车道急剧变换试验方法研究与探讨

梁荣亮 梁东 刘亚欧 武振 沙雷

摘 要：随着车辆性能的发展与完善，对整车操纵稳定性能提出了更高的要求，国际上出现越来越多的相关评价标准。文章详细介绍了ISO 3888-2避障试验车道以及试验方法，针对试验方法搭建试验测试系统，并选取4款车型进行实车试验。通过对试验主客观结果分析，为该国际标准转化为国家标准提出三点建议，以供相关部门参考。

关键词：避障试验;操纵稳定性;实车试验;标准转化

Abstract： With the development and improvement of vehicle performance， higher requirements are put forward for vehicle controllability and stability performances， and more and more relevant evaluation standards appear in the world. This paper introduces the lane and test method in detail of ISO 3888-2 obstacle avoidance test， builds a test system according to test method， and selects 4 models for real vehicle test. By analyzing the subjective and objective results of the test， three suggestions are put forward for the conversion of this international standard into a national standard for reference by relevant departments.

Keywords： Obstacle avoidance test; Controllability and stability; Real vehicle test; Standard conversion

前言

汽车操纵稳定性能的优劣关乎着汽车及车内成员的安全[1]，因此便成为了汽车底盘动力学的重点研究对象。而随着车辆性能的发展及完善，便对整车操稳性能提出了更高的要求，国际上也出现越来越多的相关评价标准，车道急剧变化试验就是其中一項。车道急剧变换试验类似于生活中常见的超车行驶现象，其过程为驾驶车辆从初始车道快速移线至相邻平行车道，再回到初始车道，其间车辆不得超出车道边界线。该试验可以在一定程度上表现出汽车转向运动的综合性能，是评价汽车操纵稳定性的典型试验[2]。

车道急剧变换试验方法早在1969年的车辆动力学与抓地性能分委员会第一次会议上被提出，在1975年形成技术报告，以ISO/TC22/TR 3888号文件公布[3]。随着研究深入与发展，车道急剧变化试验方法已形成ISO 3888[4-5]两项标准文件。目前该试验方法主要被国内学者用于仿真来验证控制算法优劣[2，6]，而本文主要介绍ISO 3888-2：避障试验的试验方法，并选取车辆进行场地试验，对试验结果进行分析以及试验方法进行相关探讨。

1 避障试验方法介绍

1.1 试验车道

避障试验车道布置如图1所示，其中数字1～5表示试验车道的五个部分;数字6表示车辆车辆行驶方向即车辆入口;数字7表示第3部分车道的偏移量;数字8表示车辆进入车道的距离;数字9表示第8部分的末端;字母b表示车道宽度，其值由车辆宽度计算得到。具体的车道尺寸见表1，每部分的长度是固定的，车道总长度为61m。图1中的黑色方块表示标记桩桶的摆放位置，其具体尺寸要求如图2所示。

1.2 试验方法

对于搭载手动变速器的车辆，应选择最高挡位进入试验车道;对于搭载自动变速器的车辆，应以D挡进入试验车道，车辆进入试验车道第1部分时应保证最小的发动机转速为2000r/min。车辆在进入试验车道第一部分的2米处，如图1的数字9位置，松开油门，直至车辆驶出试验车道。

2 实车试验

2.1 试验系统搭建

试验中未对客观试验数据进行要求，但是该试验使车辆能够交替产生较大的侧向加速度，可以评价车辆的横向动力学特性。依据主流调校企业及国标操稳项目[7]要求，选取车速、转向盘转角、侧向加速度、横摆角速度、侧倾角、侧偏角等作为关注参数。因此选取该陀螺仪、转向盘测力计和数据采集器组成测系统，通过PC机对试验进行监控与数据分析。该测试系统逻辑原理图如图3所示。

其中，陀螺仪选用英国OXTS公司，其型号为RT2002G;转向盘测力计选用瑞士奇石乐公司，其型号为CMSWB2211;数据采集器选用奥地利DEWE soft公司，其型号为DEWE 43A。

2.2 试验车辆

下面以选取的4款车型为例，基于搭建的试验平台，进行避障试验，以分析车辆的操纵稳定性能。选取的车辆基本信息见表2。

2.3 试验结果

依据所选的4款车的车宽计算试验通道宽度，并进行避障试验，所有试验车辆均从入线车速为60km/h开始尝试，逐渐提高车速，直至驾驶员能够在不触碰桩桶且主观感受安全的情况下的车速，并且在该车速下进行至少三次试验，以保证试验结果准确性。试验结果曲线如图4所示，相应结果见表3。

由试验结果看出，SUV 02号车辆在进入偏移车道（即图1中的第3部分）时，转向盘转角修正调节最小（如图4（a）中的虚线框），车辆方便于变道后的稳定。但是在对应车道中的侧倾角却出现了三次晃动，从数值来看有4～5°的浮动，车辆应该会出现较明显的左右摆动。但驾驶员的主观感觉是车辆稳定性好，侧倾不明显，转向灵敏，便于操控，车辆整体偏运动性。分析原因为，该车辆ESC介入过早，由于ESC的制动作用产生车辆晃动，但是其悬架的设计又使得车内人员对其感受并不明显。这也是该车辆入线速度最高，但出线速度最低的主要原因。

