汽車運動性能(品質)的主客觀評價方法

Objective/Subjective

Evaluation

ofPassengerCaronChassisDynamics管欣教授、工學博士吉林大學汽車工程學院院長汽車動態模擬國家重點實驗室主任E-mail：hsguan@Tel：+86(431)850959921汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin汽車的功能、性能、品質和質量2023/9/32汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin汽車功能（Function）汽車功能很難定義，主要表示汽車產品的功用，例如：按照用途：乘用車、商用車、越野車等等按照燃料：汽油車、柴油車、代用燃料車、生物質燃料車按照動力源：電動車、混合動力車等等2023/9/33汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin汽車性能(Performance)主要是指穩定工況下或者特定的復雜工況下，汽車達到的最佳能力，例如：最大車速、最大加速能力、最低穩定車速最大制動能力、最大駐坡能力不足轉向/過渡轉向特性最小轉彎半徑、汽車轉向相應快慢越野工況下的最大行駛車速最大爬坡度、最小離去角、接近角等等2023/9/34汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin汽車品質(動態行為,DynamicBehavior)

(Braking,Handling,Stability,Comfort,NVH,etc)主要是指汽車產品提升性能所帶來的不希望的行為或者動作，或者在功用增加時帶來的不希望的行為或者動作，例如：縱向加/減速度過大，會帶來車體點頭轉向過快，會導致車體側滑而不穩速度提高，會帶來汽車振動加劇，汽車發飄、不抓地、乃至汽車轉向失控在低摩擦路面/冰面上行使，導致側滑甩尾或者汽車失控2023/9/35汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin汽車質量(Quality)主要是指汽車的生產所導致的可靠性、一致性和耐久性的好壞可靠性：在汽車生命周期內不會因材料疲勞而導致零部件失效耐久性：在設定的使用周期內，不會因材料改性而導致性能與品質嚴重下降一致性：汽車新車下線時，或者在相同使用一定時間之后，汽車的性能與品質差異較小2023/9/36汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin汽車產品之間的主要差距是品質和質量制造商的產品市場定位確定了汽車的功能和性能制造商的設計制造水平決定了汽車的品質與質量功能、性能、品質和質量是相互獨立的概念，沒有可比性，功能和性能的創新必須以品質和質量的技術能力為前提我國自主開發的汽車在品質和質量上的差距很大，主要體現在高速情況下和極限工況環境下汽車的動態行為不好，大批量產品的一致性和耐久性不好等方面2023/9/37汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin汽車產品開發的四個主要階段2023/9/38汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin汽車產品全開發周期的四個階段總成設計檢驗產前試裝，試驗定型概念設計產品規劃，概念設計PPSSOP-30-60-56-52-48-42-36-27-24-19-12-8-6-303調研深入研究決策準備設計整合項目計劃試裝，試驗檢驗量產前期量產前期開發量產開發/工業化零件設計整車設計概念驗證CV量產驗證PV設計驗證DV設計與驗證方案與評價分析與調校對標與定義2023/9/39汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin四個階段的主要評價工作產品定義階段：按照功用、性能、品質進行對標和定標方案評價階段：采用客觀評價方法和指標進行總布置方案，總成系統特性和裝配硬點進行評價和性能匹配設計驗證階段：采用客觀評價方法進行整車性能和總成特性的逐層驗證整車調校階段：采用主觀評價方法和指標體系調校整車品質2023/9/310汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin汽車整車廠商的首要核心技術在全球化零部件采購戰略下，汽車整車廠商的首要核心技術是

整車集成與性能匹配技術在全球化零部件采購戰略下，整車廠商和零部件供應商將各司其職，實行專業化分工在設計階段中，整車廠商應該對各個總成提出具體技術規格要求，并擁有進行系統集成匹配的技術2023/9/311汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin大多數企業，包括合資企業，沒有整車開發能力，甚至沒有能力評價、驗收委托境外開發的產品一些企業以及技術服務商，具有傳統的整車開發能力，主要采用實物樣車試驗迭代方法進行整車車型開發，開發周期長，試驗費用大，很難搶先推出具有競爭力的新產品我國底盤開發流程的主要差距

以實物樣車試驗迭代方法為主2023/9/312汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin對標主要進行主觀評價實驗與相應的整車性能曲線測試總成特性與零部件沒有測試主要原因是總成特性曲線的技術規格不清，與整車性能的影響沒有方法分析與評價我國底盤開發流程的主要差距

