商用車蛇行試驗有效標(biāo)樁區(qū)選取對試驗結(jié)果不確定度的影響

曾 柯

商用車蛇行試驗有效標(biāo)樁區(qū)選取對試驗結(jié)果不確定度的影響

曾 柯

（招商局檢測車輛技術(shù)研究院有限公司，重慶 401122）

為確保蛇行試驗有效標(biāo)準(zhǔn)區(qū)的準(zhǔn)確選取，研究對比了峰值標(biāo)記和光電觸發(fā)標(biāo)記兩種蛇行試驗有效標(biāo)樁區(qū)選取方法，通過仿真和試驗比對兩種方法蛇行通過車速的準(zhǔn)確性，發(fā)現(xiàn)光電觸發(fā)標(biāo)記法計算得到的車速比峰值標(biāo)記法更為準(zhǔn)確，并且光電觸發(fā)標(biāo)記方法可顯著提升基準(zhǔn)車速下試驗結(jié)果不確定度，保證試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。

商用車；蛇行試驗；有效標(biāo)樁區(qū)；不確定度；光電觸發(fā)標(biāo)記；峰值標(biāo)記

蛇行試驗是評價車輛操縱穩(wěn)定性的重要試驗方法，在我國主要參考標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 6323—2014《汽車操縱穩(wěn)定性試驗方法》[1]，在商用車領(lǐng)域國家法規(guī)有對汽車蛇行試驗作了強制要求，例如JT/T 1178.1—2018《營運貨車安全技術(shù)條件第1部分：載貨汽車》[2]和JT/T 1094—2016《營運客車安全技術(shù)條件》[3]均明確了車輛平均橫擺角速度峰值需滿足相關(guān)要求，在國外操縱穩(wěn)定性常根據(jù)ISO 4138和ISO 7401等標(biāo)準(zhǔn)進行。GB/T 6323—2014中有對車輛有效標(biāo)樁區(qū)作出明確的定義，但是在實際的試驗過程中有效標(biāo)樁區(qū)的選取有多種方式，最常見的是峰值標(biāo)記法，即采用測量值的峰值點作為通過當(dāng)前標(biāo)樁的時刻點，例如，黃世偉[4]針對半掛車的蛇行試驗仿真分析，劉文婷[5]基于虛擬樣機的蛇行試驗和翁秀奇[6]兩種車型蛇行試驗對比中均采用的是峰值標(biāo)記法。近年隨著測試設(shè)備的不斷更新完善，光電觸發(fā)標(biāo)記已逐漸被各大檢測機構(gòu)采用，其原理是采用光電開關(guān)在標(biāo)樁附近當(dāng)車輛通過時做一標(biāo)記，但是目前還未有文獻針對光電觸發(fā)標(biāo)記的準(zhǔn)確性，以及上述兩種方法對測量值不確定度進行定量分析，因此本文將對上述方法的準(zhǔn)確性和不確定度進行研究。

1 有效標(biāo)樁區(qū)選取方法對比

根據(jù)GB/T 6323—2014中蛇行試驗的要求，試驗標(biāo)樁間距為30 m或50 m標(biāo)樁間距，并從基準(zhǔn)車速的二分之一開始逐步提高車速，共進行10個車速下的蛇行試驗。另外，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了有效標(biāo)樁區(qū)這一概念，即第1個標(biāo)樁與第6個標(biāo)樁之間距離，總間距共計250 m，蛇行車速即按照車輛通過第1個標(biāo)樁和第6個標(biāo)樁之間的時間差與250 m間距進行計算。如何確認(rèn)車輛在第1個標(biāo)樁和第6個標(biāo)樁的時刻點，目前常見的有兩種方法：一種是通過方向盤轉(zhuǎn)角、側(cè)向加速度、側(cè)傾角和橫擺角速度的峰值點進行標(biāo)記；另一種是通過在第1個標(biāo)樁和第6個標(biāo)樁附近安裝光電觸發(fā)裝置與其他通道物理量進行同步采集，通過波形中的脈沖信號進行標(biāo)記。但是在日常試驗中發(fā)現(xiàn)兩種方式計算得到的蛇行車速存在差異，理論上光電觸發(fā)的方式更接近理想的通過時間。

