商用车蛇行试验有效标桩区选取对试验结果不确定度的影响

曾 柯

商用车蛇行试验有效标桩区选取对试验结果不确定度的影响

曾 柯

（招商局检测车辆技术研究院有限公司，重庆 401122）

为确保蛇行试验有效标准区的准确选取，研究对比了峰值标记和光电触发标记两种蛇行试验有效标桩区选取方法，通过仿真和试验比对两种方法蛇行通过车速的准确性，发现光电触发标记法计算得到的车速比峰值标记法更为准确，并且光电触发标记方法可显著提升基准车速下试验结果不确定度，保证试验结果的准确性。

商用车；蛇行试验；有效标桩区；不确定度；光电触发标记；峰值标记

蛇行试验是评价车辆操纵稳定性的重要试验方法，在我国主要参考标准为GB/T 6323—2014《汽车操纵稳定性试验方法》[1]，在商用车领域国家法规有对汽车蛇行试验作了强制要求，例如JT/T 1178.1—2018《营运货车安全技术条件第1部分：载货汽车》[2]和JT/T 1094—2016《营运客车安全技术条件》[3]均明确了车辆平均横摆角速度峰值需满足相关要求，在国外操纵稳定性常根据ISO 4138和ISO 7401等标准进行。GB/T 6323—2014中有对车辆有效标桩区作出明确的定义，但是在实际的试验过程中有效标桩区的选取有多种方式，最常见的是峰值标记法，即采用测量值的峰值点作为通过当前标桩的时刻点，例如，黄世伟[4]针对半挂车的蛇行试验仿真分析，刘文婷[5]基于虚拟样机的蛇行试验和翁秀奇[6]两种车型蛇行试验对比中均采用的是峰值标记法。近年随着测试设备的不断更新完善，光电触发标记已逐渐被各大检测机构采用，其原理是采用光电开关在标桩附近当车辆通过时做一标记，但是目前还未有文献针对光电触发标记的准确性，以及上述两种方法对测量值不确定度进行定量分析，因此本文将对上述方法的准确性和不确定度进行研究。

1 有效标桩区选取方法对比

根据GB/T 6323—2014中蛇行试验的要求，试验标桩间距为30 m或50 m标桩间距，并从基准车速的二分之一开始逐步提高车速，共进行10个车速下的蛇行试验。另外，标准中规定了有效标桩区这一概念，即第1个标桩与第6个标桩之间距离，总间距共计250 m，蛇行车速即按照车辆通过第1个标桩和第6个标桩之间的时间差与250 m间距进行计算。如何确认车辆在第1个标桩和第6个标桩的时刻点，目前常见的有两种方法：一种是通过方向盘转角、侧向加速度、侧倾角和横摆角速度的峰值点进行标记；另一种是通过在第1个标桩和第6个标桩附近安装光电触发装置与其他通道物理量进行同步采集，通过波形中的脉冲信号进行标记。但是在日常试验中发现两种方式计算得到的蛇行车速存在差异，理论上光电触发的方式更接近理想的通过时间。

本文利用TruckSim仿真软件以某一箱式货车为对象进行蛇形仿真试验，TruckSim是基于参数化建模的仿真软件，在商用车操纵稳定性研究方面应用广泛。蛇行试验的基准车速为60 km/h，仿真车速从30 km/h开始，以5 km/h等距增加，直到车速达到75 km/h，共计10组试验，标桩间距设置为50 m，如图1所示。

图1 仿真动画

对数据结果进行分析，选取65 km/h车速工况，绘制横摆角速度、侧倾角、侧向加速度、方向盘转角、纵向位移随时间变化曲线，如图2所示。从图2中可以看出纵向位移在50 m处，即第1标桩处的时间点是8.321 s，纵向位移在300 m处，即第6标桩处的时间点是22.195 s，整个时间间隔是13.874 s，因此蛇形车速为64.9 km/h，上述方法在仿真中与光电触发标记等效。当车辆通过第1标桩时，方向盘转角刚好处于波谷，而侧向加速度、侧倾角和横摆角速度并未处于波谷，而需经过一个短暂的时间间隔，即侧向加速度在8.632 s，侧倾角在8.614 s和横摆角速度在8.532 s时处于波谷。同样的，在车辆通过第6标桩时，方向盘转角刚好处于波峰，而侧向加速度、侧倾角和横摆角速度并未到达波峰，也需经过一个短暂的时间间隔，即侧向加速度在22.410 s，侧倾角在22.401 s和横摆角速度在22.356 s时处于波峰。因此，分别通过寻找侧向加速度，侧倾角和横摆角速度的波峰波谷来标记车辆通过有效标桩区的时间，所得到的蛇行车速分别为65.32 km/h、65.28 km/h、65.10 km/h，与光电触发标记得到的64.9 km/h车速相比最大误差达到了0.42 km/h。