對標主要集中在整車性能評價上2023/9/313汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin汽車產品全開發周期與虛擬樣機技術總成開發檢驗產前試裝，試驗定型概念設計產品規劃，概念設計PPSSOP-30-60-56-52-48-42-36-27-24-19-12-8-6-303調研深入研究決策準備設計整合項目計劃試裝，試驗檢驗量產前期量產前期開發量產開發/工業化零件開發整車開發概念驗證CV量產驗證PV設計驗證DV1980年以前，全球汽車產品開發周期都采用實車場地試驗新車開發周期在48個月設計驗證方案評價產品定義分析調校1980-2002年，國際GM、Ford、Benz開始在設計驗證階段引入虛擬樣機技術，開發周期縮短為36個月2006年開始，國際各大汽車公司開始探索在產品定義和方案評價階段采用虛擬樣機技術，力爭將新車開發周期縮短為18-24個月我國汽車行業開發能力的主要差距是在產品定義、方案評價、設計驗證及分析調校階段主要依靠試制實車的場地試驗進行改進虛擬樣機技術已經開始進入國內汽車廠商的設計驗證階段14汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin大多數企業已經開始采用MSC.ADAMS等商用軟件進行分析主要用于設計驗證階段主要驗證整車性能虛擬樣車的逼真度沒有進行驗證尚未對產品開發真正發揮作用我國底盤開發流程的主要差距

虛擬樣機技術主要用于設計驗證2023/9/315汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin我國底盤開發流程的主要差距

仍然采用簡單獨立模型匹配性能傳統的底盤開發：性能要求較低，在穩態或低頻響應上，驅動、制動、轉向、懸架總成相互影響較小，各司其責，單獨評價開發即可

（底盤性能——穩態工況下或者特定工況的最佳水平）先進的底盤開發：性能要求較高，在中高頻響應上，驅動、制動、轉向、懸架總成相互耦合影響，總成開發不能單獨評價，必須從整車性能匹配

（底盤品質——性能提高所產生的動態過程行為不好）2023/9/316汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin汽車運動性能的客觀評價方法2023/9/317汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin汽車運動性能的主要影響因素汽車運動性能一般是指線性區內或者弱非線性區域、低頻率區內、穩態工況下的性能，主要受下列參數或特性影響整車總布置參數裝配硬點參數輪胎、懸架、轉向系等總成系統的線性區特性2023/9/318汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin運動性能的客觀評價內容操縱性、穩定性、制動性、加速性、舒適性中的在穩定工況下的性能指標或者固有特性場這些指標和特性場可以用簡單的經典模型(汽車理論上的模型)仿真獲得2023/9/319汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin運動性能的客觀評價方法性能指標的客觀評價一般很難作出絕對性的評價，主要采用相對對標方法將所有對標車(BenchmarkCars)和基準車(BaselineCar)進行場地試驗,將測試的數據采用直方圖畫到一起根據上述直方圖確定新開發車的定標值(TargetSettings)及其可變范圍，并以此作為新開發車的性能評價依據（參考863對標報告）2023/9/320汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin汽車運動品質的主觀評價方法2023/9/321汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin汽車運動品質的主要影響因素輪胎的滑移區的非線性特性輪胎的胎體彈性和阻尼的非線性、復剛度特性懸架剛度的非線性與左右不對稱性懸架的K&C非線性特性、左右不對稱性轉向系的彈性特性、左右不對稱性側傾與縱傾的非線性和不對稱性懸架Bushing的非線性、復剛度副車架懸置的非線性、不對稱車身的非均勻質量分布制造導致的硬點偏差2023/9/322汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin國外主觀評價的典型打分方法SAE打分標準（J1441，J1060）歐洲打分方法日本打分方法2023/9/323汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin主觀評價的推薦打分方法

