半掛汽車列車橫向穩(wěn)定性試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理研究

中圖分類號(hào)：U469.5 收稿日期：2025-07-25 DOI： 10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.08.022

Research on the Data Processing of Lateral Stability Test of SemiTrailer Trains

Wang Hui'Rui Yujie2 Wei Wei3 1.SANY Environmental Industry Co.，Ltd.，Huaihua 418oo5，China 2.Hunan Automobile Manufacturing Co.，Ltd.，Changsha 4101oo，China 3.CATARC Automotive Test Center（Wuhan）Co.，Ltd.，Wuhan 430056，Chin：

Abstract：Beforetheinter-laboratorycomparisononthehandlingandstabilityofcommercialtrucks （trains），inacordance with thecomparisonoutline，alargenumberoftestsonateralstabilitywereconductedatXiaoganAutomobileProvigGround.Thecoect eddata wereanalyzed，andamoreeficientandaccurate methodforrapidon-sitetestdataprocessingwassummarized.Thefectof thismethodwasverifiedintheomparison，whichprovedtattheresultsobtainedbythismethodrankedatanexcelentlevelmong24 units.

KeyWords：Semi-trailer trains;Lateral stability;Data processing

1前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展，以及國家路網(wǎng)的不斷完善，半掛汽車列車成為目前長途物流運(yùn)輸?shù)闹髁囆椭弧０霋炱嚵熊囉砂霋鞝恳嚭桶霋燔嚱M合而成，它通過牽引鞍座和牽引銷牢固而又靈活地連接成一個(gè)整體，組成的列車總質(zhì)量最大可達(dá) 49000kg ，因而運(yùn)輸效率極高。

半掛汽車列車由于總質(zhì)量大、車長較長，因此在行駛中的安全性尤為重要。橫向穩(wěn)定性是交通運(yùn)輸部對(duì)于營運(yùn)牽引車輛和掛車的重要關(guān)注指標(biāo)。在JT/T1178.2—2019《營運(yùn)貨車安全技術(shù)條件第2部分：牽引車輛與掛車》中，汽車列車應(yīng)該在滿載狀態(tài)下，按照GB/T25979—2010規(guī)定的單車道變換試驗(yàn)方法，以 80km/h 的試驗(yàn)車速進(jìn)行橫向穩(wěn)定性測試，其側(cè)向加速度后部放大系數(shù)應(yīng)不超過 1.5^[1] 。該試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高，所需的場地面積大，導(dǎo)致試驗(yàn)成本高。因此，如何通過數(shù)據(jù)監(jiān)控輔助駕駛員和試驗(yàn)員來保證試驗(yàn)過程的安全，以及如何在試驗(yàn)過程中及時(shí)得到試驗(yàn)結(jié)果并進(jìn)行初步篩選，是牽引車輛檢測人員需要盡快解決的難題。

2試驗(yàn)過程介紹

2.1試驗(yàn)方法

單車道變換試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法有2種：單一正弦轉(zhuǎn)角輸入方法和單一正弦側(cè)向加速度輸入方法，后者需要在地面標(biāo)出特定的行駛軌跡并以 ±0.15m 的誤差沿著軌跡行駛，由于車速高且車輛尺寸大，實(shí)際操作時(shí)比單一正弦轉(zhuǎn)角輸入方法難度更大，所以各個(gè)檢測機(jī)構(gòu)目前均采取單一正弦轉(zhuǎn)角輸入方法進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)過程中需要測量牽引車前軸中心點(diǎn)的側(cè)向加速度 α₁ 掛車質(zhì)心處的側(cè)向加速度 α₂ 。試驗(yàn)過程中，駕駛員輸入轉(zhuǎn)角信號(hào)之前3s和之后5s，方向盤都應(yīng)盡可能處于直線行駛位置。輸人的轉(zhuǎn)角信號(hào)需要使經(jīng)過濾波處理后的 α₁ 的峰值絕對(duì)值為 2m/s² ，整個(gè)過程中 α₂ 的峰值絕對(duì)值與 α₁ 的峰值絕對(duì)值之比就是側(cè)向加速度后部放大系數(shù)。

