吳暉彤　劉波

摘 要：為了揭示車輛懸架裝置、轉(zhuǎn)向桿系結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變對(duì)車輛操縱穩(wěn)定性的影響，選擇懸架裝置、轉(zhuǎn)向桿系受到破壞的事故車輛進(jìn)行修復(fù)前、修復(fù)后的四輪定位參數(shù)的臺(tái)架對(duì)比測(cè)試，并對(duì)懸架裝置、轉(zhuǎn)向桿系恢復(fù)后的車輛進(jìn)行道路試驗(yàn)，包括低速行駛轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)、汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角階躍輸入試驗(yàn)、蛇行試驗(yàn)等。試驗(yàn)結(jié)果表明，恢復(fù)受損車輛的懸架裝置、轉(zhuǎn)向桿系的結(jié)構(gòu)及相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系，車輛的操縱穩(wěn)定性可以得到恢復(fù)。

關(guān)鍵詞：事故車輛;試驗(yàn);操縱穩(wěn)定性;恢復(fù)

中圖分類號(hào)：U472文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.08.016

Abstract：In order to reveal the influence on the vehicle's handling stability for vehicle suspension device and steering linkage structure parameters changing， vehicles in accident whose suspension device and steering linkage damaged are selected， conducted the bench test of four-wheel positioning before and after repair， and the road test after the recovery of suspension device and steering linkage， including low speed steering agility test， vehicle steady state rotary test， steering wheel step input or transient state yaw response test and slalom test. The test results show that the handling stability of vehicles can be recovered after the structure of suspension and steering linkage and their mutual kinematic relationships are recovered.

Key words： vehicles in accident; test; handling stability; recovery

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高，汽車的安全性越來(lái)越得到重視。汽車的操縱穩(wěn)定性直接影響汽車的安全性能，它是在汽車遇到外界干擾時(shí)，能夠抵抗干擾從而保障車輛穩(wěn)定行駛的重要因素。

車輛在行駛中發(fā)生碰撞，出現(xiàn)事故，汽車的懸架系統(tǒng)導(dǎo)向桿系以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向桿系受力變形，引起定位參數(shù)的變化。轉(zhuǎn)向桿系出現(xiàn)變形、損壞等，勢(shì)必影響到車輛的操縱穩(wěn)定性。

現(xiàn)階段，對(duì)于車輛操縱穩(wěn)定性的研究大都采用理論仿真，本文從工程實(shí)踐的角度，對(duì)事故車輛碰撞后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行查勘，并對(duì)事故車輛進(jìn)行修復(fù)，恢復(fù)其損壞的結(jié)構(gòu)，確保懸架桿系、轉(zhuǎn)向桿系的變形得到恢復(fù)。采用四輪定位儀測(cè)試事故車輛修復(fù)前、后的定位參數(shù)，比對(duì)定位參數(shù)的變化，并路試修復(fù)后車輛，驗(yàn)證事故車修復(fù)后操縱穩(wěn)定性的恢復(fù)程度。

1 操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

車輛操縱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括：質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度。質(zhì)心側(cè)偏角對(duì)橫擺角速度產(chǎn)生影響，與懸架的質(zhì)心高度和軸距等因素有關(guān)。汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)有3種狀態(tài)：不足轉(zhuǎn)向、中性轉(zhuǎn)向和過(guò)度轉(zhuǎn)向[1]，通過(guò)抑制汽車過(guò)多和不足轉(zhuǎn)向趨勢(shì)，提高汽車的操縱穩(wěn)定性[2]。車輛的質(zhì)量、軸距、質(zhì)心偏移直接影響到車輛穩(wěn)定性，外傾角和車輪前束直接影響車輛的側(cè)傾轉(zhuǎn)向，后傾角和內(nèi)傾角則直接影響車輛的回正力矩，從而影響車輛的轉(zhuǎn)向性。懸架特征參數(shù)影響整車操縱穩(wěn)定性，部件的受力變形將使預(yù)設(shè)參數(shù)發(fā)生改變，因此車輛在出廠前和事故后，都要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的調(diào)試和測(cè)試方能上路行駛。操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，參照GB/T 6323-94《汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法》和QC/T480-1999《汽車操縱穩(wěn)定性指標(biāo)限值與評(píng)價(jià)方法》進(jìn)行汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)和評(píng)價(jià)，主要包括：轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角階躍輸入試驗(yàn)、蛇行試驗(yàn)等;實(shí)車道路試驗(yàn)參照GB/T12534-90《汽車道路試驗(yàn)方法通則》執(zhí)行，路試所需的儀器設(shè)備主要為汽車操縱穩(wěn)定性測(cè)試儀、非接觸速度儀、轉(zhuǎn)向力角測(cè)量?jī)x、磁帶記錄器、FFT數(shù)據(jù)分析儀、卷尺等[3-6]。

2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

2.1 車輛準(zhǔn)備

試驗(yàn)用車輛的車型為全新帕薩特 GP 1.4T，原廠出廠，部分技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1，試驗(yàn)用設(shè)備為四輪定位儀。

