張曉龍，熊樂，吳云兵，李憲斌

國(guó)產(chǎn)某純電動(dòng)汽車操縱穩(wěn)定性測(cè)試及評(píng)價(jià)

張曉龍1，熊樂2，吳云兵2，李憲斌2

（1.中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300；2.中汽研汽車檢驗(yàn)中心（寧波）有限公司，浙江 寧波 315336）

操縱穩(wěn)定性是汽車安全性能的重要組成部分，現(xiàn)代汽車檢測(cè)技術(shù)是推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。文章闡述了操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)的道路試驗(yàn)方法，并簡(jiǎn)要介紹了操穩(wěn)試驗(yàn)的測(cè)試變量及測(cè)試設(shè)備。根據(jù)汽車產(chǎn)品定型試驗(yàn)要求，對(duì)某國(guó)產(chǎn)純電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)、轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)及穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)開展研究。操穩(wěn)試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明：該國(guó)產(chǎn)純電動(dòng)汽車操控性能表現(xiàn)優(yōu)異，達(dá)到了同級(jí)產(chǎn)品的標(biāo)桿水平。

純電動(dòng)汽車；操縱穩(wěn)定性；測(cè)試；評(píng)價(jià)

前言

當(dāng)前，全球汽車產(chǎn)業(yè)正朝著電動(dòng)化、智能化等方向迅猛發(fā)展，電動(dòng)汽車的主動(dòng)安全性能是汽車領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。操縱穩(wěn)定性是汽車主動(dòng)安全性能的重要組成部分，它不僅影響汽車駕駛的操縱方便程度，而且也是決定高速汽車安全行駛的一個(gè)主要性能，所以人們稱之為“高速車輛的生命線”[1]。

在操縱穩(wěn)定性研究過程中，試驗(yàn)樣車性能參數(shù)的測(cè)量技術(shù)是我們獲得車輛響應(yīng)的重要手段，現(xiàn)代汽車檢測(cè)技術(shù)是推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。因此，如何通過有效的測(cè)量技術(shù)手段準(zhǔn)確地采集車輛響應(yīng)數(shù)據(jù)，對(duì)車輛的試驗(yàn)和評(píng)價(jià)有重要意意義[2]。

本文以某國(guó)產(chǎn)純電動(dòng)汽車為研究對(duì)象，根據(jù)汽車產(chǎn)品定型試驗(yàn)要求，對(duì)試驗(yàn)樣車的轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)、轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)及穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)開展研究，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。

1 道路試驗(yàn)方法

道路試驗(yàn)是研究車輛操縱穩(wěn)定性的基本手段，道路試驗(yàn)方法對(duì)試驗(yàn)樣車的測(cè)試結(jié)果有重要影響。

1.1 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

為了制定統(tǒng)一的汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定了ISO 3888-1 《乘用車—急劇變道操作的試驗(yàn)車道—第一部分：雙車道變換》、ISO 7401 《道路車輛—橫向瞬態(tài)響應(yīng)試驗(yàn)方法—開環(huán)試驗(yàn)方法》、ISO 3888-1 《乘用車—急劇變道操作的試驗(yàn)車道—第二部分：避障》及ISO 4138 《乘用車—穩(wěn)態(tài)圓周行駛—開環(huán)試驗(yàn)方法》等試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

我國(guó)于1994年參照ISO標(biāo)準(zhǔn)制定了GB/T 6323-1994 《汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法》，并在2014年發(fā)布實(shí)施了新修訂的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6323-2014 《汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法》。當(dāng)前，我國(guó)企業(yè)與檢測(cè)機(jī)構(gòu)主要依據(jù)GB/T 6323-2014和QC/T 480-1999兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)汽車新產(chǎn)品進(jìn)行定型試驗(yàn)[3-4]。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)

轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)包括低速回正試驗(yàn)和高速回正試驗(yàn)。試驗(yàn)按向左轉(zhuǎn)和向右轉(zhuǎn)兩個(gè)方向進(jìn)行，每個(gè)方向三次。