在 80km/h 的試驗(yàn)車速條件下，應(yīng)在最少3個(gè)不同頻率的轉(zhuǎn)角輸入信號(hào)下進(jìn)行試驗(yàn)，最大頻率間隔為0.1Hz ，每個(gè)頻率又至少進(jìn)行3組有效試驗(yàn)。左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)都需要進(jìn)行試驗(yàn)，所以最少要進(jìn)行18次試驗(yàn)，才能得到一套完整的數(shù)據(jù)（表1）。每個(gè)試驗(yàn)頻率下，需要至少6次有效數(shù)據(jù)，而每個(gè)試驗(yàn)頻率都需提前進(jìn)行多次試驗(yàn)來確定該頻率下轉(zhuǎn)角輸入幅值 φ 能夠使 α₁ 的峰值絕對(duì)值達(dá)到 2m/s^2[2] O

表1試驗(yàn)需要獲取的數(shù)據(jù)

2.2實(shí)車試驗(yàn)過程

第一組實(shí)車試驗(yàn)從2024年6月13日至6月17日，試驗(yàn)地點(diǎn)為孝感汽車試驗(yàn)場，試驗(yàn)車輛為中國第一汽車集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的CA4259P25K2T1E6A80半掛牽引車和山東鑼響汽車制造有限公司生產(chǎn)的LXC9403Z自卸半掛車，試驗(yàn)主要設(shè)備信息見表2。

第二組實(shí)車試驗(yàn)為機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的檢測機(jī)構(gòu)行業(yè)的實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)中的一組試驗(yàn)，試驗(yàn)地點(diǎn)為襄陽汽車試驗(yàn)場，試驗(yàn)車輛為中國重汽集團(tuán)濟(jì)寧商用車有限公司生產(chǎn)的ZZ4257Y344KF1牽引汽車和山東昌龍汽車制造有限公司生產(chǎn)的CCL9400CCY倉柵式運(yùn)輸半掛車，試驗(yàn)人員、所用設(shè)備均與第一組試驗(yàn)完全相同。兩組試驗(yàn)的設(shè)備安裝示意照片見圖1。

表2試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)采集設(shè)備信息

圖1設(shè)備安裝照片（駕駛室內(nèi) ∣+ 牽引車/半掛車）

3試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理難點(diǎn)和解決方法

第一組實(shí)車試驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過人工篩選后，在兩個(gè)方向分別得到3組有效數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)信號(hào)曲線如圖2、圖3所示。

3.1轉(zhuǎn)角輸人信號(hào)的頻率速算方法

從第一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，即使經(jīng)過大量練習(xí)，駕駛員仍然很難按照完美的正弦曲線來輸入方向盤轉(zhuǎn)角，目前使用的數(shù)采設(shè)備還無法對(duì)轉(zhuǎn)角輸入信號(hào)曲線進(jìn)行正弦曲線的擬合，因此需要一個(gè)快速估算出試驗(yàn)曲線頻率的方法。

同時(shí)也可以看出，駕駛員的轉(zhuǎn)角輸入信號(hào)曲線已經(jīng)具有了標(biāo)準(zhǔn)正弦曲線的基本特征，有較好的對(duì)稱性。按照正弦曲線的特性，波峰波谷的橫坐標(biāo)之差即為周期的一半，所以可以利用曲線上面波峰波谷的時(shí)間差來估算曲線的頻率，定義這個(gè)時(shí)間差為 T_0.5 ，則頻率 f=0.5/T_0.5 。目前的數(shù)采設(shè)備可以自動(dòng)獲取整個(gè)測試時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)角信號(hào)最大值和最小值的對(duì)應(yīng)時(shí)間，從而自動(dòng)速算出頻率估計(jì)值（表3第2列）。同時(shí)，考慮到駕駛員打方向（指駕駛員從車輛直行對(duì)應(yīng)的方向盤位置往左或往右連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤）和回方向（指駕駛員從車輛左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的方向盤位置往直行對(duì)應(yīng)的方向盤位置轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤）的速度差異會(huì)導(dǎo)致峰值有一定偏差，試驗(yàn)員也可以手動(dòng)移動(dòng)光標(biāo)選取波峰波谷時(shí)刻，從而得到兩個(gè)光標(biāo)的時(shí)間差，計(jì)算出手動(dòng)選擇的頻率估算值（表3第3列）。

