一种多轴重型车操稳性评估方法和系统

本发明涉及汽车评估，具体涉及一种多轴重型车操稳性评估方法和系统。

背景技术：

1、随着汽车技术的不断发展，主动安全性已成为人们日益关注的重点，影响汽车安全性的操纵稳定性愈加显得重要。汽车的操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵轻便程度，而且也是保证高速行驶车辆安全的一个主要性能。所以人们称之为“高速车辆的生命线”。随着高速公路的快速发展，大马力、高承载能力的车型逐年增加，大吨位汽车对路面的破坏也相应增大，受到路面条件、交通法规的限制，依靠单纯增加单个轴的承载能力，降低整车质量已经达不到要求。另外，随着国防现代化的发展，对作为武器系统发射和运输平台的重型越野车的性能也提出了更高的要求，急需承载能力大，轮胎抓地能力强，转弯半径小，转向灵活，通过性好的车型。对于这些重型车增加轴数并采用多轴转向对提高其性能尤为重要。

2、重型多轴特种车辆在行驶中的稳定性是作为车辆运行中非常重要的指标之一，由于车辆的质量大，在运行过程中的惯性相对较大，在转弯、制动和高速行驶情况下都具有非常巨大的风险；因此研究重型多轴特种车辆的稳定性成为了非常重要的一个环节，因此重型多轴特种车辆的车操稳定性评价逐渐变成了评价多轴重型车行驶中的稳定性主要评价指标；而对于重型多轴特种车辆的稳操性，其主要包括操纵性和稳定性，所述操纵性为根据路面、地形和交通情况的限制，汽车能够正确地遵循驾驶员通过操纵机构所给定的行驶方向；稳定性为汽车在行驶过程中具有抵抗可能改变其行驶方向的各种干扰、并保持稳定行驶的能力；

3、目前，研究和分析重型汽车多轴转向非常少，已有的论文大部分是两轴车上的转向系统，很少有关于重型车多轴转向的研究；多轴汽车的研究工作主要集中在多轴转向机构研究和优化设计上。何渝生利用多刚体动力学理论对汽车起重机四轴转向摇臂机构作了空间运动分析，建立了摇臂机构优化设计的数学模型。雷雨成分析了多轴汽车转向机构数学模型的建立方法，并对两转向轴之间的摇臂机构进行了运动分析和优化设计。侯永平考虑车轮转向角的使用频率，对多轴转向机构进行了参数优化。这些研究工作都没有进行多轴转向技术的研究，没有分析多轴转向技术对多轴重型车转向特性的影响；hata等进行了三轴重型卡车后轮转向控制器的试验，对其可控性和稳定性进行了研究。屈求真推导了三轴汽车线性二自由度模型的运动微分方程，分析了汽车对前后轮角输入时的稳态响应特性，这篇文献只考虑了前后轮的转向控制，并没有研究中间车轮转向控制对整车转向特性的影响，并不是真正意义上的多轴转向。只有huh分析了三轴汽车的中间车轮转向对整车转向特性，如横摆角速度和侧向加速度的影响。目前还未见到4轴或更多车轴数的多轴转向技术的相关研究报道，总的来说仍然缺乏多轴转向的系统研究工作。

4、综观目前多轴重型车的国内外研究现状，存在以下一些问题需要解决：

5、1.目前，在国内还没有专门针对多轴重型车建立的整车动力学模型，大多采用的是普通两轴汽车的研究方法，没有考虑多轴汽车的特点对多轴车稳操性进行评价；

6、2.目前还缺乏多轴汽车闭环转向特性及其评价指标的研究，同时并未建立完善的多轴重型车稳操性评价系统，不利于了解多轴汽车的整体性能，提高设计水平；

7、针对以上问题，亟需设计一种多轴重型车操稳性评估方法和系统，以解决上述现有技术存在的问题。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种多轴重型车操稳性评估方法和系统，本方法通过采用主观赋权下的层次分析法和客观赋权下的变异系数法、熵值法和复相关系数法，确定各指标权重，并利用线性组合分析法对以上四种方法确定的权重进行修正，得到操稳性评价指标的综合权数，同时利用各指标权重与对应评测分数的乘积之和来完成对车辆稳操性的评分，形成了闭环的评价系统，能够有效完成多轴特种车辆行驶稳操性的评价，具有评价指标确定合理且全面、评级计算方法清楚简洁和评价效果鲁棒性好的特点。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种多轴重型车操稳性评估方法，包括步骤