（綜合SAE和德國打分方法）將每項性能的各評價項目進行打分對每項性能的總體還要進行打分2023/9/324汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin主觀評價指標體系的主要內容2023/9/325汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin轉向操縱性的評價內容26汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin轉向操縱性的評價內容轉向操縱性的評價評價項目評價內容1.轉向響應和準確性評價方向盤的階躍輸入是否具有合適的響應特性2.響應線性度評價在階躍轉向輸入過程中，方向盤轉角與車輛響應之間的關系3.橫擺衰減評價車輛在階躍轉向輸入后產生的橫擺4.中間位置轉向靈敏性高速時，方向盤小角度輸入，側向加速度在0.1G以下的轉向靈敏性5.中心與非中心區過度平滑車輛方向盤中心區轉向響應與非中心區轉向響應的過渡平滑性6.回正性能評價車輛低速行駛時，方向盤的回正能力7.響應(移線性能）評價車輛在移線行駛過程中的響應是否合適、左右是否對稱8.可控性評價移線時可控性，包括方向盤力、側向加速度峰值、可預見性9.方向盤力矩反饋9.1路感評價車輛反饋路面信息的能力以及方向盤力矩與側向加速度之間關系9.2轉向力的大小評價車輛的低速輕便性（包括駐車）和高速時的力矩是否合適9.3轉向力特性評價轉向力大小隨車輛速度和方向盤轉角增大的特性9.4力矩對稱性和光滑性評價車輛在不同車速以及不同方向盤轉角下的力矩對稱性9.5方向盤打到底時力感評價方向盤打到底時力矩是否明顯變大及其與方向盤位置的對應關系27汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin方向穩定性的評價內容28汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin方向穩定性的評價內容穩定性的評價內容1.轉向特征的變化評價車輛的行駛動態參數與側向加速度的關系，并由此確定汽車的穩態轉向特性2.隨側向加速度的漸變性能評價車輛在側向加速度增加的過程中，方向盤轉角、橫擺反應是否與側向加速度的變化成線性關系3.極限性能評價在不失穩的前提下所能達到的最大側向加速度4.側傾角評價車輛側傾角是否合適5.可預見性評價車輛進行轉彎行駛時，在動力變化（加速/松油門）的情況下是否能夠保持適當的不足轉向6.穩定性（移線性能）評價在進行移線行駛時，車輛的側傾、橫擺以及線路保持穩定性7.中高速轉向回正評價車輛在中高速時的回正性能，尤其是超調量不應過大8.平整路面穩定性評價車輛在平整路面勻速行駛時的方向穩定性9.不平路面穩定性評價車輛在不平整路面勻速行駛時的方向穩定性29汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin乘坐舒適性的評價內容30汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin乘坐舒適性的評價內容乘坐舒適性的評價內容評價項目評價內容1.座椅振動評價路面傳遞到座椅上振動加速度大小及人的舒適程度2.方向盤振動評價在試車場通過橫向接縫（或模擬火車道軌）路面、短波路面和高速公路等路面激勵下方向盤振動大小3.結構振動設計時盡量將車身的結構模態頻率與和其連接的結構件的模態頻率分開，否則兩個系統之間會發生共振。4.非簧載振動評價在輕微顛簸路面行駛時，車輛非簧載質量垂向的振動情況5.突變感覺評價通過凸塊時加速度突然變化的感覺6.頭部顛簸評價車輛從一側向另一側抬起運動引起的頭部不舒適的橫向顛簸7.振動衰減車輛后軸通過凸塊后，振動的衰減快慢程度8.車身俯仰根據乘客可以感受到的俯仰角、俯仰角加速度的幅頻特性、阻尼特性進行評價9.側傾角變化率根據人感覺的汽車側傾變化快慢來評價汽車的側傾舒適性10.側傾角評價感覺到的車身側傾角的幅頻特性、阻尼特性11.側傾擺動人對側傾擺動的感覺來評價汽車側傾舒適性31汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin加速性能與品質的評價內容32汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin加速性能與品質的評價內容動力性主觀評價評價項目評價內容1.起步加速不同油門開度下加速性及加速平順性2.行駛中加速評價汽車的行駛過程中加速性能，也反映上汽車的超車能力3.各檔加速性評價各個檔位加速性能感覺4.轉彎加速評價車輛轉彎時的牽引力和加速性能5.弱附著路面加速評價車輛在低附著、對開路面等路面的牽引力和加速性能6.爬坡性能評價乘用車的爬坡性能7.油門踏板感覺油門的響應、踏板力及其踏板行程8.加速跑偏行駛路線偏離程度，掌控的難易9.加速俯仰評價加速過程中車身出現的俯仰角及隨時間的變化10.加速抖動加速過程中不應該抖動33汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin制動性能與品質的評價內容34汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin制動性能與品質的評價內容制動性能與品質的評價評價項目評價內容1.制動效能評價在不制動條件下可得到的制動效能2.制動熱穩定性評價制動系統抗熱衰退性能3.制動水穩定性評價制動系統抗水衰退性能4.制動直線穩定性評價在直線制動過程中是否出現甩尾和跑偏5.彎道制動穩定性評價轉彎制動行駛時的保持車輛穩定前提下所能達到的制動效能6.