在試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)表中6組數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)截取，導(dǎo)出圖2a左轉(zhuǎn)1圖中所示的兩光標(biāo)直線區(qū)間內(nèi)的轉(zhuǎn)角輸入信號(hào)數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)其利用最小二乘法擬合正弦曲線（擬合結(jié)果如圖4、圖5所示），得到擬合出來的頻率（表3第4列）。從表3可以看出，自動(dòng)速算頻率值與軟件擬合頻率值最大偏差不超過 4% ，可以快速而準(zhǔn)確地估算出信號(hào)的頻率。

3.2用來擬合的轉(zhuǎn)角信號(hào)截取方法

轉(zhuǎn)角輸人信號(hào)頻率的自動(dòng)速算目的是現(xiàn)場初步判斷，試驗(yàn)結(jié)束后仍然需要針對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行更為規(guī)范的數(shù)據(jù)截取，再利用前文所述的最小二乘法擬合正弦曲線，得到更為準(zhǔn)確的頻率。但是，由于人為輸入轉(zhuǎn)角信號(hào)的不足，轉(zhuǎn)角輸入的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)也難以分辨，不容易準(zhǔn)確地選取。所以截取方法會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)果準(zhǔn)確性和一致性，需要規(guī)定一個(gè)統(tǒng)一的方法。

表33種方法計(jì)算出來的頻率值對(duì)比

圖2左轉(zhuǎn)方向有效數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)角輸入信號(hào)曲線

圖3右轉(zhuǎn)方向有效數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)角輸入信號(hào)曲線

圖4左軸方向截取的轉(zhuǎn)角輸入信號(hào)及擬合曲線

標(biāo)準(zhǔn)要求正式試驗(yàn)前，車輛需要保持直線行駛狀態(tài)，所以駕駛員會(huì)持續(xù)調(diào)整方向盤來確保車輛橫擺角速度不超過 0.5% ，因此無法用方向盤轉(zhuǎn)角經(jīng)過 0^° 來界定駕駛員是否開始或者結(jié)束正弦轉(zhuǎn)角信號(hào)的輸入。

目前其他道路試驗(yàn)也有類似的數(shù)據(jù)截取需求并且在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了截取方法。比如：進(jìn)行商用車制動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)GB12676—2014規(guī)定用試驗(yàn)車速 80% 和試驗(yàn)車速的 10% 及對(duì)應(yīng)時(shí)刻的制動(dòng)距離來計(jì)算出充分發(fā)出的平均減速度3；進(jìn)行轉(zhuǎn)向階躍輸入橫向瞬態(tài)穩(wěn)定性試驗(yàn)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)IS07401：2011規(guī)定的響應(yīng)時(shí)間，是以最大轉(zhuǎn)角的 50% 時(shí)刻為起始點(diǎn)，以首次達(dá)到穩(wěn)態(tài)橫擺角速度的 90% 時(shí)刻為終止點(diǎn)的時(shí)間間隔[4]。

圖5右轉(zhuǎn)方向截取的轉(zhuǎn)角輸入信號(hào)及擬合曲線

為了避免駕駛員輸人轉(zhuǎn)角信號(hào)前后的波動(dòng)導(dǎo)致擬合頻率值不準(zhǔn)確，參考上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并結(jié)合實(shí)車試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以提出一種轉(zhuǎn)角信號(hào)截取方法，即截取起始點(diǎn)為方向盤轉(zhuǎn)角首次等于對(duì)應(yīng)波峰/波谷的 20% 的對(duì)應(yīng)時(shí)刻，終止點(diǎn)為末次等于對(duì)應(yīng)波谷/波峰的 20% 的對(duì)應(yīng)時(shí)刻，示意圖見圖6所示。這樣截取能去除掉直線行駛的方向盤在正常波動(dòng)的同時(shí)，還能盡量多地保留轉(zhuǎn)角正弦輸人的信息，以用于準(zhǔn)確的正弦曲線擬合。

