操縱穩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、客車數量也隨之攀升，車禍的發生也越發頻繁。為從根本上減少車禍的發生，提高人們駕乘安全，國家對車輛安全穩定性的要求也逐步加嚴。作為衡量汽車安全穩定性的重要指標試驗，汽車操縱穩定性試驗也越來越受到國家、企業以及各個檢測機構的重視。而目前全國乃至全世界進行汽車操縱穩定性試驗的儀器種類繁多，沒有統一的試驗儀器規范。針對該情況，本文對目前市面上主流的兩類操縱穩定性試驗儀器進行試驗對比分析，通過對比結果以方便各整車企業及檢測機構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、側傾角[4]。

希望測量變量：質心側偏角、側向加速度、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動方向盤，并迅速轉回中線位置保持不動，允許適當的修正，從而完成一個轉向盤的三角脈沖輸入，記錄下整個轉動過程。該試驗要求轉角脈寬輸入在0.3~0.5s內，最大側向加速度為4m/s2，并盡量減小其轉角的超調量[7]。在轉動過程中，保持油門開度不變以穩定車速。

2.2 蛇形試驗

（a）根據表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前，需對各測量變量進行歸零，然后繞樁通過整個試驗區。

（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 穩態回轉試驗

（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，熱胎車速保證其側向加速度為3m/s2。

（d）先以最低穩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），當汽車側向加速度達到6.5m/s2（或駕駛員感受無法繼續加速）結束試驗并記錄整個過程[10]。

（e）為保障試驗質量，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陀螺儀采集數據；紅色為Smotion采集數據。

圖1可知，已采用移動平均濾波后Smotion采集的數據具有較大的波動，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數據采集準確度不能滿足試驗要求。

綜上所述，Smotion在抗干擾能力、數據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陀螺儀采集數據；紅色為Smotion采集數據。

圖2可知，兩設備在蛇形試驗中采集的側向加速度、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心側偏角偏差較大。

綜上所述，Smotion數據采集精度無法滿足蛇形試驗要求。

3.3 穩態回轉試驗

圖3中，藍色代表RT3000陀螺儀采集數據；紅色為Smotion采集數據。

圖3可知，Smotion采集車速較實際車速偏差15%，質心側偏角Smotion無法測量，超出其測量范圍。

綜上所述，Smotion數據測量范圍無法滿足穩態回轉試驗要求。

4 結語

通過RT3000和Smotion分別在轉向盤角脈沖試驗、蛇形試驗以及穩態回轉試驗中的試驗數據對比可知，Smotion在抗干擾能力、數據采集精度、數據采集準確度以及數據測量范圍等方面較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 角脈沖試驗數據對比圖

圖2 蛇形試驗數據對比圖

圖3 穩態回轉試驗數據對比圖

（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（如質心側偏角）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，故會影響采集數據的精度。

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

綜上所述，Smotion無法滿足操縱穩定性試驗數據采集要求，通過本文的試驗結果對比，建議采用RT3000陀螺儀來完成操縱穩定性試驗。