本文利用TruckSim仿真軟件以某一箱式貨車為對象進行蛇形仿真試驗，TruckSim是基于參數(shù)化建模的仿真軟件，在商用車操縱穩(wěn)定性研究方面應(yīng)用廣泛。蛇行試驗的基準(zhǔn)車速為60 km/h，仿真車速從30 km/h開始，以5 km/h等距增加，直到車速達到75 km/h，共計10組試驗，標(biāo)樁間距設(shè)置為50 m，如圖1所示。

圖1 仿真動畫

對數(shù)據(jù)結(jié)果進行分析，選取65 km/h車速工況，繪制橫擺角速度、側(cè)傾角、側(cè)向加速度、方向盤轉(zhuǎn)角、縱向位移隨時間變化曲線，如圖2所示。從圖2中可以看出縱向位移在50 m處，即第1標(biāo)樁處的時間點是8.321 s，縱向位移在300 m處，即第6標(biāo)樁處的時間點是22.195 s，整個時間間隔是13.874 s，因此蛇形車速為64.9 km/h，上述方法在仿真中與光電觸發(fā)標(biāo)記等效。當(dāng)車輛通過第1標(biāo)樁時，方向盤轉(zhuǎn)角剛好處于波谷，而側(cè)向加速度、側(cè)傾角和橫擺角速度并未處于波谷，而需經(jīng)過一個短暫的時間間隔，即側(cè)向加速度在8.632 s，側(cè)傾角在8.614 s和橫擺角速度在8.532 s時處于波谷。同樣的，在車輛通過第6標(biāo)樁時，方向盤轉(zhuǎn)角剛好處于波峰，而側(cè)向加速度、側(cè)傾角和橫擺角速度并未到達波峰，也需經(jīng)過一個短暫的時間間隔，即側(cè)向加速度在22.410 s，側(cè)傾角在22.401 s和橫擺角速度在22.356 s時處于波峰。因此，分別通過尋找側(cè)向加速度，側(cè)傾角和橫擺角速度的波峰波谷來標(biāo)記車輛通過有效標(biāo)樁區(qū)的時間，所得到的蛇行車速分別為65.32 km/h、65.28 km/h、65.10 km/h，與光電觸發(fā)標(biāo)記得到的64.9 km/h車速相比最大誤差達到了0.42 km/h。

圖2 各測量物理量時域曲線

進一步分析可知，造成上述誤差的原因是人-車-路是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角達到峰值時，其側(cè)傾角、橫擺角速度和側(cè)向加速度并未到達峰值，其系統(tǒng)的響應(yīng)存在相位差，造成標(biāo)記車輛通過第1和第6標(biāo)樁區(qū)的時間間隔與實際間隔存在誤差。上述有效標(biāo)樁區(qū)選取方式的不同對最終試驗結(jié)果及其不確定度的影響究竟如何，后文將用具體試驗進行量化分析。

2 蛇行結(jié)果不確定度影響研究

試驗選取某型號箱式貨車進行，試驗之前在第1和第6標(biāo)樁處張貼反光條，當(dāng)車輛通過該處時，數(shù)采會記錄下光電的觸發(fā)信號以此作為標(biāo)樁區(qū)標(biāo)記依據(jù)?；鶞?zhǔn)車速為60 km/h，試驗從30 km/h開始，以5 km/h等距增加，直到車速最高75 km/h，每個車速進行10次重復(fù)試驗，10個車速共計100組試驗數(shù)據(jù)作為樣本集。試驗樣車如圖3所示。

表1 峰值標(biāo)記法蛇行車速

表2 光電觸發(fā)標(biāo)記法蛇行車速

因此得到基準(zhǔn)車速下的平均方向盤轉(zhuǎn)角、平均橫擺角速度、平均側(cè)傾角和平均側(cè)向加速度測量值的A類不確定如表3所示，分別為0.460°、0.060°/s、0.029°、0.023 m/s2。

表3 峰值標(biāo)記法不確定度

然后擬合光電觸發(fā)標(biāo)記法下蛇行車速與平均方向盤轉(zhuǎn)角，平均橫擺角速度，平均側(cè)傾角和平均側(cè)向加速度關(guān)系曲線，取基準(zhǔn)車速為60 km/h處的縱坐標(biāo)值，得到如表4所示試驗結(jié)果，同樣根據(jù)式（1）式（2）計算測量值的A類不確定度，得到基準(zhǔn)車速下的平均方向盤轉(zhuǎn)角、平均橫擺角速度、平均側(cè)傾角和平均側(cè)向加速度測量值不確定度如表4所示，分別為0.398°、0.053°/s、0.026°、0.021 m/s2。