低速回正試驗(yàn)是指車輛以(4±0.2)2側(cè)向加速度沿半徑為15m的圓進(jìn)行穩(wěn)態(tài)行駛時(shí)，迅速松開方向盤，記錄松手后至少4s的汽車運(yùn)動(dòng)過程，記錄時(shí)間內(nèi)油門踏板位置保持不變。

高速回正試驗(yàn)是指車輛以最高車速的70%并四舍五入為整數(shù)倍的車速直線行駛時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤使得車輛側(cè)向加速度達(dá)到(2±0.2)2，穩(wěn)定一段時(shí)間后迅速松開方向盤，記錄松手后至少4s的汽車運(yùn)動(dòng)過程，記錄時(shí)間內(nèi)油門踏板位置保持不變。

1.2.2 輕便性試驗(yàn)

轉(zhuǎn)向輕便性又是汽車操縱穩(wěn)定性的重要方面。駕駛員控制汽車行駛方向時(shí)，轉(zhuǎn)向盤所需轉(zhuǎn)向力的大小應(yīng)適度，與汽車改變方向的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有對(duì)應(yīng)關(guān)系，保證有“清晰”的“路感”，轉(zhuǎn)向過重或過輕都不利于駕駛員駕駛操作[5]。

輕便性正試驗(yàn)是指駕駛員操縱方向盤，使車輛以(10±2)的車速沿雙紐線行駛，汽車沿雙紐線行駛一周至記錄起始位置，即完成一次試驗(yàn)，全部試驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行三次。

1.2.3 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)

穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)是汽車操縱穩(wěn)定性測(cè)試中最基本的方法。穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)是指車輛以最低穩(wěn)定車速沿著半徑為15m的圓行駛，穩(wěn)定一段時(shí)間后，緩慢而均勻地加速，直至側(cè)向加速度達(dá)到6.52（或受發(fā)動(dòng)機(jī)功率限制而能達(dá)到的最大側(cè)向加速度、或汽車出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)）為止。整個(gè)試驗(yàn)記錄過程中，方向盤轉(zhuǎn)角保持不變，試驗(yàn)按向左轉(zhuǎn)和向右轉(zhuǎn)兩個(gè)方向進(jìn)行，每個(gè)方向試驗(yàn)三次。

1.3 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)場(chǎng)地應(yīng)為干燥、平坦而清潔的，用水泥混凝土或?yàn)r青鋪裝的路面，任意方向的坡度不應(yīng)大于2%。試驗(yàn)時(shí)，風(fēng)速應(yīng)不大于5，大氣溫度在0℃~40℃范圍內(nèi)。

試驗(yàn)前，測(cè)量測(cè)量定位參數(shù)。對(duì)轉(zhuǎn)向系、懸架系統(tǒng)進(jìn)行檢查、調(diào)整和緊固，按規(guī)定進(jìn)行潤(rùn)滑。采用新輪胎試驗(yàn)，試驗(yàn)前應(yīng)至少經(jīng)過200km正常進(jìn)行的磨合；若使用舊輪胎，試驗(yàn)終了時(shí)殘留輪胎花紋深度不小于1.6mm。輪胎氣壓符合汽車出廠技術(shù)要求。試驗(yàn)前，以試驗(yàn)車速直線行駛10km，或者沿半徑為15m的圓周、以側(cè)向加速度達(dá)到32的相應(yīng)車速行駛500m（左轉(zhuǎn)與右轉(zhuǎn)各進(jìn)行一次），使輪胎升溫。

轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)、轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)及穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)載荷狀態(tài)為最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量和輕載兩種狀態(tài)。輕載狀態(tài)指汽車整備質(zhì)量狀態(tài)除駕駛員、試驗(yàn)員及儀器外，沒有其他加載物的狀態(tài)。對(duì)于承載能力小的汽車，如果輕載質(zhì)量已超過最大總質(zhì)量的70%，則不必進(jìn)行輕載狀態(tài)的試驗(yàn)。試驗(yàn)車輛的裝載物分布應(yīng)符合GB/T 12534中3.1的規(guī)定[6]。