制動操縱性車輛是否可按駕駛員意圖行駛，操縱車輛難易程度以及穩定性如何7.制動點頭評價制動過程中出現的俯仰角度及其隨時間的歷程8.制動振動評價車輛制動時出現的振動現象及其振動強度9.制動踏板感覺9.1制動踏板自由行程制動踏板自由行程是否合適9.2制動踏板力制動踏板力是否合適9.3制動踏板行程踏板行程是否合適9.4踏板漸進性制動減速度與踏板力合適的線形關系9.5踏板響應制動車輛響應是否合適9.6制動遲滯作用制動響應35汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin,ASCLofJLU,Dr.GuanHsin國外汽車設計公司的主觀評價體系2023/9/336汽車動態模擬國家重點實驗室,ASCLofJLU,Dr.GuanHsinMIRA主觀評價體系之一（H）1穩態轉向SteadyStateCornering1.1至最大側向加速度時的操縱平衡（不足/過度轉向）endingbalance(Under/Oversteer)uptomax.latac1.2隨側向加速度的漸變性能Progressivebehaviorwithchangeoflatac1.3極限性能Limitbehavior1.4路線保持舒適度Easewithwhichalineisheld1.5車身側傾角度Degreeofbodyroll1.6總體評價Overall372瞬時轉彎TransientCornering2.1平整路面上轉彎響應和準確性Turninresponseandprecisiononsmoothsurfaces2.2車身側傾/俯仰控制Bodyroll/pitchcontrol2.3極限下方向盤輸入或改變路線響應Responsetoon-limitHWinputorchangeofline2.4節氣門變化的響應Responsetothrottlechange2.5不平路面，分離路面等的穩定性Stabilityonunevensurfacediscretefeaturesetc2.6不平路面行駛路線的保持性Abilitytoholdlineonunevensurface2.7總體評價Overall383直線行駛StraightLine3.1中心區操縱性OncentreHanding4方向穩定性DirectionalStability4.1顛簸轉向（不平路面或分離路面）Bumpsteer(unevensurfaceanddiscretefeatures)4.2拱形路面行駛Overchangingsurfacecamber4.3側向風Incrosswinds4.4路面構造變化Overchangingsurfacecomposition4.5加速時的穩定性UnderAcceleration4.6總體評價Overall395避障（急劇單移線/雙移線）ObstacleAvoidance(SevereSingle&DoubleLaneChange)5.1轉彎響應Turninresponse5.2控制Control5.3回正Recovery5.4總體評價Overall6轉彎中動力的變化PowerChangeinaTurn6.1橫擺角速度響應（轉彎變為過度或不足轉向）Yawrateresponse(transitiontooverorundersteer)6.2大側向加速度下的車輛橫擺穩定性Yawstabilityofvehicleathighlatac407直道制動性StraightLineBraking7.1拉伸或搖晃的趨勢Tendencytopullorweave8轉彎制動BrakinginaTurn8.1橫擺角速度響應：甩尾或直線Yawrateresponse:tendencytospinorgostraighton8.2車輪抬起/抱死Wheellift/lockup8.3側傾穩定性RollStability419轉向力矩反饋SteeringTorqueFeedback9.1側向加速度大小的相關性Indicationofmagnitudeoflateralacceleration9.2極限時的反應Waningofapproachoflimit9.3各種工況下的力矩大小程度Torquelevelsinallcondition9.4對稱性和平滑性Smoothnessandsymmetry9.5力矩轉向(轉彎動力變化&加速)TorqueSteer（powerchangeinaturn&acceleration）9.6凸塊上的方向盤沖力大小Kickbackonbumpsetc10可信度Confidence10.1車輛性能的總體印象Overallimpressionofconfidenceinvehicle’sbehavior42MIRA主觀評價體系之二（H&R）1平順性OVERALLRIDE1.1平整路面平順性SMOOTHROADRIDE1.1.1一級平順性PrimaryRide(bounce,float,pitchbalance,abruptness,headtoss)1.1.2二級平順性SecondaryRide(choppiness,shake,columnshake,plushness)431.2不平路面平順性ROUGHROADRIDE1.2.1一級平順性PrimaryRide(bounce,float,pitchbalance,abruptness,headtoss)1.2.2二級平順性SecondaryRide(choppiness,shake,columnshake,plushness)1.3單獨激勵平順性DISCRETEEVENTS1.3.1一級平順性PrimaryRide(abruptness,bumpthrough,topping,bottoming