汽车底盘动力学性能主观评价研究现状与展望

第1卷第3期2011年7月汽车工程学报CHINESEJOURNALOFAUTOMOTIVEENGINEERINGVL0I_1NO3JULY2011汽车底盘动力学性能主观评价研究现状与展望管欣，宗长富，王化吉吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室，吉林，长春130022摘要汽车底盘动力学性能是汽车产品内在价值的重要体现，其匹配与调校是整车开发中的重要环节。作为目前能够全面、有效地评价汽车复杂行驶过程的唯一方法，主观评价历来受到国外汽车企业和研究机构的重视。通过对国内外相关文献和国外企业汽车底盘动力学性能主观评价体系的调研与分析，从主观评价体系的评价指标、主观评分方法和操纵稳定性主客观一致性研究等方面，对国内外研究现状进行了总结。结合我国汽车底盘自主开发的实际情况，对我国汽车企业汽车底盘动力学性能主观评价提出建议。关键词汽车；动力学性能；主观评价；主客观一致性中图分类号U4631文献标志码ADOH103969JISSN20951469201103001CURRENTSITUATIONANDPROSPECTOFRESEARCHONSUBJECTIVEEVALUATIONOFVEHICLECHASSISDYNAMICSPERFORMANCEGUANXIN，ZONGCHANGFU，WANGHUAJISTATEKEYLABORATORYOFAUTOMOTIVESIMULATIONANDCONTROL，JINLINUNIVERSITY，CHANGCHUN，JILIN130022，CHINAABSTRACTVEHICLECHASSISDYNAMICSPERFORMANCEMAKESANIMPORTANTCONTRIBUTIONTOTHEINTRINSICVALUEOFAUTOMOTIVEPRODUCTSITSMATCHINGANDTUNINGAREVITALPARTSINTHEPROCESSOFVEHICLEDEVELOPMENTASTHEONLYMETHODFOREVALUATINGTHECOMPLICATEDDRIVINGPROCESSCOMPREHENSIVELYANDEFFECTIVEL3SUBJECTIVEEVALUATIONHASALWAYSBEENTAKENINTOACCOUNTTHROUGHTHEANALYSISOFRELATEDLITERATURESANDMATURESUBJECTIVEEVALUATIONSYSTEMSOFINTERNATIONALINFLUENTIALENTERPRISES，THISPAPERSUMMARIZESTHERESEARCHSTATUSFROMTHEASPECTSOFEVALUATIONINDICATORS，RATINGMETHODSANDTHESUBJECTIVEOBJECTIVECORRELATIONOFHANDLINGANDSTABILITYCONSIDERINGTHEACTUALSITUATIONOFCHASSISSELFDEVELOPMENTINCHINESEENTERPRISES，THISPAPERPUTSFORWARDSOMESUGGESTIONSONTHEDEVELOPMENTOFSUBJECTIVEEVALUATIONFORDOMESTICENTERPRISESKEYWORDSVEHICLES；DYNAMICSPERFORMANCE；SUBJECTIVEEVALUATIONSUBJECTIVEOBJECTIVECORRELATION汽车底盘动力学性能是汽车最重要的性能，直接影响了汽车产品品质，也是汽车企业展现其技术实力最重要的方面，同时还决定了其在汽车市场上的竞争力。底盘动力学性能的匹配与调校在整车产品开发过程中占据着绝对的核心地位。收稿日期201卜O7一L5基金项目国家“863”高科技资助项目2006AAI10102目前国外各大汽车厂商都有成熟的汽车底盘性能开发与评价体系，以及高水平的评价人员队伍。相比之下，我国只有少部分厂家拥有自己的底盘性能评价方法和指标体系，且不成熟、不完善，大部分国内汽车厂家需要委托外国公司进行底盘第3期管欣等汽车底盘动力学性能主观评价研究现状与展望163通过所确定的主观评价指标权重系数，为汽车底盘性能的调教提出了建议。22汽车操纵稳定陛主观评价方法由于汽车底盘动力学性能的匹配与调校在整车产品开发过程中占据着绝对的核心地位，用于汽车底盘性能匹配与调校的主观评价方法大多处于保密状态。