商用車操縱穩(wěn)定性主客觀評(píng)價(jià)結(jié)果研究

雷穎絜，劉偉，王飛，胡磊

（東風(fēng)商用車有限公司 技術(shù)中心，湖北 武漢 430056）

商用車操縱穩(wěn)定性主客觀評(píng)價(jià)結(jié)果研究

雷穎絜，劉偉，王飛，胡磊

（東風(fēng)商用車有限公司 技術(shù)中心，湖北 武漢 430056）

對(duì)商用車操縱穩(wěn)定性的主、客觀評(píng)價(jià)方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，并通過非線性回歸方法，建立操縱穩(wěn)定性主觀評(píng)價(jià)結(jié)果和客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)之間關(guān)系的模型，使得在設(shè)計(jì)初期對(duì)操縱穩(wěn)定性的主觀感覺進(jìn)行預(yù)測成為可能。關(guān)鍵詞：操縱穩(wěn)定性；主觀評(píng)價(jià)；非線性回歸

目前國內(nèi)商用車均采用正向開發(fā)的方式，需要在設(shè)計(jì)階段對(duì)商用車的操縱穩(wěn)定性有較為準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。但由于更為接近客戶感受的操縱穩(wěn)定性的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果往往只能在完成整車試制后才能獲得，為了提升操縱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性和客觀性，并將其前置到設(shè)計(jì)階段，從20世紀(jì)70年代起，各大汽車廠商和研究單位紛紛開展各種研究工作，建立主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)之間的關(guān)系，用客觀的試驗(yàn)指標(biāo)來代替主觀評(píng)價(jià)的感性描述。

1 操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法概述

操縱穩(wěn)定性是汽車對(duì)駕駛員轉(zhuǎn)向輸入操縱及外界干擾的響應(yīng)［1］，以及駕駛員在控制汽車時(shí)操縱

感覺的難易輕便程度［2］。操縱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方法可分為客觀試驗(yàn)評(píng)價(jià)和駕駛員主觀評(píng)價(jià)。

1.1 操縱穩(wěn)定性客觀試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法

目前我國汽車操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)執(zhí)行的是GB/ T6 323-2014《汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法》，依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)向回正性、轉(zhuǎn)向輕便性、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角階躍輸入瞬態(tài)響應(yīng)、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角脈沖輸入瞬態(tài)響應(yīng)和蛇形試驗(yàn)評(píng)價(jià)。汽車生產(chǎn)廠商一般會(huì)根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際特點(diǎn)、試驗(yàn)場地和特性開發(fā)經(jīng)驗(yàn)選擇試驗(yàn)指標(biāo)。

操縱穩(wěn)定性客觀評(píng)價(jià)方法的優(yōu)點(diǎn)在于企業(yè)可以制定標(biāo)準(zhǔn)來明確對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)和試驗(yàn)方法，得出的客觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，沒有人為因素的不確定性。在整車設(shè)計(jì)開發(fā)階段沒有樣車的情況下，還可通過計(jì)算機(jī)仿真建立模型，對(duì)整車操縱穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測。但是客觀評(píng)價(jià)也存在缺點(diǎn)。從操縱穩(wěn)定性的定義可以看出，操縱穩(wěn)定性非?？粗伛{駛員在評(píng)價(jià)體系中的作用。如拋開駕駛員在評(píng)價(jià)體系中的作用，僅用試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行測量，可能會(huì)出現(xiàn)客觀評(píng)價(jià)結(jié)果和主觀感受不一致的情況，導(dǎo)致最終的評(píng)價(jià)結(jié)果無法科學(xué)評(píng)價(jià)車輛的性能。因此為了更全面徹底的評(píng)價(jià)車輛的操縱穩(wěn)定性，就應(yīng)該考慮駕駛員特性與車輛特性的配合問題［3］，必須引入駕駛員主觀評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)操縱穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

