叉子钩子Miata 22-02-23 22:17

#每个驾驶员都可能遇到的危险:人机耦合共振#。 如果你经常看高速公路事故集锦,特别是变道钻缝超车一类的,大概率会见过车子钟摆了几次然后彻底失控的情况。(图1)
这是一种典型的人机耦合振荡的失稳状况,其原理是普通驾驶员的观测-决策-修正动作的循环中的时间误差,遇上车辆的固有横摆频率,导致横摆共振,最恶劣的情况下会彻底失控。

一、人的特性
你们地球人,擅长修正0.5Hz以下的稳态误差,并且对1.5Hz以上的车态选择躺平,却常常自作主张地错误控制1Hz附近的车态导致其恶化(图2)。当然不是所有地球人都这样,经过了几百小时横摆微分控制的驾驶员可以反而压制住1Hz的车态(图3)。但正在看微博的你,如果没有甩尾车极限驾驶的丰富经验,这1Hz死穴是肯定存在的。

二、车的特性
了解普通地球人的弱点在1Hz之后,车辆底盘的设计任务之一就是尽量避开这个弱点。一般来说,固有横摆频率随着车速的提升而急剧降低,接近140km/h的时候横摆频率难以保持2Hz以上,如果后桥侧偏刚度不足,就很容易侵入1Hz的危险区间(图4)。
此时,如果驾驶员打的方向稍快,哪怕一开始车辆是“推头”姿态,也很容易在动态修正中无意地放大横摆,导致最终失控。
实际情况是经常有看到80-100km/h行驶的车也发生1Hz人机耦合振荡失控,是因为有诸多现实因素会导致横摆固有频率进一步降低而入侵1Hz危险区间,如:横摆惯量太大、雨天、丢油门或轻踩刹车、辣鸡后桥侧偏刚度、辣鸡改装底盘等。

三、解决策略
对于传统底盘来说,工程师们通过提高后悬挂侧向刚度、使用更宽的后轮、加装(有效的)尾翼、针对特定频段调校的ESP系统等,来增强1Hz附近稳定性。叉工在做的底盘域控项目,也会针对这个危险频段加入合适的横摆阻尼,或者改变其固有频率。
对于驾驶员,在高速公路变线的时候不要太骚,打方向要慢,方向输入频率要远离1Hz。如果是因为紧急避险而急打方向,最好在变线后迅速降低车速到80km/h附近,这样既避开了共振区间,又没有太大的追尾危险。

四、这是什么感觉?能否预警?
如果横摆固有频率降低到2Hz以下,普通人就可以明显感觉到车头指向与方向盘动作之间的延迟。在80km/h急打方向时,如果你明显觉得车头慢半拍,而且有明显的余振,那么你的车在120km/h就有很大的共振失控风险,千万不要再急打方向。人类是有极限的,如果车头反应明显延迟+振荡,不要试着挑战更快的方向盘动作。