图2 各测量物理量时域曲线

进一步分析可知，造成上述误差的原因是人-车-路是一个闭环控制系统，当转向盘转角达到峰值时，其侧倾角、横摆角速度和侧向加速度并未到达峰值，其系统的响应存在相位差，造成标记车辆通过第1和第6标桩区的时间间隔与实际间隔存在误差。上述有效标桩区选取方式的不同对最终试验结果及其不确定度的影响究竟如何，后文将用具体试验进行量化分析。

2 蛇行结果不确定度影响研究

试验选取某型号箱式货车进行，试验之前在第1和第6标桩处张贴反光条，当车辆通过该处时，数采会记录下光电的触发信号以此作为标桩区标记依据。基准车速为60 km/h，试验从30 km/h开始，以5 km/h等距增加，直到车速最高75 km/h，每个车速进行10次重复试验，10个车速共计100组试验数据作为样本集。试验样车如图3所示。

表1 峰值标记法蛇行车速

表2 光电触发标记法蛇行车速

因此得到基准车速下的平均方向盘转角、平均横摆角速度、平均侧倾角和平均侧向加速度测量值的A类不确定如表3所示，分别为0.460°、0.060°/s、0.029°、0.023 m/s2。

表3 峰值标记法不确定度

然后拟合光电触发标记法下蛇行车速与平均方向盘转角，平均横摆角速度，平均侧倾角和平均侧向加速度关系曲线，取基准车速为60 km/h处的纵坐标值，得到如表4所示试验结果，同样根据式（1）式（2）计算测量值的A类不确定度，得到基准车速下的平均方向盘转角、平均横摆角速度、平均侧倾角和平均侧向加速度测量值不确定度如表4所示，分别为0.398°、0.053°/s、0.026°、0.021 m/s2。

汇总表3和表4的2种有效标桩区标记方法的不确定度影响分析，得到如表5所示结果，从表5分析可以看出，光电触发标记法比峰值标记法对最终试验结果的不确定度更小，相对于峰值标记法，光电触发标记法得到的平均方向盘转角、平均横摆角速度、平均侧倾角和平均侧向加速度的不确定度分别能够提升13.5%、11.7%、10.3%和8.7%。测量结果及其不确定度表征真实结果可能存在的区间，测量结果不确定度的降低有利于提高试验结果的可信度，因此光电触发标记法相对于峰值标记法所得到的试验结果更准确，更能反映出车辆真实状态。

表4 光电触发标记法不确定度

表5 2种方法不确定度对比

3 结论

本文对比了当前较常使用的峰值标记和光电触发标记两种蛇行有效标桩区标记方法。通过仿真和现场试验发现，光电触发标记所得到的蛇行车速更接近车辆实际通过车速，而峰值标记法由于车辆输入和响应存在相位差，因此所得蛇行车速并不准确且误差范围更大。同时通过现场试验得出两种标记方法中光电触发标记所得最终试验结果不确定度更小，相对于峰值标记法普遍能提升10%左右。采用光电触发标记法进行蛇形测试所得结果不确定更小，能够提升测试结果的可信度，降低系统测量误差。

[1] 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.

[2] 中华人民共和国交通运输部.营运货车安全技术条件第1部分:载货汽车:JT/T 1178.1—2018[S].北京:人民交通出版社,2018.

[3] 中华人民共和国交通运输部．营运客车安全技术条件:JT/T 1094—2016[S].北京:人民交通出版社,2016.

[4] 黄世伟,屈玉峰,赵传林.半挂运输车操纵稳定性的蛇形试验仿真分析[J].广西质量监督导报,2009(5):48- 50.

[5] 刘文婷,王波.基于虚拟样机技术的蛇行试验仿真分析[J].拖拉机与农用运输车,2010,37(2):35-37.

[6] 翁秀奇,陈加国.汽车蛇行试验及数据处理[J].现代制造工程,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，硕士，工程师，研究方向为整车测试，E-mail:cjzengke@cmhk.com。

招商局检测车辆技术研究院有限公司科技发展基金项目（20AKC7）。