1.2 操縱穩(wěn)定性駕駛員主觀評(píng)價(jià)方法

汽車操縱穩(wěn)定性的主觀評(píng)價(jià)是駕駛員根據(jù)不同的駕駛?cè)蝿?wù)操縱車輛時(shí)，依據(jù)操縱動(dòng)作難易程度對(duì)汽車進(jìn)行評(píng)價(jià)，即駕駛員對(duì)汽車的易操縱性所進(jìn)行的評(píng)價(jià)［4］。由于試驗(yàn)中駕駛員的生理和心理因素存在差異，因此，對(duì)于同一試驗(yàn)對(duì)象，不同的駕駛員的評(píng)價(jià)結(jié)果可能各不相同，甚至于同一駕駛員在不同時(shí)間駕駛同一車輛，受當(dāng)時(shí)駕駛員身體條件、駕駛環(huán)境的影響，評(píng)價(jià)結(jié)果也可能存在一定差異。因此，操縱穩(wěn)定性主觀評(píng)價(jià)的離散性較大。為使主觀評(píng)價(jià)真實(shí)可信，通常要指定一組評(píng)價(jià)者，至少需要20名［4］，用統(tǒng)計(jì)方法來獲得評(píng)價(jià)結(jié)果。

主觀評(píng)價(jià)可采用相對(duì)排序法進(jìn)行，但采用得更加廣泛的是絕對(duì)分?jǐn)?shù)法，即把主觀評(píng)價(jià)內(nèi)容用數(shù)值化的評(píng)分等級(jí)表示出來［4］。為了進(jìn)一步對(duì)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，可采用層次分析法確定各單項(xiàng)指標(biāo)和指標(biāo)層之間的權(quán)重系統(tǒng)［5］。

駕駛員的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果與最終市場對(duì)該車型的操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果一般較為吻合，對(duì)設(shè)計(jì)的參考價(jià)值更高。但其缺點(diǎn)主要在于：1）主觀評(píng)價(jià)需要試驗(yàn)樣車，在設(shè)計(jì)開發(fā)的初期階段無法開展；2）需要盡可能多的專業(yè)駕駛員，試驗(yàn)約束條件多，投入的人力物力資源較多。因此，基于上述分析結(jié)果，尋找一種和主觀評(píng)價(jià)一致性高的客觀評(píng)價(jià)體系是非常必要的。

1.3 操縱穩(wěn)定性主觀及客觀評(píng)價(jià)方法的關(guān)系

操縱穩(wěn)定性主觀和客觀評(píng)價(jià)結(jié)果之間的關(guān)系研究從20世紀(jì)70年代起就開始了，期間出現(xiàn)了多種研究思路。其中最具代表性的是英國Colla教授和FIAT研究中心，主要針對(duì)某種車型開展主觀評(píng)價(jià)和客觀試驗(yàn)，通過線性回歸的方法，建立駕駛員主觀評(píng)價(jià)和試驗(yàn)客觀指標(biāo)之間的線性關(guān)系［6］。但是這種方法僅適用于小范圍具有偏性（如偏運(yùn)動(dòng)、偏舒適性轎車等）的汽車主客觀一致性的比較［7］。除線性回歸外，統(tǒng)計(jì)理論中的相關(guān)性分析、主成分分析等方法也逐漸被應(yīng)用在該研究中。2000年，宗長富、郭孔輝采用相關(guān)性分析，建立了試驗(yàn)分析結(jié)果和駕駛員主觀評(píng)價(jià)之間的關(guān)系，其主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.99以上［8］。2004年，孔繁森、郭孔輝利用演化算法與灰關(guān)聯(lián)分析相結(jié)合的方法研究了汽車操縱穩(wěn)定性主客觀評(píng)價(jià)的灰關(guān)聯(lián)性問題［9］。2009年，邢如飛運(yùn)用層次分析法確定了操縱穩(wěn)定性主觀評(píng)價(jià)中不同指標(biāo)的權(quán)重，提升了主觀評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確度［5］；2013年，郝勝杰采用主成分分析法對(duì)操縱穩(wěn)定性客觀試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行降維［10］，減少了客觀指標(biāo)的數(shù)量；這二者都為建立更加準(zhǔn)確的主觀和客觀評(píng)價(jià)結(jié)果之間的聯(lián)系打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果分析