操纵稳定性作为保证整车操控与安全特性的关键性能，其匹配与调校方法更是各汽车企业的高度机密。因此，在现存文献中很难找到详细描述主观评价方法与过程的文章。1997年，LEEDS大学的CHEN在研究操纵稳定性的主客观一致性时，与米拉公司的工程师共同设计了一套主观评价试验方法，并详细描述了试验进行的过程。该试验方法以含有49个问题的调查问卷形式出现。这49个问题涵盖了不同车速、不同侧向加速度、不同粗糙度路面等行驶工况，需要参与主观评价的工程师对试验汽车在不同工况下的响应、汽车运动状态、转向盘力特性、以及由悬架运动引起的转向盘力反馈等，进行全面的体会与评价。2000年，WUERZBURG大学的HPKGER和A_NEUKUM与宝马公司的JSCHULLER提出了一种工作负荷方法来评价汽车的操纵特性J。，文献4对工作负荷方法和驾驶过程进行了理论分析，并采用主观评价场地试验对该方法的可行性和有效性进行了验证。文献4还应用工作负荷方法对整车开发和驾驶员模型的优化提出了建议。2008年，吉林大学汽车仿真与控制实验室结合“底盘匹配与性能优化研究国家863计划”项目，为国内某企业开发了包括汽车动力性、制动性、操纵稳定性和行驶舒适性的整套汽车底盘性能主观评价体系。该评价体系包含有试验目的、试验条件、评分方法和评价人数要求，以及详细的评价指标描述，并在企业的整车开发过程中不断完善，为促进企业的自主研发起到了推进作用。2009年，针对国内评价工程师给汽车操纵稳定性总体性能评分的水平相对较弱的问题，吉林大学汽车仿真与控制实验室研究发现，对于经过培训的国内评价工程师，给出底层指标评分相对容易，并且对底层指标进行两两比较确定其重要程度也相对简单。吉林大学汽车仿真与控制实验室提出应用层次分析法对主观评价体系的各层指标确定权重系数，通过底层指标评分与权重系数的计算得到方便对标的总体性能评分。文献6中虽然没有对主观评价试验过程的详细描述，但列出了全部评价指标。2010年，吉林大学汽车仿真与控制实验室通过对奥迪公司、米拉公司、菲亚特公司、通用公司以及国内两家汽车公司的操纵稳定性主观评价体系的调研，分析了各公司评价体系的特点。基于调研分析，根据国内某公司的实际情况，通过同动力学专家和企业工程师的讨论，文献7提出了一套操纵稳定性主观评价体系。此外，文献7还提出使用感觉评价指数来评价主观评价工程师的方法；应用相关分析方法和SIN信噪比方法对主观评价指标进行重复性检验，以精简评价体系和对评价工程师能力进行检验；针对总体评分难以确定的问题，使用模糊层次分析法确定所建立评价体系中各指标权重系数。菲亚特公司主要考虑汽车在操纵过程中的反馈、响应和车身控制等；而国内A公司要求评价工程师针对直线行驶、转弯、制动、高速行驶以及避障工况对汽车进行评价。两公司的操纵稳定性主观评价体系中没有细分指标，评价工程师需要对各评价项目或者各工况下的汽车表现给出总体评价。在评价过程中评价工程师的自由程度较高，对评价工程师的能力要求也较高。米拉公司和国内B公司的评价体系包括评价项目和评价指标两个层次评价项目用以描述操纵稳定性的主要性能或各工况下的性能；评价指标是对评价项目的细分。米拉评价体系分为10个评价项目和43个评价指标，包含汽车操纵稳定汽车工程学报第1卷性的各个方面，每个项目里的最后一个评价指标都是对该项目的总体评价，而且整个评价体系的最后一个指标是对车辆操纵稳定性能的总体印象。国内B公司评价体系以直线行驶、弯道行驶和转向行驶3个评价项目来反映汽车操纵稳定性。直线行驶依据路况的不同细分成不同评价指标，弯道行驶根据侧向加速度的不同进行细分，转向行驶设置了包含转向力、灵敏度及转向摩擦等10个评价指标。奥迪公司U评价体系依据行驶工况将操纵稳定性分为直线行驶、弯道行驶和转向行驶3个评价项目，每个项目下细分多个评价指标，共有37个指标。分析奥迪公司的评价体系发现，各评价指标的设定十分贴近实际驾驶情况，从汽车工作的线性区到非线性区选取有代表性的驾驶工况来反映各行驶工况下汽车的操纵稳定性能，指标的设定更加充分地考虑了驾驶员全方位的驾驶感觉体验。该体系使汽车底盘的匹配与调校更贴近实际用户，且能够充分调动评价工程师的感官，能够更加系统全面地反映汽车操纵稳定性能。通用公司。的主观评价体系同样是分为评价项目和评价指标两个层次。在此基础上，通用依据其汽车产品的特点对每个指标配以不同的权重。相比于菲亚特公司和国内A公司的评价体系，米拉公司、奥迪公司、通用公司和国内B公司都将评价体系进行地分层，对主观评价体系设定了更多的评价指标。这样的体系对于评价工程师的约束更大，但对于工程师的能力要求相对较低，主观评价试验的可操作性也更强。