2.2 事故情況

該車左前側(cè)被撞，事故造成傳動(dòng)半軸內(nèi)球籠萬(wàn)向節(jié)損壞、轉(zhuǎn)向拉桿彎曲、穩(wěn)定桿彎曲、下擺臂變形、轉(zhuǎn)向節(jié)表面損傷，車輛在事故現(xiàn)場(chǎng)失去動(dòng)力性等問(wèn)題。損壞的部件涉及到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)桿件、懸架系統(tǒng)桿件等，部分損壞零件如圖1所示。

2.3 參數(shù)測(cè)試

將事故車輛置于四輪定位儀上，進(jìn)行主銷外傾、后傾、車輪前束等參數(shù)測(cè)試。

（1）數(shù)據(jù)顯示車輛前車輪左側(cè)后傾角過(guò)小，前車輪右側(cè)外傾角不正常，前車輪左側(cè)、右側(cè)前束角均不正常。

（2）更換左前輪胎、左前輪轂、左前輪輞、左前轉(zhuǎn)向節(jié)、左前減振器、左前半軸、左前穩(wěn)定拉桿以及轉(zhuǎn)向橫拉桿，對(duì)損壞部件進(jìn)行修復(fù)后再次進(jìn)行四輪定位，修復(fù)前后數(shù)據(jù)對(duì)比如表2所示。

此后，又進(jìn)行了第二次、第三次的修復(fù)，分別進(jìn)行了右側(cè)前減震器，右側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)的更換以及減振器與上支座相對(duì)位置的調(diào)節(jié)，直至參數(shù)恢復(fù)至標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

3 事故車輛道路試驗(yàn)

將修復(fù)后的車輛置于汽車試驗(yàn)場(chǎng)，路試試驗(yàn)設(shè)備為D-BOX轉(zhuǎn)角力矩測(cè)量?jī)x。

3.1 低速行駛轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)

在汽車試驗(yàn)場(chǎng)地畫(huà)出雙紐線（其最小曲率半徑應(yīng)按實(shí)驗(yàn)車輛的最小轉(zhuǎn)彎半徑的1.1倍，并圓整到比此乘積大的一個(gè)整數(shù)來(lái)確定），車輛以10 km/h的車速沿著所畫(huà)的雙紐線行駛。

圖2為修復(fù)后車輛的低速行駛轉(zhuǎn)向輕便性軌跡圖。圖4為方向盤力與時(shí)間的關(guān)系圖。

試驗(yàn)結(jié)果表明，車輛在低速行駛狀態(tài)下，其輕便性符合要求。

3.2 車輛穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)

該項(xiàng)試驗(yàn)是測(cè)定汽車對(duì)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角輸入達(dá)到穩(wěn)定行駛狀態(tài)時(shí)汽車的穩(wěn)態(tài)橫擺響應(yīng)。車輛穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)軌跡，如圖3所示。圖中圓周內(nèi)側(cè)為實(shí)驗(yàn)起始點(diǎn)，故可得出此圖表示不足轉(zhuǎn)向，隨著車速的增加，側(cè)向加速度越來(lái)越大，從而使得轉(zhuǎn)彎半徑越來(lái)越大。穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)速度和側(cè)向加速度，如圖5 所示，圖中橫坐標(biāo)為實(shí)驗(yàn)時(shí)間，縱坐標(biāo)為車輛速度（曲線1）和車輛側(cè)向加速度（曲線2）。

試驗(yàn)結(jié)果表明，該修復(fù)后的車輛具有不足轉(zhuǎn)向特性，其操縱穩(wěn)定性是穩(wěn)定的。

3.3 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角階躍輸入試驗(yàn)

轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角階躍輸入試驗(yàn)條件為，車輛在平坦的道路上先以直線行駛，達(dá)到實(shí)驗(yàn)車速后，突然以最快的速度（國(guó)標(biāo)不小于200°/s，美國(guó)ESV規(guī)定不小于500°/s）打轉(zhuǎn)向盤。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角位移因車速不同而異，但要求達(dá)到一定的穩(wěn)態(tài)圓周行駛時(shí)的側(cè)向加速度，如1～3 m/s 2，間隔為0.5 m/s 2或0.4 g（美國(guó)ESV規(guī)定）。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)至應(yīng)有角度后保持不變，節(jié)氣門亦不變，汽車從直線進(jìn)入圓周行駛。實(shí)驗(yàn)要求在最高車速的70%車速下或在40 km/h及110 km/h兩種車速下（美國(guó)ESV規(guī)定）進(jìn)行。

圖7為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角階躍軌跡圖。圖6為角階躍速度與側(cè)向加速度數(shù)據(jù)分析圖。橫坐標(biāo)表示實(shí)驗(yàn)時(shí)間，縱坐標(biāo)表示車輛試驗(yàn)速度（曲線1）和車輛側(cè)向加速度（曲線2）。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到38 s附近時(shí)，車輛從直線行駛變?yōu)閳A周軌跡行駛，其側(cè)向加速度有明顯的上升趨勢(shì)，此后側(cè)向加速度便立即下降并穩(wěn)定在零附近。

3.4 汽車蛇行試驗(yàn)

