω_d＝|ω_d(N)-ω_d|

所述对转向不足程度的分析利用上述转弯曲率的差和上述转弯速度的差，按如下方式设定转向不足的系数US，其中，转弯曲率的差Δκ_d和转弯速度的差Δω_d是取实车试验得到的转弯曲率和转弯速度的曲线的最大值或平均值，从而进行定量的分析：

US≡w_us1Δκ_d+w_us2Δω_d＞0

上式中，w_us1≥0，w_us2≥0是转向不足的加权值，这些值是考虑到评价者的个性而确定的。

12.如权利要求1所述的与轮胎相关联的车辆操纵稳定性的转向性能的定量分析方法，其特征在于，所述对转向过度的分析方法是：在车辆上安装实车测量装置，进行与转向过度评价关联的实车试验，从得到的测量数据获取前端角和前端角的时间变化率，将它们与预先确定的基准前端角进行比较，来确定转向过度。

13.如权利要求12所述的与轮胎相关联的车辆操纵稳定性的转向性能的定量分析方法，其特征在于，所述对转向过度程度的分析使用以Y-轴表示基准前端角

和实车试验中测定的前端角

以X-轴表示时间或转向角的曲线图，根据所述前端角曲线图用下述方法得到前端角的差：

另外，利用以Y-轴表示实车试验中测定的前端角的时间变化率

X-轴表示时间或转向角的曲线图，根据所述前端角的时间变化率曲线图，用下面的方法来获得前端角的时间变化率：

转向过度程度的分析是：利用上述前端角的差和前端角的时间变化率的差，用下面的方法得到转向过度的系数OS，其中所述前端角的差和前端角的时间变化率的差

是取实车试验得到的前端角和前端角的时间变化率曲线的最大值或平均值来进行定量的分析：

上式中，w_os1≥0，w_os2≥0是转向过度的加权值，这些值是考虑了评价者的个性而确定的。

14.如权利要求12所述的与轮胎相关联的车辆操纵稳定性的转向性能的定量分析方法，其特征在于，所述解除动力后反应程度的分析是：在车辆上安装实车测量装置，利用以Y-轴表示根据从与所述解除动力后反应评价关联的实车试验得到的测量数据而得到的前端角，和以X-轴表示时间的曲线图，按下式的方法利用前端角的斜度

前端角的变化率

以及前端角的变化量

按下式的方法来进行定量分析得到解除动力后反应系数PR：

其中，w_pr1≥0，w_pr2≥0，w_pr3≥0，是解除动力后反应加权值，这些值是考虑了评价者的个性而确定的。

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