23汽车乘坐舒适陛主观评价方法汽车的平顺性乘坐舒适性主要是保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲击环境对乘员舒适性的影响在一定界限之内，因此乘坐舒适性主要根据乘员主观感觉的舒适性来评价。1997年，西安公路交通大学张玉芬利用模糊数学评价各因素对汽车平顺性影响的研究，采用现场主观调查与模糊数学分析方法进行了乘坐舒适性的主观评价。主观调查首先选定35人作为评价人员，这些人在调查前要进行培训，让其充分理解主观调查的实质与精神；然后在选定的测试路段进行乘坐舒适性主观评价试验，在试验过程中要求评价人员仔细体验，并填写路面舒适度主观评价测试表表中各项指标采用7分制；最后利用模糊数学理论计算出各因素指标对乘坐舒适性感觉的影响系数。结果表明，对乘坐舒适性影响最大的因素是振动，其次是上、下颠簸，其余依次为噪声、前后摇尾、左右摇摆。其主观评价体系如图1和图2所示。2000年，重庆交通学院的杜子学U别提出了一种可用于乘用车开发的平顺性预测分析指标CGV，并以长安车为例，给出了在获取CGV指标时有关速度、位置、路面比例和人机因素等诸项加权系数的确定方法。2001年，同济大学的孙华U应用相对比较法探讨了乘坐舒适性的主观评价，即利用28位驾驶员在良好路面上的4种驾驶工况的主观感觉来进行车辆对比。相对评价法是评价者对几个样品进行感觉试验后，以一个为基准，比较另一个相对它为“好”、“差”、“相同”等情况。相对评价方法具有更好的准确度，对于评价者的能力和经验要求可以低些，便于应用。在数据处理过程中采用美国数学家谢菲的“一对比较法”。此外，其将主观评价感觉因素划分为振动感觉、疲劳感觉、胸闷想吐感觉和头部发晕感觉。2005年，重庆交通学院的李鸿炜划利用模糊数学理论对影响汽车乘坐舒适性的因素进行了分析。首先建立了乘坐舒适性的影响因素集乘坐环境、乘员身体振动、乘员生理因素、乘员心理因泰然后请评价专家对影响因素进行4级优、良、中、差10分制评分；最后根据专家评分计算各备选集元素的隶属度，并以这些影响因素为对象进行了模糊综合评判，进而提出了一种评价乘坐舒适性的综合评判方法。166汽车工程学报第1卷的事物进行排序，但这种排序只对唯一确定的一组对象有意义，不能将这一组对象同其它组比较。相比之下，定量评分法则需要花费评价者更多的精力，因此驾驶技术不好的驾驶员如果使用定量评分法，在测试过程中会承受更大的精神压力，因而不能把精力集中在对车辆操纵稳定性主观评价等更细微的方面。定量评分法的优势在于量化的评分值能够具体定量描述试验车辆对应于评价指标的动力学性能，这对于汽车底盘动力学性能的匹配与调校是十分必要的。因此，在汽车底盘动力学性能主观评价的研究和实际应用中大多采用定量评分法。定量评分方法，需要制定评分尺度来定量描述车辆与指标相对应的品质等级。每位评分者根据评分尺度对各评价指标进行评分，并在评分表上记录分数。该方法可以得到大量的数据，其准确度取决于能否在评分表上给出合适的评分。图3的时间轴上列出了最近几十年来定量评分发展过程中的主要节点，本文将依据该时间轴，简要介绍各评分方法，并分析其存在的问题以及改进的途径。主观评价的工作首先是在航空领域内进行，BERGMANWEIRDIMARCOMATSUSSHITAKFIPPLERSANO汽车图3主观评价评分方法的发展历程并且该领域内的研究成果对汽车领域的主观评价研究，具有良好的借鉴意义。COOPERHARPER评分法是美国国家航空局NASA在评价飞机操纵稳定性时使用的评分方法，该方法在实际运用中非常成功，已经得到了广泛应用，如图4所示。该方法中飞机性能被分成4个层次，除“必须改进”外，其它各层都分为3个等级来描述飞机的特性。整个评分方法将飞机性能分成1O级，并有相应的分数与之对应，而且对应每个分值有相应的描述，用于指导评分的提示问题和说明也都应用到了该方法中，并且使用的是训练水平很高的飞行员容易理解的语言。此外，该评分方法还以流程图的形式体现，易于飞行员进行评价工作。尽管使用了多重分步的方法和详细的描述，该方法仍然存在辨别能力差的缺陷。“在与美国某开发和评价团队的交流中发现，大多数的评分都在13之间”_2引。但COOPERHAER评分方法依然能成功运用的原因，在于该方法详细的描述和高水平飞行员在评分方面的特殊训练和严格的飞行操作。KIPPLER副认为上述因素在应用到汽车操纵稳定性评价中时会出现问题，事实表明该方法在汽车操纵稳定性评价中的运用确实不成功。KIPPLER副指出COOPERHARPER评分方法存在的缺点和问题包括两方面可靠性和敏感度。