4、s1.计算多轴重型车行驶时的操稳性评价指标；

5、所述指标包括稳态回转试验评价指标、转向回正性能试验评价指标、方向盘转角脉冲输入试验评价指标；

6、s2.确定评价指标的赋权方法

7、s21.利用主观赋权法确定操稳性各级指标权重；

8、s2..利用客观赋权法确定操稳性各级指标权重；

9、s3.建立稳操性总评价体系；

10、s4.在评价体系的基础上，确定各指标的权重，完成多轴重型车的操稳性评估。

11、优选的，步骤s1所述的稳态回转试验评价指标的计算过程包括

12、(1)根据特种车辆回转试验评价指标下、上限值得到重型车侧向加速度的评价分值为：

13、

14、式(1)中，an为试验所得侧向加速度值，若在测试范围内未出现中性转向点，an值用最小二乘法按无常数项的三次多项式拟合曲线进行推算；an0、an∞对应侧向加速度下、上限值；

15、(2)若计算的值大于100，按100计算；不足转向度的评价分值nu按式(2)计算：

16、

17、式(2)中，u为试验所得不足转向度值，u10、u1∞对应不足转向度下、上限值；λ为比值系数，按式(3)计算：

18、

19、车箱倾斜度的评价分值nφ按式(4)计算：

20、

21、式(4)中，kφ为试验所得车箱倾斜度，kφ0、kφ∞对应车箱倾斜度下、上限值；若计算所得nφ值大于100，就按100计算；以此得到稳态回转试验评价指标。

22、优选的，步骤s1所述的转向回正性能试验评价指标的计算过程包括

23、(1)根据车辆试验评价标准，特种车辆行驶评价的残留横摆角速度绝对值δr、横摆角速度总方差er两项指标的下、上限值，确定残留横摆角速度绝对值δr的评价分值nδr为：

24、

25、式(5)中，δr为转向回正试验所得残留横摆角速度绝对值，δrs0、δr1∞对应残留横摆角速度绝对值的下、上限值；

26、(2)横摆角速度总方差er的评价分值ne，按式(6)计算：

27、

28、式(6)中，er为试验所得横摆角速度总方差值，ers0、er1∞对应横摆角速度总方差的下、上限值，以此得到转向回正性能试验评价指标。

29、优选的，步骤s1所述的方向盘转角脉冲输入试验评价指标的计算过程包括

30、(1)根据厢式货车的评价标准，谐振频率f、谐振峰水平df和相位滞后角αf三项指标的下限值和上限值，得到谐振频率的评价计分值nf通过下式计算：

31、

32、式(7)中，ff为方向盘转角脉冲输入试验中，幅频特性谐振峰所对应的频率；当不存在明显的谐振峰时，按70％横摆角速度增益的通频带宽除以计算ff值；

33、(2)谐振峰水平df的评价分值nd按式(8)计算：

34、

35、式(8)中，df为试验所得谐振峰水平值，按式(9)计算：

36、

37、式(9)中，ap为f＝fr处的横摆角速度增益；a0为f＝0处的横摆角速度增益：

38、(3)相位滞后角αf的评价计分值nα，按下式计算：

39、

40、αf为试验所得相应频率下相位滞后角的值，以此得到方向盘转角脉冲输入试验评价指标。

41、优选的，步骤s21所述的利用主观赋权法确定操稳性各级指标权重的过程包括

42、(1)按照因素关系，形成有序递阶的层次结构图；

43、(2)根据层次结构图建立判断矩阵；

44、(3)确定各指标相对单目标项的权重，通过检验一致性确定合理性；

45、在确定指标权重时，首先将矩阵元素按列进行归一化处理：

46、

47、再将归一化后的元素按行相加：

48、

49、将按行相加计算得到的列元素归一化计算，即得权重：

50、一致性指标计算：

51、ci＝(λmax-n)/(n-1)           (14)

52、λmax为矩阵tn×n的最大特征根：

53、

54、相对一致性指标：

55、cr＝ci/ri    (16)；

56、(4)综合以上判断，确定各因素相对于总目标的最终权重。

57、优选的，步骤s21所述的利用客观赋权法确定操稳性各级指标权重的过程包括分别采用变异系数法、熵值法、复相关系数法首先确定每种赋权方法下各指标的权重，再使用线性加权组合方法确定客观评价体系中各指标的最终权重。