目前主要通過線性回歸來對(duì)操縱穩(wěn)定性主觀和客觀評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析。但在研究工作中發(fā)現(xiàn)，客觀指標(biāo)和主觀評(píng)價(jià)結(jié)果之間不一定是線性關(guān)系，因此需要采用一定方法對(duì)客觀指標(biāo)進(jìn)行處理，以提高線性回歸的可信度。本文中對(duì)不同指標(biāo)的特征進(jìn)行分析，引入相應(yīng)的指數(shù)指標(biāo)或者對(duì)數(shù)指標(biāo)進(jìn)行回歸分析。

2.1 多元線性回歸及多重共線性檢驗(yàn)

本文中采用多元線性回歸對(duì)操縱穩(wěn)定性的主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)和客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的關(guān)系進(jìn)行分析，采用F檢驗(yàn)進(jìn)行總體顯著性檢驗(yàn)，采用t檢驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)顯著性檢驗(yàn)。

在進(jìn)行回歸時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)自變量和因變量之間有時(shí)存在的不是線性關(guān)系。對(duì)于一元回歸問題，可以直接采用非線性最小迭代法進(jìn)行曲線擬合，如高斯-牛頓法、馬夸爾特法等。但在存在多個(gè)自變量的情況下，難以直接進(jìn)行曲線回歸。根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)中的非線性回歸（Nonlinear Regression）理論［11］，可通過繪制散點(diǎn)圖觀察自變量與因變量之間的關(guān)系，引入高元或經(jīng)過對(duì)數(shù)變換的新變量，提升自變量與因變量之間的線性關(guān)系。

另外，在進(jìn)行多元線性回歸時(shí)，2個(gè)自變量之間可能會(huì)存在某種程度線性聯(lián)系，把這種相關(guān)性稱為多重共線性［11］。多重共線性的存在會(huì)對(duì)回歸結(jié)果造成不良影響，因此要進(jìn)行檢驗(yàn)，排除存在多重共線性的變量。

2.2實(shí)踐案例

操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)可分為6項(xiàng)，每項(xiàng)試驗(yàn)均有多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了簡化計(jì)算過程，選取某商用車轉(zhuǎn)向回正的評(píng)價(jià)過程，進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)和主觀評(píng)價(jià)結(jié)果的關(guān)系分析，其他操縱穩(wěn)定性指標(biāo)可采用同樣的方法進(jìn)行分析。

研究中共選取了9輛6×4重型牽引車進(jìn)行了轉(zhuǎn)向回正試驗(yàn)，試驗(yàn)指標(biāo)及試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。X1為轉(zhuǎn)向靈敏度，m·s-2·（100°）-1；X2為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角遲滯，（°）；X3為平均轉(zhuǎn)向剛度，N·m·（°）-1；X4為最大轉(zhuǎn)向盤力矩，N·m。同時(shí)選取20名駕駛員對(duì)這9輛樣車進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，對(duì)所有駕駛員的評(píng)分取算數(shù)平均值作為樣車的最終得分，如表2所示。

表1 轉(zhuǎn)向回正試驗(yàn)結(jié)果

表2 車輛轉(zhuǎn)向回正主觀評(píng)價(jià)結(jié)果

采用SPSS軟件對(duì)上述主觀評(píng)價(jià)結(jié)果Y和客觀試驗(yàn)指標(biāo)X1～X4進(jìn)行多元線性回歸，用顯著性水平0.1來進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果如表3～5所示。從回歸結(jié)果中可以看出，相關(guān)系數(shù)R為0.959，決定系數(shù)R2為0.919，F(xiàn)檢驗(yàn)為46.496，顯著性為0.019、不大于0.1，說明此回歸模型具有統(tǒng)計(jì)意義。