从客观数据来看SUV 01号车所有变量都偏小，但是侧倾角和侧向加速度在进入偏移车道后的调节较大。该车辆的主观评价结论为变线稳定性一般，容易甩尾，ESC修正较为粗暴，侧倾感受大，安全感一般，因此其入线车速相比较其他车辆最低。

两辆轿车客观数据相差不大，主观评价也可达到7.0分，轿车01号车主观评价为转向灵敏，ESC介入及时，容易控制车辆，可控性好;轿车02号车的主观评价为高速稳定，变线可操控，运动性能较好。

3 国际标准转化探讨

该标准是国际标准化组织标准，而我国却没有相类似的标准来对车辆急剧变换车道响应进行考察，为实现“到2020年，重点领域国际标准转化率力争达到90%以上”的目标[8]，因此可以参考该标准进行相应转化。因此提出以下三点讨论，以供相关部门参考。

3.1 评价分析

如2.3节的试验结果及分析可知，仅靠客观数据无法评判一辆车的避障特性的好坏。有些企业会关注车辆参数中的最大值，抑或关注如表3的峰值。但是对于某一参数的四个峰值是相互关联的，例如转向盘转角，当第一个峰值过大，当进入偏移车道就需要更大的转角进行修正，从而有可能激发ESC的介入，从而影响试验车速。如图5所示是轿车01号车的两次试验数据对比。因此，试验客观数据仅供开发人员进行分析使用，而标准仅推荐进行主观评价。

3.2 试验方法分析

该标准中规定车辆进入试验车道第1部分时应保证最小的发动机转速为2000r/min。依据公式（1）[9]可以计算出对应车速。

其中ua表示车速，n表示发动机转速，r表示轮胎滚动半径，ig表示变速器的传动比，i0表示主减速器的传动比。

以SUV 01号车为例，其为手动变速器，依据标准要求选取最高挡位，即Ⅴ挡，则ig=0.81，i0=4.533。该车辆适配轮胎型号为215/60 R17，则滚动半径r≈0.3449m。由此计算得到ua=70.83km/h。而该车辆的实际试验初速为63.29km/h，实际转速为1800r/min，对于其他车辆的试验转速约为1500～2200 r/min。该标准推荐进行主观评价，但受驾驶员驾驶技能水平影响，建议不限制发动机最小转速。

3.3 试驗车道分析

文献[10]列出了北大西洋公约组织关于双移线车道的布置，其考虑了车辆长度进行车道长度规定。而该ISO标准规定的试验车道长度为固定值，车道宽度因车宽不同而变化。但是试验车道各个部分长度对试验结果影响会如何，还需要进一步分析。

4 结论

本文通过对ISO 3888-2规定的急剧变换车道试验方法进行详细介绍，选取4款车辆进行相应试验测试，并对试验结果进行分析总结，从而对该国际标准转化为国标提出三点建议：

（1）本测试为闭环试验，驾驶员的操纵策略会对测试结果有明显影响，而数据之间又具有相互耦合关系，试验客观数据仅供开发人员进行分析使用，仅推荐进行主观评价。

（2）该试验受驾驶员驾驶水平影响，建议取消对试验发动机最小转速限制。

（3）试验结果是否受车辆长度影响仍需进一步分析，但可以参考NATO规定的车道进行相应验证分析。

参考文献

[1] 汪伟，贝绍轶，赵又群，汪永志，张兰春，杨慧.汽车操纵稳定性研究的发展与展望[J].机械设计与制造工程，2014， 43（10）：6-12.

[2] 张庭芳，张超敏，刘明春，何新毅，曲志林.基于改进型滑模控制的4WS汽车控制策略研究[J].北京理工大学学报，2017，37（11）：1129- 1136.

[3] 伦景光.国际标准化组织制定汽车操纵稳定性检验标准工作的进展——ISO/TC221/SC9的工作[J].国外汽车，1982（02）：17-24.

[4] ISO 3888-1：Passenger cars-Test track for a severe lane-change manoeuvre-Part 1： Double lane-change.2018.

[5] ISO 3888-2：Passenger cars-Test track for a severe lane-change manoeuvre-Part 2：Obstacle avoidance.2011.

[6] 陈肖媛，刘超，蔡东岭，宋海燕.汽车最速操纵稳定性评价指标研究[J].汽车实用技术，2018（22）：167-168+199.

[7] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.汽车操纵稳定性试验方法：GB/T 6323-2014[S].北京：中国标准出版社，2014.

[8] 质检总局、国家标准委、工业和信息化部.装备制造业标准化和质量提升规划[EB/OL].（2016-08-02）[2020-02-25]. http：//www.miit. gov.cn/n1146295/n1652858/n1652930/n3757018/c5180173/content.html.

[9] 余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2009.

[10] STEVEN R O.Vehicle path optimization of emergency lane change maneuvers for vehicle simulation [D].University of Maryland， 2005.