2 測(cè)試設(shè)備

2.1 測(cè)試變量及要求

表1 操穩(wěn)試驗(yàn)測(cè)量變量及評(píng)價(jià)指標(biāo)

表2 試驗(yàn)測(cè)試變量的范圍及要求

表1給出了轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)、轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)及穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)的測(cè)試變量、數(shù)據(jù)處理中需要繪制的變量特性圖及評(píng)價(jià)指標(biāo)。操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)主要的測(cè)量變量包括車輛前進(jìn)速度、側(cè)向加速度、橫擺角速度、側(cè)傾角、方向盤轉(zhuǎn)角及方向盤力矩[7]。

操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)測(cè)試變量較多，且對(duì)數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)要求較高，主要測(cè)試變量的范圍及要求如表2所示。

2.2 測(cè)試設(shè)備簡(jiǎn)介

為滿足試驗(yàn)方法及測(cè)量變量精度要求，道路試驗(yàn)設(shè)備采用英國(guó)Racelogic公司的VBOX3i數(shù)據(jù)采集器、IMU04型慣性陀螺儀和日本SOHGOHKEISO公司的TR60-200Nm型方向盤測(cè)力計(jì)系統(tǒng)。

2.2.1 數(shù)據(jù)采集器

VBOX3i雙天線數(shù)據(jù)采集器(VB3iSL)是Racelogic公司生產(chǎn)的GPS數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。通過利用“固定基線RTK裝備”中的兩個(gè)GPS引擎配置，VB3iSL結(jié)合了高精度和測(cè)試可重復(fù)性，能以100Hz的速率測(cè)量側(cè)滑角和俯仰/側(cè)傾角。數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)顯示（利用USB/RS232串行連接線）并直接記錄數(shù)據(jù)到閃存卡易于傳輸?shù)絇C機(jī)上。

VB3iSL包括4個(gè)可以從外部傳感器記錄數(shù)據(jù)的高分辨率模擬輸入通道和2路CAN總線接口可以在連接Racelogic輸入模塊同時(shí)通過第二個(gè)CAN總線同步傳送GPS數(shù)據(jù)，VBOX3i數(shù)據(jù)采集器輸入/輸出如圖1所示，接口如圖2所示。

圖1 VBOX3i數(shù)據(jù)采集器輸入/輸出

圖2 VBOX3i數(shù)據(jù)采集器接口

2.2.2 慣性陀螺儀

IMU04模塊是VBOX3i數(shù)據(jù)采集器的輔助設(shè)備，IMU04慣性陀螺儀能夠采集樣車的縱向加速度、側(cè)向加速度、橫擺角速度等試驗(yàn)參數(shù)。為了確保同步，供電前IMU04慣性陀螺儀必須要連接到VBOX3i數(shù)據(jù)采集器。

圖3 IMU04慣性陀螺儀

2.2.3 方向盤測(cè)力計(jì)系統(tǒng)

轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)需要采集樣車的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向盤力矩，日本SOHGOHKEISO公司的TR60-200Nm型方向盤測(cè)力計(jì)系統(tǒng)通過25針接口與VBOX3i數(shù)據(jù)采集器連接，便可實(shí)現(xiàn)上述參數(shù)的采集。

圖4 方向盤測(cè)力計(jì)系統(tǒng)

3 測(cè)試結(jié)果分析及評(píng)價(jià)

3.1 測(cè)試結(jié)果分析

道路試驗(yàn)樣車為某國(guó)產(chǎn)純電動(dòng)汽車，樣車參數(shù)如表3所示。

表3 道路試驗(yàn)樣車參數(shù)

3.1.1 轉(zhuǎn)向回正試驗(yàn)結(jié)果

低速轉(zhuǎn)向回正試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。圖5為左轉(zhuǎn)第一次橫擺角速度時(shí)間歷程曲線，圖6為右轉(zhuǎn)第一次橫擺角速度時(shí)間歷程曲線。