從自變量指標(biāo)的t檢驗(yàn)結(jié)果中可以看出，除了X1外，其他指標(biāo)的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果均大于0.1，說明這3個(gè)指標(biāo)與自變量Y的線性關(guān)系不顯著。通過繪制散點(diǎn)圖（圖1），觀察自變量和因變量之間的關(guān)系，引入新的變量。另外，X1雖然在t檢驗(yàn)中呈線性關(guān)系，但是從散點(diǎn)圖中觀察出X1與Y之間的二次關(guān)系更明顯，因此同樣進(jìn)行處理，引入新變量。根據(jù)散點(diǎn)圖，引入變量X12，ln X2，X32，X42進(jìn)行回歸，得到表6～9所示。從回歸結(jié)果中可以看出，相關(guān)系數(shù)R為1，決定系數(shù)R2為1，F(xiàn)檢驗(yàn)為59 373.691，顯著性為0.003，說明此回歸模型在大于99.99%的顯著水平上具有統(tǒng)計(jì)意義。

表3 主客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)線性回歸模型綜合分析

表4 主客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)線性回歸ANOVA表

表5 主客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)線性回歸系數(shù)

同時(shí)從各個(gè)變量指標(biāo)的顯著性可以看出，每個(gè)變量的顯著性均接近0.1，具有統(tǒng)計(jì)意義。變量X1由于與其他變量存在多重共線性，因此被排除。

從回歸結(jié)果看出，主觀評(píng)價(jià)得分與客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的關(guān)系為

整理后如下：

從多項(xiàng)式可看出，在其他變量保持不變的情況下，X（1轉(zhuǎn)向靈敏度）越小，X（3平均轉(zhuǎn)向剛度）越接近9.1，X（4最大轉(zhuǎn)向盤力矩）越接近8.65時(shí)，轉(zhuǎn)向回正性能越好。

表6 引入變量后評(píng)價(jià)指標(biāo)線性回歸模型綜合分析

圖1 主客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)

表7 引入變量后評(píng)價(jià)指標(biāo)線性回歸ANOVA表

表8 引入變量后評(píng)價(jià)指標(biāo)線性回歸系數(shù)

表9 引入變量后評(píng)價(jià)指標(biāo)線性回歸多重共線性檢驗(yàn)

3 結(jié)論

通過優(yōu)化后的多元線性回歸可以建立商用車操縱穩(wěn)定性主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)與客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的關(guān)系，將數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的方法應(yīng)用在汽車特性分析中，其優(yōu)點(diǎn)為通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、計(jì)算，可建立較為科學(xué)的定量客觀指標(biāo)測量和定性主觀評(píng)價(jià)之間的數(shù)據(jù)模型，提升在設(shè)計(jì)階段商用車操縱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)精度，節(jié)約開發(fā)成本，也可在整車試驗(yàn)階段，通過客觀指標(biāo)的測量，預(yù)測該車型上市后的操縱穩(wěn)定性表現(xiàn)。該方法也存在一些缺陷，數(shù)理統(tǒng)計(jì)是一項(xiàng)需要大量樣本的方法，在建模的過程中，往往需要大量的數(shù)據(jù)，才能保證模型的準(zhǔn)確性；在進(jìn)行商用車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)時(shí)，受到試驗(yàn)資源的限制，能夠選取的商用車數(shù)量往往較少，測量出的數(shù)據(jù)容易出現(xiàn)多重共線性而影響數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性；預(yù)測模型僅能局限于一固定范圍內(nèi)的車型，如車輛類型、驅(qū)動(dòng)形式等，一旦車輛這些邊界條件發(fā)生變化，需要補(bǔ)充試驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行修正。

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Research on Results of Subjective and Objective Evaluation for Commercial Vehicle’s Steering Stability

LeiYingjie,LiuWei,Wang Fei,Hu Lei
（Technology Center,Dongfeng Commercial Vehicle Co.Ltd.,Wuhan 430056,China）

The advantages and disadvantages of the subjective and objective evaluation for the commercial vehicle’s steering stabilitywere analyzed,and themathematicalmodel of the subjective evaluation result and objective evaluation indicators was built based on the nonlinear regression,which made it possible to predict the subjective feelingof the steering stability at theearly stageofdesign.

steering stability;subjective evaluation;nonlinear regression

U461.6

：A

：1008-5483（2017）01-0055-04

2016-07-29

曹穎絜（1984-），女，江西鷹潭人，碩士，從事重型牽引車整車特性研究。E-mail：ronnan@189.cn

10.3969/j.issn.1008-5483.2017.01.013