圖6轉(zhuǎn)角信號(hào)截取方法示意圖

4方法驗(yàn)證結(jié)果

在2024年的實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)中，比對(duì)試驗(yàn)大綱要求輸人的頻率為 （0.15±0.02）Hz ，左轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角幅值為 57^° ，右轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角幅值為 55^° ，允許幅值誤差為波峰值的 5% ，經(jīng)過第一組試驗(yàn)的針對(duì)性練習(xí)，在進(jìn)行第二組試驗(yàn)時(shí)，駕駛員已經(jīng)可以較好地達(dá)到以上參數(shù)要求。在第二組試驗(yàn)中，共采集了左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)各15組數(shù)據(jù)，試驗(yàn)過程中按照前文所述的頻率速算方法現(xiàn)場估算了頻率，從中選取了11組瀕率滿足要求的數(shù)據(jù)，又根據(jù)側(cè)向加速度峰值去除了4組數(shù)據(jù)，得到最終滿足基本條件的數(shù)據(jù)如表4所示。

表4根據(jù)估算頻率和牽引車側(cè)向加速度峰值篩選出的結(jié)果

由于篩選出來的數(shù)據(jù)只有左轉(zhuǎn)4組和右轉(zhuǎn)3組，故不需要再通過轉(zhuǎn)向信號(hào)截取并擬合來篩選數(shù)據(jù)，選取了左轉(zhuǎn)的后3組數(shù)據(jù)作為比對(duì)的左轉(zhuǎn)結(jié)果。最終該機(jī)構(gòu)的比對(duì)結(jié)果為左轉(zhuǎn)后部放大系數(shù)1.07，右轉(zhuǎn)后部放大系數(shù)1.07。在2025年4月召開的比對(duì)總結(jié)會(huì)中，比對(duì)的公議值為左轉(zhuǎn)后部放大系數(shù)1.061，右轉(zhuǎn)后部放大系數(shù)1.059，最終 Z 比分?jǐn)?shù)為左轉(zhuǎn)0.243，右轉(zhuǎn)0.268，在24家機(jī)構(gòu)中處于優(yōu)秀水平，驗(yàn)證了前文總結(jié)出來的頻率速算方法具有較好的可靠性。

5總結(jié)與展望

本文以半掛汽車列車為研究對(duì)象，針對(duì)國標(biāo)規(guī)定的橫向穩(wěn)定性實(shí)車試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理過程，結(jié)合大量實(shí)車試驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出了一種試驗(yàn)輸入信號(hào)頻率的速算方法。該方法可結(jié)合其他條件在試驗(yàn)過程中快速地篩選出有效數(shù)據(jù)，并在行業(yè)組織的實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)中驗(yàn)證了頻率速算方法的可靠性。本文還提出了一種用于后續(xù)數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)截取方法，可以更加準(zhǔn)確地計(jì)算和驗(yàn)證速算出來的頻率。但由于數(shù)據(jù)量還不夠多，未能驗(yàn)證數(shù)據(jù)截取方法是否能夠進(jìn)一步提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在后續(xù)的工作中，可對(duì)這一方法進(jìn)行更深的研究。

參考文獻(xiàn)：

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[3]GB12676—2014商用車輛和掛車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法[s].

[4]ISO 7401：2O11 Road vehicles —Lateral transient response test meth-ods—Open-loop testmethods[S].

作者簡介：王輝，男，1990年生，助理工程師，研究方向?yàn)檎嚪ㄒ?guī)檢測與認(rèn)證。危巍（通訊作者），男，1992年生，工程師，研究方向?yàn)檎嚪ㄒ?guī)檢測。