58、优选的，所述的采用变异系数法、熵值法、复相关系数法首先确定每种赋权方法下各指标的权重，再使用线性加权组合方法确定客观评价体系中各指标的最终权重的过程包括

59、(1)变异系数法

60、设待评价的指标数为a，每个指标下对应b个不同的评价对象，x为原始数据矩阵，xij代表第i个对象的第j个指标数值，则建立

61、

62、首先计算各指标的标准差，反映指标的变异程度：

63、

64、sj为第j个指标的标准差；

65、再计算反映各指标相对变异程度的变异系数vj：

66、

67、对各指标的变异系数进行归一化处理，得到各指标的权数：

68、

69、(2)熵值法

70、首先归一化处理各指标数值：

71、

72、式(21)中，i＝1,2,3,…,b；j＝1,2,3,...,a；

73、评价指标的熵值：

74、

75、式(22)中，k＝1/lnb；

76、将熵值代入下式计算得到指标权数：

77、

78、(3)复相关系数法

79、首先求出各指标的相关系数矩阵r，得到a个评价指标的相关系数矩阵：

80、

81、若要计算第a个指标xa与其他a-1个指标的复相关系数，则对raa分解如下：

82、

83、式(25)中，ra-1是其余a-1个指标的相关系数矩阵，ra为一个a-1阶列向量，ra＝(r1a,r2a,…,r(a-1)a)，则xa对其他指标的复相关系数为：

84、ρa＝r′ara-1-1ra     (26)

85、指标的权重通过对复相关系数求倒数并归一化得到：

86、

87、计算spearman等级相关系数，检测各赋权方法下的权数之间的相关程度，等级相关系数：

88、

89、在式(28)中，ρik表示第i种赋权方法与第k种赋权方法之间的等级相关系数；找到等级相关系数最大的两种方法，比较这两种方法与其他方法的等级相关系数，一致性最高的赋权方法为两者之间的较大者；该方法与其他方法的等级相关系数向量为：

90、ρd＝(ρ1,ρ2,…,ρk)t        (29)

91、将此向量归一化，得到权向量：

92、w′＝(w′1,w′2,…,w′k)t       (30)

93、再利用权向量对权数进行修正，得到最终权数：

94、

95、利用上述方法完成对评价指标的赋权。

96、优选的，步骤s3所述的稳操性总评价体系中

97、(1)稳态转向特性具有“否决权”；规定稳态回转试验的侧向加速度值为具有“否决权”的指标；若试验最大侧向加速度值小于an的下限值或值小于60分，判定车辆的操稳性为不合格；

98、(2)对于多轴重型车，操稳性的总评价分值计算按照下式进行：

99、nz＝σζini        (32)

100、式(32)中，ζi为第i个指标的最终权重，ni为第i个指标对应的评价分数；

101、(3)对于需要做左转、右转的试验项目，计算该项评价计分时，取试验结果中分值最低者；

102、(4)评价原则的确定

103、车辆稳定性的优劣，按总评价计分值大小衡量，总评价计分值小于60分者为不合格。

104、优选的，步骤s4所述的确定各指标的权重的过程包括

105、s41.确定客观赋权指标权重；

106、s42.确定主观赋权指标权重；

107、s4.3.确定评价指标组合权数，取各指标的综合权数与得分乘积之和的算术平均值作为最终评价分数。

108、一种多轴重型车操稳性评估方法的多轴重型车操稳性评估系统，包括多功能传感器、电源模块、转向参数测试仪、数据采集器和便携式计算机；其中

109、所述多功能传感器用于检测多轴重型的车速、时间、车辆横摆角速度ωr、转弯半径r、车辆的航向角和车箱侧倾角；

110、所述电源模块用于给多轴重型车操稳性评估系统供电；

111、所述转向参数测试仪用于检测多轴重型的方向盘作用转矩及转角；

112、所述数据采集器用于整理多功能传感器和转向参数测试仪采集的信息，并将信息传输至便携式计算机；

113、所述便携式计算机内置多轴重型车操稳性评估方法，用于对数据采集器传输的各种信息进行计算，得出多轴重型车操稳性评估结果。

114、本发明的有益效果是：本发明公开了一种多轴重型车操稳性评估方法和系统，与现有技术相比，本发明的改进之处在于：

115、本发明设计了一种多轴重型车操稳性评估方法和系统，本方法根据多轴重型车行驶特性和对操稳性的要求，确定了用于操稳性评测的八项评价指标：稳态回转试验的侧向加速度、不足转向度、车箱侧倾度；转向回正试验的残留横摆角速度、横摆角速度总方差；方向盘转角脉冲输入试验的谐振频率、谐振峰水平、相位滞后角；并通过对整车模型进行操稳性虚拟仿真试验；依托仿真结果和试验数据，分别采用主观赋权下的层次分析法和客观赋权下的变异系数法、熵值法和复相关系数法，确定了各指标权重，并利用线性组合分析法对以上四种方法确定的权重进行修正，得到操稳性评价指标的综合权数；各指标权重与对应评测分数的乘积之和即为操稳性评价的最终得分，形成了闭环的评价系统，能够有效完成多轴特种车辆行驶稳操性的评价，具有评价指标确定合理且全面、评级计算方法清楚简洁和评价效果鲁棒性好的优点。