表4 低速轉(zhuǎn)向回正試驗(yàn)結(jié)果

高速轉(zhuǎn)向回正試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。圖7為左轉(zhuǎn)第一次橫擺角速度時(shí)間歷程曲線，圖8為右轉(zhuǎn)第一次橫擺角速度時(shí)間歷程曲線。

從試驗(yàn)結(jié)果及曲線可以看出，轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)的橫擺角速度時(shí)間歷程曲線趨于收斂，且在較短時(shí)間達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，殘留橫擺角速度控制在合理范圍內(nèi)。

圖6 右轉(zhuǎn)第一次橫擺角速度時(shí)間歷程曲線

表5 高速轉(zhuǎn)向回正試驗(yàn)結(jié)果

圖8 右轉(zhuǎn)第一次橫擺角速度時(shí)間歷程曲線

3.1.2 輕便性試驗(yàn)結(jié)果

輕便性試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。圖9為第一次轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與力矩曲線。

表6 輕便性試驗(yàn)結(jié)果

從表6可以看出，樣車方向盤平均作用力控制在10N左右，保證了較小的轉(zhuǎn)向力，同時(shí)駕駛員能感受到較好的路感反饋。

3.1.3 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果

穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。圖10為第一次轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與力矩曲線，圖11為第一次前后軸側(cè)偏角差與力矩曲線，圖12為第一次側(cè)傾角與力矩曲線。

表7 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果

圖11 左轉(zhuǎn)第一次前后軸側(cè)偏角差與側(cè)向加速度曲線

圖12 左轉(zhuǎn)第一次側(cè)傾角與側(cè)向加速度曲線

從上述試驗(yàn)結(jié)果及曲線可以看出，樣車具有適當(dāng)?shù)牟蛔戕D(zhuǎn)向性能，且車身側(cè)傾角控制在合理范圍內(nèi)，具有優(yōu)秀的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性。

3.2 測(cè)試結(jié)果評(píng)價(jià)

3.2.1 轉(zhuǎn)向回正試驗(yàn)評(píng)價(jià)

轉(zhuǎn)向回正試驗(yàn)按殘留橫擺角速度Δ及橫擺角速度總方差E兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)計(jì)分。對(duì)于進(jìn)行低速與高速回正性能試驗(yàn)對(duì)的汽車，其綜合評(píng)價(jià)計(jì)分值按式（1）計(jì)算。

式中：

N——轉(zhuǎn)向回正試驗(yàn)的綜合評(píng)價(jià)計(jì)分值；

N——低速回正試驗(yàn)的殘留橫擺角速度Δ的評(píng)價(jià)計(jì)分值；

N——低速回正試驗(yàn)的橫擺角速度總方差E的評(píng)價(jià)計(jì)分值；

N'——高速回正試驗(yàn)的殘留橫擺角速度Δ的評(píng)價(jià)計(jì)分值；

N'——高速回正試驗(yàn)的橫擺角速度總方差E的評(píng)價(jià)計(jì)分值。

3.2.2 輕便性試驗(yàn)評(píng)價(jià)

輕便性試驗(yàn)按轉(zhuǎn)向盤平均操舵力F與轉(zhuǎn)向盤最大操舵力F兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)計(jì)分，輕轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)的綜合評(píng)價(jià)計(jì)分值按式（2）計(jì)算。

式中：

N——轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)的綜合評(píng)價(jià)計(jì)分值；

N——轉(zhuǎn)向盤平均操舵力F的評(píng)價(jià)計(jì)分值；

N——轉(zhuǎn)向盤最大操舵力F的評(píng)價(jià)計(jì)分值；

η=0.6+0.08G——與汽車總質(zhì)量G(單位t)有關(guān)的加權(quán)系數(shù)。

3.2.3 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)評(píng)價(jià)

穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)中性點(diǎn)的側(cè)向加速度a、不足轉(zhuǎn)向度與車身側(cè)傾角K三項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)計(jì)分，轉(zhuǎn)向回正試驗(yàn)的綜合評(píng)價(jià)計(jì)分值按式（3）計(jì)算。

式中：

N——穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)的綜合評(píng)價(jià)計(jì)分值；

N——中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)的側(cè)向加速度a的評(píng)價(jià)計(jì)分值；

N——不足轉(zhuǎn)向度U的評(píng)價(jià)計(jì)分值；

N——車身側(cè)傾角的評(píng)價(jià)計(jì)分值。

3.2.4 穩(wěn)操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)評(píng)價(jià)

根據(jù)操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，對(duì)前述三項(xiàng)試驗(yàn)逐一進(jìn)行單項(xiàng)，最終評(píng)價(jià)計(jì)分結(jié)果為三項(xiàng)試驗(yàn)單項(xiàng)計(jì)分的平均值，整理如表8所示。

表8 操穩(wěn)評(píng)價(jià)計(jì)分結(jié)果總表

從上述結(jié)果可以看出，該國(guó)產(chǎn)純電動(dòng)汽車操縱穩(wěn)定性總評(píng)分達(dá)到了92.5，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過60分的及格線，表現(xiàn)出優(yōu)異的操縱性能，特別是在穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)中的車身姿態(tài)控制和轉(zhuǎn)向輕便性表現(xiàn)兩方面。

4 結(jié)論

本文闡述了操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)的道路試驗(yàn)方法，并簡(jiǎn)要介紹了操穩(wěn)試驗(yàn)的測(cè)試變量及測(cè)試設(shè)備。根據(jù)汽車產(chǎn)品定型試驗(yàn)要求，對(duì)某國(guó)產(chǎn)純電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)、轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)及穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)開展研究。操穩(wěn)試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明：該國(guó)產(chǎn)純電動(dòng)汽車操控性能表現(xiàn)優(yōu)異，達(dá)到了同級(jí)產(chǎn)品的標(biāo)桿水平。

[1] 余志生.汽車?yán)碚摚ǖ?版）[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2018.

[2] 曹建永.基于人-車-路閉環(huán)系統(tǒng)的汽車操穩(wěn)試驗(yàn)及評(píng)價(jià)方法研究[D].上海交通大學(xué),2015.

[3] GB/T 6323-2014 汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法[S].

[4] QC/T 480-1999 汽車操縱穩(wěn)定性指標(biāo)限值與評(píng)價(jià)方法[S].

[5] 高軍等.汽車轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)數(shù)學(xué)解析研究[J],合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2012年第4期:467-471.

[6] GB/T 12534-1990汽車道路試驗(yàn)方法通則[S].

[7] 郭潤(rùn)清等.汽車操縱穩(wěn)定性道路試驗(yàn)和評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J],北京汽車,2015年第1期:37-41.

Test and Evaluation of Handling Stability of a Domestic Pure Electric Vehicle

Zhang Xiaolong1, Xiong Le2, Wu Yunbing2, Li Xianbing2

( 1.China Automotive Technology and Research Center Co. Ltd., Tianjing 300300;2.CATARC Automotive Test Center (Ningbo) Co. Ltd., Zhejiang Ningbo 315336 )

Handling stability is an important component of automobile safety performance. Modern automobile test technology is an important factor to promote the development of automobile industry. This paper has interpreted the road test method of handling stabilityt, and has briefly introduces the test variables and test equipment of handling stability test. According to the requirements of automobile product stereotyping test, the steering restoring test, steering efforts test and steady-state circular test of a domestic pure electric vehicle are studied. The evaluation results of handling stability test show that the performance of the domestic pure electric vehicle is excellent, reaching the benchmark level of the same grade products.

PEV; Handling Stability; Test; Evaluation

U467.1

A

1671-7988(2019)24-26-05

U467.1

A

1671-7988(2019)24-26-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.009

張曉龍（1978-），高級(jí)工程師，就職于中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司，研究方向：汽車被動(dòng)安全。