匯總表3和表4的2種有效標(biāo)樁區(qū)標(biāo)記方法的不確定度影響分析，得到如表5所示結(jié)果，從表5分析可以看出，光電觸發(fā)標(biāo)記法比峰值標(biāo)記法對最終試驗結(jié)果的不確定度更小，相對于峰值標(biāo)記法，光電觸發(fā)標(biāo)記法得到的平均方向盤轉(zhuǎn)角、平均橫擺角速度、平均側(cè)傾角和平均側(cè)向加速度的不確定度分別能夠提升13.5%、11.7%、10.3%和8.7%。測量結(jié)果及其不確定度表征真實結(jié)果可能存在的區(qū)間，測量結(jié)果不確定度的降低有利于提高試驗結(jié)果的可信度，因此光電觸發(fā)標(biāo)記法相對于峰值標(biāo)記法所得到的試驗結(jié)果更準(zhǔn)確，更能反映出車輛真實狀態(tài)。

表4 光電觸發(fā)標(biāo)記法不確定度

表5 2種方法不確定度對比

3 結(jié)論

本文對比了當(dāng)前較常使用的峰值標(biāo)記和光電觸發(fā)標(biāo)記兩種蛇行有效標(biāo)樁區(qū)標(biāo)記方法。通過仿真和現(xiàn)場試驗發(fā)現(xiàn)，光電觸發(fā)標(biāo)記所得到的蛇行車速更接近車輛實際通過車速，而峰值標(biāo)記法由于車輛輸入和響應(yīng)存在相位差，因此所得蛇行車速并不準(zhǔn)確且誤差范圍更大。同時通過現(xiàn)場試驗得出兩種標(biāo)記方法中光電觸發(fā)標(biāo)記所得最終試驗結(jié)果不確定度更小，相對于峰值標(biāo)記法普遍能提升10%左右。采用光電觸發(fā)標(biāo)記法進行蛇形測試所得結(jié)果不確定更小，能夠提升測試結(jié)果的可信度，降低系統(tǒng)測量誤差。

[1] 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.汽車操縱穩(wěn)定性試驗方法:GB/T 6323—2014[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2014.

[2] 中華人民共和國交通運輸部.營運貨車安全技術(shù)條件第1部分:載貨汽車:JT/T 1178.1—2018[S].北京:人民交通出版社,2018.

[3] 中華人民共和國交通運輸部．營運客車安全技術(shù)條件:JT/T 1094—2016[S].北京:人民交通出版社,2016.

[4] 黃世偉,屈玉峰,趙傳林.半掛運輸車操縱穩(wěn)定性的蛇形試驗仿真分析[J].廣西質(zhì)量監(jiān)督導(dǎo)報,2009(5):48- 50.

[5] 劉文婷,王波.基于虛擬樣機技術(shù)的蛇行試驗仿真分析[J].拖拉機與農(nóng)用運輸車,2010,37(2):35-37.

[6] 翁秀奇,陳加國.汽車蛇行試驗及數(shù)據(jù)處理[J].現(xiàn)代制造工程,2006(5):115-117.

The Influence of the Selection of Effective Stake Area on the Uncertainty of Test Results in Commercial Vehicle Pylon Course Slalom

ZENG Ke

( China Merchants Testing Certification Vehicle Technology Research Institute Company Limited,Chongqing 401122, China )

In order to ensure the accurate selection of the effective standard area for the snake test, two methods of selecting the effective marker area for the snake test, namely, the peak mark and the photoelectric trigger mark were studied and compared. Through simulation and test comparison, the accuracy of the two methods of snake passing speed was found that the speed calculated by the photoelectric trigger mark method was more accurate than that the peak mark method, and the photoelectric trigger mark method could significantly improve the uncertainty of the test results at the reference speed, ensure the accuracy of test results.

Commercial vehicle; Pylon course slalom; Effective stake area; Uncertainty;Photoelectric trigger mark; Peak mark

U461.4

A

1671-7988(2022)24-98-05

U461.4

A

1671-7988(2022)24-98-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.024.018

曾柯（1992—），男，碩士，工程師，研究方向為整車測試，E-mail:cjzengke@cmhk.com。

招商局檢測車輛技術(shù)研究院有限公司科技發(fā)展基金項目（20AKC7）。