这是由于缺乏对试验变量的辨识力造成的。图5是KAPPLER和TNO组织为荷兰的某研究项目所设计的评分方法。为了增加可靠性，该评分尺度使对各类评价的描述出现重合的部分彼此连续，而不是将各类描述彼此隔离开，因为那样有可能由于起初的分类错误使评价结果不可靠。同时，对于评分的描述也从心理学角度使其变得平衡，而且每两个分值之间感觉上的变化量也是等量的。为了增加敏感度，采用的标定的数量已经达到了所允许的上限，172汽车工程学报第1卷的探索。然而，这些研究成果对于我国汽车产业发展和国内企业自主研发能力提高的积极促进作用，并不能够在短期内显现。此外，国内各汽车企业的主观评价工程师队伍同国外相比，能力差距十分明显，对于主观评价结果的正确性、可靠性等有严重的负面影响。基于对国内外汽车底盘动力学性能主观评价方面的调研和对比分析，可以得出结论国内汽车底盘动力学性能主观评价较国外有较大差距，在评价体系完善与成熟程度方面，主观评价研究的多样性与深入程度方面，以及主观评价工程师队伍的能力方面都存在较为明显的缺陷。鉴于此本文提出以下对于我国汽车底盘动力学性能主观评价发展的一些建议。1国家相关部门组织建立汽车底盘动力学性能主观评价的推荐标准，各企业基于此建立具有企业特色的评价体系。国家相关部门应组织国内汽车企业联合国内高校和科研院所及动力学专家，充分发挥各机构自身特点和实力，联合建立适合我国实际情况和特色的汽车底盘动力学性能主观评价保证推荐体系。该推荐标准应包括详尽的试验车辆和试验条件描述，详细而完备的评价项目，科学而易于执行的评分方法等。各汽车企业可以结合各自的实际情况，在推荐标准的基础上进行修改和增删，以建立具有企业特色的主观评价体系。2各汽车企业加强对于主观评价工程技术人员的选拔和培训，并深入开展该方向技术人员培训方面的研究。国内外从事汽车主观评价工作的人员水平有参考文献REFERENCES1海森英，布兰德耳汽车行驶动力学性能的主观评价M石晓明，陈祯福，译北京人民交通出版社，2010HEISSINGBBRANDLHJSUBJEKTIVEBEUEILUNGDESFAHRVERHALTENSMSHIXIAOMING，CHENZHENFU，TRANS1着明显差距。国外主观评价工作人员多是从事底盘开发多年的经验丰富的驾驶员，其中一部分为退役赛车手，并具备相当程度的汽车动力学方面的知识。经过专业培训，有敏锐的感知能力。通过多年整车开发的积累，国外汽车企业都拥有驾驶水平高超、经验丰富、动力学知识深厚的主观评价工程师队伍。国内汽车企业应该学习国外汽车企业在主观评价人才培养方面的经验，加大资金投入，从驾驶技术、动力学知识等方面加强对主观评价工程师的培训，打造属于我国自主研发企业的主观评价优秀团队。3加大资金投入，提高用于主观评价的基础设施建设水平和速度。汽车底盘动力学性能的主观评价是基于场地试验的工作，因此，优良的试验设备和条件是保证主观评价可靠性和准确性的基础。国内试车场地相对较少，试验条件较国外相比有明显差距，需要国家相关部门和企业加大资金投入，进一步完善我国主观评价试验场地条件，为汽车主观评价研究和国内汽车自主研发产业的发展，提供更好的条件和更有力的支撑。4加深对主客观一致性的理解，并开展该方向的深入研究。主观评价与客观测量的一致性研究是国外现阶段汽车底盘动力学性能主观评价方面的重要发展方向，国内科研机构和企业应该对该课题充分重视，组织人力、物力积极充分地开展对该问题的理解和分析，并在此基础上结合我国实际，充分发挥企业和科研院所的特点，将科研成果转化为实际生产力。BEIJINGCHINACOMMTMICATIONSPRESS，2010HACHINESE2李兵。汽车动力性与制动性主观评价方法研究D长春吉林大学，2008LIBINGRESEARCHONSUBJECTIVEEVALUATIONOFPOWERTRAINPERFORMANCEANDBRAKEPERFORMANCEOFAUTOMOBILE第3期管欣等汽车底盘动力学性能主观评价研究现状与展望173DCHANGCHUNJILINUNIVERSITY，2008INCHINESE3CHENDCSUBJECTIVEANDOBJECTIVEHANDLINGBEHAVIORDENGLANDUNIVERSITYOFLEEDS，19974KRUGERHP，NEUKUMA，SCHULLEJAWORKLOADAPPROACHTOTHEEVALUATIONOFVEHICLEHANDLINGCHARACTERISTICSCSAEPADER20000卜01705吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