操纵稳定性试验仪器比对研究

李俊杰 兰楠

中国汽车工程研究院股份有限公司 重庆市 401122

伴随着工业水平的不断进步、人们生活水平不断提高，各类乘用车、货车、客车数量也随之攀升，车祸的发生也越发频繁。为从根本上减少车祸的发生，提高人们驾乘安全，国家对车辆安全稳定性的要求也逐步加严。作为衡量汽车安全稳定性的重要指标试验，汽车操纵稳定性试验也越来越受到国家、企业以及各个检测机构的重视。而目前全国乃至全世界进行汽车操纵稳定性试验的仪器种类繁多，没有统一的试验仪器规范。针对该情况，本文对目前市面上主流的两类操纵稳定性试验仪器进行试验对比分析，通过对比结果以方便各整车企业及检测机构在进行试验仪器选择时做一个有效参考[1-3]。

1 测量变量与仪器

1.1 测量变量

必须测量变量：纵向车速、横摆角速度、侧倾角[4]。

希望测量变量：质心侧偏角、侧向加速度、纵向加速度[5]。

1.2 仪器

试验仪器要求如表1所示。

表1 试验测量要求

2 试验方法

2.1 角脉冲响应试验

（a）试验车速为车辆最高车速70%四舍五入到10的整数倍[6]。

（b）试验开始前，先沿半径为15m的圆周进行左右绕圈行驶热胎。

（c）接通所有测量仪器电源，保证仪器正常工作。

（d）加速至试验车速并保持该车速直线行驶，同时将各测量变量清零。然后向左或向右快速转动方向盘，并迅速转回中线位置保持不动，允许适当的修正，从而完成一个转向盘的三角脉冲输入，记录下整个转动过程。该试验要求转角脉宽输入在0.3~0.5s内，最大侧向加速度为4m/s2，并尽量减小其转角的超调量[7]。在转动过程中，保持油门开度不变以稳定车速。

2.2 蛇形试验

（a）根据表2要求，摆置10根蛇形试验标桩[8]。

（b）接通所有测量仪器电源，保证仪器正常工作。

（c）驾驶员进行蛇形试验前，应进行至少5个来回的练习，以尽量提高蛇形试验的通过性。

（d）该试验以基准车速的1/2为试验起始车速，基准车速选择标准如表2所示[8-9]。在车辆进入整个蛇形试验区前，需对各测量变量进行归零，然后绕桩通过整个试验区。

（e）按照5km/h的增量提高车速，重复上述（d）的操作过程，直至驾驶员主观感觉无法以更高速度通过为止。车速最高不超过80km/h，至少保证通过10次。

2.3 稳态回转试验

（a）试验开始前，用明显颜色画一个半径为15m或20m的圆。

（b）接通仪器电源，使其正常工作。

（c）在试验开始前，沿（a）中画好的圆周行驶500m进行热胎，热胎车速保证其侧向加速度为3m/s2。

（d）先以最低稳定车速沿所画圆周行驶，保证行驶半圈汽车纵向中心线都能对准所画圆时，降低车速至停车，保持方向盘位置不动，清零各测量变量。随后缓慢并均匀加速（纵向加速度不超过0.25m/s2），当汽车侧向加速度达到6.5m/s2（或驾驶员感受无法继续加速）结束试验并记录整个过程[10]。

（e）为保障试验质量，试验按左右方向交替进行，每个方向进行3次试验，每次试验开始时保证车身对中。

3 试验结果比对分析

3.1 角脉冲响应试验

图1中，蓝色代表RT3000陀螺仪采集数据；红色为Smotion采集数据。

图1可知，已采用移动平均滤波后Smotion采集的数据具有较大的波动，其抗干扰能力较差。

图1可知，由RT3000陀螺仪所采集脉冲响应试验中的侧向加速度最大值为4.00m/s2，满足试验要求；而同时用Smotion采集的侧向加速度最大值为6.935m/s2，两者误差为73.4%，不满足试验要求。由此可知Smotion数据采集准确度不能满足试验要求。

综上所述，Smotion在抗干扰能力、数据采集准确度等方面无法满足试验要求。

3.2 蛇形试验

图2中，蓝色代表RT3000陀螺仪采集数据；红色为Smotion采集数据。

图2可知，两设备在蛇形试验中采集的侧向加速度、横摆角速度变化趋势基本吻合，但Smotion采集值具有较多毛刺且质心侧偏角偏差较大。

综上所述，Smotion数据采集精度无法满足蛇形试验要求。

3.3 稳态回转试验

图3中，蓝色代表RT3000陀螺仪采集数据；红色为Smotion采集数据。

图3可知，Smotion采集车速较实际车速偏差15%，质心侧偏角Smotion无法测量，超出其测量范围。

综上所述，Smotion数据测量范围无法满足稳态回转试验要求。

4 结语

通过RT3000和Smotion分别在转向盘角脉冲试验、蛇形试验以及稳态回转试验中的试验数据对比可知，Smotion在抗干扰能力、数据采集精度、数据采集准确度以及数据测量范围等方面较RT3000均有不同程度的差距。分析其原因为：

表2 蛇形试验标桩间距及基准车速

图1 角脉冲试验数据对比图

图2 蛇形试验数据对比图

图3 稳态回转试验数据对比图

（1）Smotion在仪器设置中无Z方向位置设定值，故极大影响其测量值包含Z轴平面参数（如质心侧偏角）的准确性。

（2）Smotion滤波方式只能选择移动平均滤波，无法采用其他滤波方式，故会影响采集数据的精度。

（3）Smotion由于自身设备设计原因，对外界干扰抵抗能力较差，故采集数据具有较多毛刺。

综上所述，Smotion无法满足操纵稳定性试验数据采集要求，通过本文的试验结果对比，建议采用RT3000陀螺仪来完成操纵稳定性试验。