)1.3.2沖擊Impact(harshness,front/rearbalance,aftershake)442轉向性能OVERALLSTEERING2.1停車/操縱性PARKING/MANOEUVRING2.1.1方向盤力Efforts2.1.2回正Returnability(rolling)2.1.3操縱性Maneuverability(angledemand,turningradius)452.2中心區轉向ON-CENTRESTEERING2.2.1響應Response(gain,anglewindow,symmetry)2.2.2力矩反饋TorqueFeedback(deadband,buildup,frictionfeel)2.2.3準確性Precision2.3彎道行駛CORNERING2.3.1響應Response(gain,delay,linearity,symmetry)2.3.2力矩反饋TorqueFeedback(buildup,linearity,frictionfeel,roadfeel)2.3.3回正Returnability(uniformity,self-centering,overswing)2.3.4準確性Precision462.4轉向擾動STEERINGDISTURBANCES2.4.1力矩轉向TorqueSteer2.4.2跑偏Pull(constantrollingspeed)2.4.3反向沖擊KickBack2.4.4方向盤扭振Nibble(nobraking)2.5方向盤STEERINGWHEEL(shape,appearance&feel)473操縱性能OVERALLHANDLING3.1直線行駛穩定性STRAIGHTAHEADSTABILITY3.1.1直線行駛StraightRunning(accelerating,decelerating)3.1.2加速俯仰/抬起AccelerationPitch/Lift-Squat3.1.3加速能力/牽引AccelerationCapability/Traction483.2彎道穩定性CORNERINGSTABILITY3.2.1不足/過多轉向Understeer/Oversteer3.2.2輪胎摩擦/尖叫TireScrubbing/Squeal3.2.3加油門/減油門PowerOn/Off3.2.4轉彎制動BrakinginaTurn(checkbrake,heavybrake,variouslataclevels)3.2.5側傾控制RollControl(forward-rearbalance,angle,damping)3.3移線性能LANECHANGESTABILITY3.3.1穩定性Stability(rollcontrol,yawcontrol,confidence)3.3.2控制能力Controllability(handwheelactivity)3.3.3包容感CapacityFeel49保時捷主觀評價體系（H&R）1高附著路面(干燥的、潮濕的)μ-high(dry,wet)1.1安全性高附著路面safetyμ-high1.1.1高附著路面直線行駛Straightlineμ-high1.1.2不平公路上的直線行駛Straightlineunevenpublicroad1.1.3平坦路面直線行駛Straightlineevenroad1.1.4工況變化時的直線行駛Straightlinetransition1.1.5側風敏感性Sensitivitytosidewind501.2動力學性能高附著路面Dynamicbehaviorμ-high1.2.1單/雙移線Singleanddoublelanechange1.2.2小轉角輸入蛇形Slalomwithsmallsteeringinput1.2.3快速小轉角階越輸入（側傾運動與阻尼）Smallfaststepinputonthesteering(rollmotionanddamping)1.2.4蛇形Slalom511.3彎道性能高附著路面Corneringμ-high1.3.1最大側向加速度時的輪荷轉移loadreversalwithmax.lateralacceleration1.3.20.9倍最大側向加速度時的輪荷轉移loadreversalwith90%lateralacceleration1.3.3入彎時的性能Behavioratstartofcornering1.3.4最大側向加速度時的彎道性能Corneringbehavioratthemax.lateralacceleration1.3.5出彎時的性能Behavioratendofcornering1.3.6連續換道（恒速，考慮輪荷轉移、不考慮輪荷轉移）Polygondrivinglane(constantspeed.withandwithoutloadreversal)521.4牽引性能高附著路面Tractionμ-high1.4.1起步牽引能力Tractionatlaunch1.4.2彎道牽引能力Tractionduringcornering1.5制動性能Brakingbehavior1.5.1直線制動性能Straightlinebraking1.5.2彎道最大側向加速度時的制動能力Max.accelerationduringcornering1.5.3彎道中等側向加速度時的制動能力Mid.accelerationduringcornering532響應/舒適性高附著路面Agility/Funμ-high2.1轉向性能高附著路面Steeringbehaviorμ-high2.1.1轉向靈敏性Sensitivenessofth