室乘用车底盘行驶性能主观评价报告R长春吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室，2008STATEKEYLABORATORYOFAUTOMOTIVESIMULATIONANDCONTROL，JILINUNIVERSITYREPORTONSUBJECTIVEEVALUATIONOFPASSENGERCARCHASSISDRIVINGPERFORMANCERCHANGCHUNSTATEKEYLABORATORYOFAUTOMOTIVESIMULATIONANDCONTROL，JILINUNIVERSITY，2008INCHINESE6邢如飞，管欣，田承伟，等汽车操纵稳定性主观评价指标权重确定方法J吉林大学学报工学版，2009，39S13338XINGRUFEI，GUANXIN，TIANCHENGWEI，ETA1WEIGHTOFSUNECTIVEEVALUATIONINDEXESFORCARHANDLINGANDSTABILITYJJOURNALOFJILINUNIVERSITYENGINEERINGANDTECHNOLOGYEDITION，2009，39S13338INCHINESE7邢如飞乘用车操纵稳定性主观评价方法研究D长春吉林大学，2010XINGRUFEIRESEARCHONTHEMETHODSOFSUBJECTIVEEVALUATIONFORHANDLINGANDSTABILITYOFACARDCHANGCHUNJILINUNIVERSITY，2010INCHINESE8B0R10P，DELCAR0U，FREDIANIS，ETA1EVALUATIONCRITERIAFORAWDVEHICLESYSTEMANALYSISCSAEPAPER20040120869ASPINALLDT，0LIVERRJTHECORRELATIONBETWEENSUBIECTIVEASSESSMENTSOFVEHICLERIDEANDPHYSICALMEASUREMENTSOFVEHICLEMOTIONRENGLANDMIRA，196410NUTIAC，0RIVESRARIDEANDHANDLINGINTERACTIVESOFTWARECLASSIFICATIONMETHODCSAE20030L一370611张玉芬利用模糊数学评价各因素对乘坐舒适性的影响J西安公路交通大学学报，199736870ZHANGYUFENUSINGFUZZYMETHEMATICSTOEVALUATETHEEFFECTOFEVERYFACTORONRIDECOMFORTJJOURNALOFXIALLHIGHWAYUNIVERSITY，199736870INCHINESE12杜子学基于乘用车型平顺性分析的新指标汽车综合振动舒适度CGVJ西南交通大学学报，200035152154DUZIXUEANEWINDEXFORRIDEQUALITYANALYSISOFAUTOMOBILESTHECOEFFIEIENTOFGENERALVIBRATIONJJOURNALOFSOUTHWESTJIAOTONGUNIVERSITY，200035152154INCHINESE13孙华轿车乘坐舒适性主观感觉评价及实践J同济大学学报，200125239241SUNHUASUBJECTIVEFEELINGESTIMATEANDEXPERIENCEONTHECARRIDINGCOMFORTABILITYJJOURNALOFTONGJIUNIVERSITY，200035239241INCHINESE14李鸿炜用多级模糊综合评判理论评价汽车乘坐舒适性J公路与汽运，20052卜4LIHONGWEIAPPLICATIONOFMULTILEVELFUZZYSYNTHETICALTHEORYFOREVALUATINGRIDINGCOMFORTJHIGHWAYSAUTOMOTIVEAPPLICATIONS，2005214INCHINESE15MODYP，RUMOLDW，ATTIAF，ETA1MOJACARANDLOSANGELESCITYTRAFFICVEHICLETESTINGACOMPARISONANALYSISOFSUBJECTIVERATINGSANDOBJECTIVEMEASUREMENTSCSAEPAPER20020L一2600L16ARDSS0NI，SCHMECHTINGK，LENNARJSS0NBASIMPLEANDEF