操縱穩(wěn)定性試驗儀器比對研究

李俊杰 蘭楠

中國汽車工程研究院股份有限公司 重慶市 401122

伴隨著工業(yè)水平的不斷進步、人們生活水平不斷提高，各類乘用車、貨車、客車數(shù)量也隨之攀升，車禍的發(fā)生也越發(fā)頻繁。為從根本上減少車禍的發(fā)生，提高人們駕乘安全，國家對車輛安全穩(wěn)定性的要求也逐步加嚴。作為衡量汽車安全穩(wěn)定性的重要指標試驗，汽車操縱穩(wěn)定性試驗也越來越受到國家、企業(yè)以及各個檢測機構(gòu)的重視。而目前全國乃至全世界進行汽車操縱穩(wěn)定性試驗的儀器種類繁多，沒有統(tǒng)一的試驗儀器規(guī)范。針對該情況，本文對目前市面上主流的兩類操縱穩(wěn)定性試驗儀器進行試驗對比分析，通過對比結(jié)果以方便各整車企業(yè)及檢測機構(gòu)在進行試驗儀器選擇時做一個有效參考[1-3]。

1 測量變量與儀器

1.1 測量變量

必須測量變量：縱向車速、橫擺角速度、側(cè)傾角[4]。

希望測量變量：質(zhì)心側(cè)偏角、側(cè)向加速度、縱向加速度[5]。

1.2 儀器

試驗儀器要求如表1所示。

表1 試驗測量要求

2 試驗方法

2.1 角脈沖響應試驗

（a）試驗車速為車輛最高車速70%四舍五入到10的整數(shù)倍[6]。

（b）試驗開始前，先沿半徑為15m的圓周進行左右繞圈行駛熱胎。

（c）接通所有測量儀器電源，保證儀器正常工作。

（d）加速至試驗車速并保持該車速直線行駛，同時將各測量變量清零。然后向左或向右快速轉(zhuǎn)動方向盤，并迅速轉(zhuǎn)回中線位置保持不動，允許適當?shù)男拚?，從而完成一個轉(zhuǎn)向盤的三角脈沖輸入，記錄下整個轉(zhuǎn)動過程。該試驗要求轉(zhuǎn)角脈寬輸入在0.3~0.5s內(nèi)，最大側(cè)向加速度為4m/s2，并盡量減小其轉(zhuǎn)角的超調(diào)量[7]。在轉(zhuǎn)動過程中，保持油門開度不變以穩(wěn)定車速。

2.2 蛇形試驗

（a）根據(jù)表2要求，擺置10根蛇形試驗標樁[8]。

（b）接通所有測量儀器電源，保證儀器正常工作。

（c）駕駛員進行蛇形試驗前，應進行至少5個來回的練習，以盡量提高蛇形試驗的通過性。

（d）該試驗以基準車速的1/2為試驗起始車速，基準車速選擇標準如表2所示[8-9]。在車輛進入整個蛇形試驗區(qū)前，需對各測量變量進行歸零，然后繞樁通過整個試驗區(qū)。

（e）按照5km/h的增量提高車速，重復上述（d）的操作過程，直至駕駛員主觀感覺無法以更高速度通過為止。車速最高不超過80km/h，至少保證通過10次。

2.3 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗

（a）試驗開始前，用明顯顏色畫一個半徑為15m或20m的圓。

（b）接通儀器電源，使其正常工作。

（c）在試驗開始前，沿（a）中畫好的圓周行駛500m進行熱胎，熱胎車速保證其側(cè)向加速度為3m/s2。

（d）先以最低穩(wěn)定車速沿所畫圓周行駛，保證行駛半圈汽車縱向中心線都能對準所畫圓時，降低車速至停車，保持方向盤位置不動，清零各測量變量。隨后緩慢并均勻加速（縱向加速度不超過0.25m/s2），當汽車側(cè)向加速度達到6.5m/s2（或駕駛員感受無法繼續(xù)加速）結(jié)束試驗并記錄整個過程[10]。

（e）為保障試驗質(zhì)量，試驗按左右方向交替進行，每個方向進行3次試驗，每次試驗開始時保證車身對中。

3 試驗結(jié)果比對分析

3.1 角脈沖響應試驗

圖1中，藍色代表RT3000陀螺儀采集數(shù)據(jù)；紅色為Smotion采集數(shù)據(jù)。

圖1可知，已采用移動平均濾波后Smotion采集的數(shù)據(jù)具有較大的波動，其抗干擾能力較差。

圖1可知，由RT3000陀螺儀所采集脈沖響應試驗中的側(cè)向加速度最大值為4.00m/s2，滿足試驗要求；而同時用Smotion采集的側(cè)向加速度最大值為6.935m/s2，兩者誤差為73.4%，不滿足試驗要求。由此可知Smotion數(shù)據(jù)采集準確度不能滿足試驗要求。

綜上所述，Smotion在抗干擾能力、數(shù)據(jù)采集準確度等方面無法滿足試驗要求。

3.2 蛇形試驗

圖2中，藍色代表RT3000陀螺儀采集數(shù)據(jù)；紅色為Smotion采集數(shù)據(jù)。

圖2可知，兩設備在蛇形試驗中采集的側(cè)向加速度、橫擺角速度變化趨勢基本吻合，但Smotion采集值具有較多毛刺且質(zhì)心側(cè)偏角偏差較大。

綜上所述，Smotion數(shù)據(jù)采集精度無法滿足蛇形試驗要求。

3.3 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗

圖3中，藍色代表RT3000陀螺儀采集數(shù)據(jù)；紅色為Smotion采集數(shù)據(jù)。

圖3可知，Smotion采集車速較實際車速偏差15%，質(zhì)心側(cè)偏角Smotion無法測量，超出其測量范圍。

綜上所述，Smotion數(shù)據(jù)測量范圍無法滿足穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗要求。

4 結(jié)語

通過RT3000和Smotion分別在轉(zhuǎn)向盤角脈沖試驗、蛇形試驗以及穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗中的試驗數(shù)據(jù)對比可知，Smotion在抗干擾能力、數(shù)據(jù)采集精度、數(shù)據(jù)采集準確度以及數(shù)據(jù)測量范圍等方面較RT3000均有不同程度的差距。分析其原因為：

表2 蛇形試驗標樁間距及基準車速

圖1 角脈沖試驗數(shù)據(jù)對比圖

圖2 蛇形試驗數(shù)據(jù)對比圖

圖3 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗數(shù)據(jù)對比圖

（1）Smotion在儀器設置中無Z方向位置設定值，故極大影響其測量值包含Z軸平面參數(shù)（如質(zhì)心側(cè)偏角）的準確性。

（2）Smotion濾波方式只能選擇移動平均濾波，無法采用其他濾波方式，故會影響采集數(shù)據(jù)的精度。

（3）Smotion由于自身設備設計原因，對外界干擾抵抗能力較差，故采集數(shù)據(jù)具有較多毛刺。

綜上所述，Smotion無法滿足操縱穩(wěn)定性試驗數(shù)據(jù)采集要求，通過本文的試驗結(jié)果對比，建議采用RT3000陀螺儀來完成操縱穩(wěn)定性試驗。