圖8為蛇行實(shí)驗(yàn)軌跡圖。其實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地應(yīng)為平坦、干燥且清潔的路面，車輛制動(dòng)系、轉(zhuǎn)向系及輪胎無(wú)異常，駕駛員駕駛車輛以60 km/h的速度直線行駛，然后蛇行通過(guò)放置的標(biāo)樁（標(biāo)樁應(yīng)在一條直線上且間距相等），逐漸提高車速（車速間隔為10 km/h）重復(fù)實(shí)驗(yàn)，共進(jìn)行3組每組3次。

圖9為蛇行速度與側(cè)向加速度數(shù)據(jù)分析圖。橫坐標(biāo)為試驗(yàn)時(shí)間，縱坐標(biāo)反映實(shí)驗(yàn)車輛的車速（曲線1）和側(cè)向加速度（曲線2），在國(guó)標(biāo)中蛇行實(shí)驗(yàn)時(shí)的側(cè)向加速度不超過(guò)0.4 g。

4 參數(shù)測(cè)試和試驗(yàn)結(jié)果分析

事故車輛受到來(lái)自駕駛員左前方的撞擊，車輛在修復(fù)前通過(guò)四輪定位儀的測(cè)試，出現(xiàn)多組參數(shù)不正常。第一次的修復(fù)針對(duì)受損部件進(jìn)行了更換，再次進(jìn)行測(cè)量。前輪左側(cè)后傾角有所增加，但是仍然未達(dá)到正常值，前輪右側(cè)外傾角仍然不正常，后輪右側(cè)前束角不正常。分析測(cè)試結(jié)果，修復(fù)時(shí)只考慮了被撞的左側(cè)，車輛的左右兩側(cè)是相互影響的，這時(shí)對(duì)右側(cè)前減震器，右側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行更換。將車輛再次進(jìn)行四輪定位測(cè)試，仍有參數(shù)不在正常值范圍以內(nèi)。分析原因，在檢查車輛時(shí)，車輛左側(cè)的轉(zhuǎn)向桿件、懸架等損壞明顯，右側(cè)車輛的懸架裝置，如減震器、轉(zhuǎn)向桿件、轉(zhuǎn)向節(jié)的損壞不明顯，但是受左側(cè)撞擊的影響，右側(cè)的轉(zhuǎn)向桿件、懸架裝置實(shí)際上也有變形。第二次更換了右側(cè)的減震器和轉(zhuǎn)向節(jié)，再將車輛進(jìn)行四輪定位參數(shù)測(cè)試，前輪左側(cè)后傾角恢復(fù)，前輪右側(cè)外傾角恢復(fù)。但是前輪左、右前束角均處于不正常范圍。將事故車輛進(jìn)行調(diào)試，車輛左輪前束固定到正常范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)車輛右前橫向拉桿的伸縮，主銷后傾角不達(dá)標(biāo)應(yīng)調(diào)節(jié)減振器與上支座相對(duì)位置。測(cè)試結(jié)果顯示車輛前束值數(shù)據(jù)恢復(fù)到正常范圍內(nèi)，完成事故車輛的修復(fù)工作，為路試作準(zhǔn)備。

道路試驗(yàn)，選擇了低速行駛轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)，測(cè)定汽車在低速大轉(zhuǎn)彎時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性;汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)，測(cè)定汽車對(duì)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角輸入達(dá)到穩(wěn)定行駛狀態(tài)時(shí)汽車的穩(wěn)態(tài)橫擺響應(yīng);轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角階躍輸入試驗(yàn)，測(cè)定汽車對(duì)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角輸入時(shí)的瞬態(tài)響應(yīng);汽車蛇行試驗(yàn)，測(cè)定汽車的橫擺角速度、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角等。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)事故車輛修復(fù)前后的臺(tái)架試驗(yàn)和修復(fù)后車輛的道路試驗(yàn)，可以看出：

（1）懸架裝置和轉(zhuǎn)向裝置各個(gè)桿系的結(jié)構(gòu)參數(shù)改變將影響車輛的四輪定位，進(jìn)而影響車輛的操縱穩(wěn)定性，通過(guò)修復(fù)被損壞車輛的懸架和轉(zhuǎn)向裝置，可以達(dá)到恢復(fù)車輛功能的目的。

（2）車輛是一個(gè)整體，當(dāng)單側(cè)被損壞，恢復(fù)一側(cè)的相應(yīng)裝置不足以使四輪定位參數(shù)達(dá)到規(guī)定范圍，還應(yīng)該考慮對(duì)與之有聯(lián)系的另外一側(cè)進(jìn)行恢復(fù)。

（3）本文的研究，為被損車輛操縱穩(wěn)定性的恢復(fù)提供了參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[3] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].5版.北京：人民交通出版社，2009.

[4] 高翔.汽車工程學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[5] 徐生明.事故車輛制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（ABS）故障診斷與分析[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2009.

[6] Abe M，Kano Y，Suzuki K，et al.Sideslip control to stabilize vehicle lateral motion by direct yaw moment[J].JSAE Review，2001，22（4）：413-419.