摘 要: 针对我国汽车发展现状,汽车操纵稳定性、动力性、制动性试验日趋重要。作者从制动性、动力性、操纵稳定性三个方面,结合具体试验项目,对比分析了我国国家标准与国际标准的异同之处,指出我国汽车发展的现状和不足。
关键词: 汽车;操纵稳定性;试验方法;标准;制动性；动力性
随着汽车技术的进步,交通运输业呈现出车辆高速化、驾驶员非职业化和汽车密集化的趋势。交通事故的剧增要求汽车必须具有良好的主动安全性以有效地抑制交通事故的发生。汽车的操纵性是影响其主动安全性的主要性能之一。另外,随着我国道路建设的发展(如高速公路,一级公路的不断增加等) ,对车辆的行驶速度有了更高的要求,因此,对汽车的操纵稳定性也提出了更高的要求。而汽车试验有助于我们深入了解汽车在实际使用中各种现象的本质及其规律,有助于探讨解
决存在的问题以及验证解决问题的效果和程度,是推动汽车技术进步的一种极为重要的方法,
为了制定统一的汽车操纵稳定性试验方法标准,70 年代国际标准化组织ISO TC/ SC9 汽车操纵稳定性委员会起草制定了相关的ISO 标准,随后又根据实际的需要对其中的标准进行了修订。我国从本国国情出发、参照国际标准,在1986 年制定了《汽车操纵稳定性试验方法》的6 项国家标准GB 6323-86,之后又制定相应的《汽车操纵稳定性指标限值与评价方法》GB/ T13047-91。随着对汽车操纵稳定性的进一步研究和分析以及汽车检测技术的发展,我国对汽车操纵稳定性的试验方法和评价方法标准也进行了修订和完善,现阶段主要依据GB/ T 6323-1994 和QC/ T 480-1999 来进行汽车操纵稳定性的试验与评价。我们从开环和闭环两个方面,对汽车操纵稳定性的国家标准与国际标准进行分析比较。
1 开环试验方法
汽车操纵稳定性作为汽车自身的性能,是一种不包括驾驶员特性的汽车性能。开环试验方法是把汽车本身看作一个控制系统,按照对控制系统、稳态品质和瞬态响应特性的一般要求,分析和研究汽车的运动特性。研究汽车本身特性的开环系统只采用客观评价法,即在实车试
验中,通过测试仪器测出表征车辆性能的物理量(如:横摆加速度、侧向加速度、侧倾角等)来评价汽车的操纵稳定性。开环试验包括稳态圆周试验、瞬态响应试验、转向回正性能试验、转向轻便性试验等多项试验,其中以稳态圆周试验和瞬态响应试验最为典型。
1.1 稳态圆周试验
稳态圆周试验主要目的是测试车辆的稳态回转特性。汽车的稳态回转特性在汽车的方向控制中具有重要意义,因为在实际操纵中汽车需要有适度的不足转向,过度转向或过大的不足转向都将使汽车难于控制。目前,关于此方面的国际标准和我国国家标准有: ISO 4138 :1996 和GB/ T6323. 6-1994。ISO 采用定转弯半径法,GB 采用固定转向盘连续加速法。两标准在具体试验条件和测量变量上存在着差异,如表1和表2所示:
表1 稳态回转试验路径半径对比表
表2 稳态回转试验测量变量对比表
从表1可以看出国际上采用标准试验半径100m 的试验路径, 大半径的试验路径在处理后续数据时可以减小相对误差,能更好的的反映车辆的实际性能。由于受到汽车试验场地的限制, 我国的试验路径半径远远小于国际标准, 一般取15m或20m。
表2中列出了两种标准在测量变量上的差异。GB/ T 6323.6-1994 中, 汽车横摆角速度, 汽车前进车速, 车身侧倾角是必须测量的变量。而ISO 把方向盘转角和汽车纵向加速度作为必须测量的变量。由于测量变量的差异, 最终的数据处理结果也不同。GB 要求绘出被测试车辆的转弯半径比特性曲线,前后轴侧偏角差值特性曲线, 车厢侧倾角特性曲线。ISO要求绘出方向盘转角特性曲线, 侧偏角特性曲线, 车身侧倾角特性曲线, 方向盘力矩特性曲线。
ISO和GB测量变量和特征变量不同, 反映了两标准从不同的方面表征了汽车作为一个动力学系统在转向输入下是否稳定的特性。ISO把方向盘转角作为必须测量变量、方向盘力矩作为推荐测量变量, 可见ISO更注重从系统输入的整体角度去考虑汽车的特性, 反之, GB 是从系统输出的角度去考虑的。GB 所有的特性曲线都是以侧向加速度为横坐标的, 而且QC/ T 480-1999 评价标准中也是以侧向加速度为基础的, 而GB只规定侧向加速度变量为希望测量变量, 当侧向加速度没有被直接测量时用前进车速与横摆加速度的乘积表示。这是由于我
国加速度计测试的侧向加速度往往很难达到令人满意的精度, 在测试小加速度或测试汽车瞬态过程很难得到可靠的结果。因此我国采用车速乘以横摆角速度的方法, 此法也存在一些问题, 作者认为从算法和公式上不能根本上解决问题,最主要的问题在于侧向加速度传感器技术的提高和改进。
ISO试验结果处理部分包括A、B 两个附件。附件A 记录试验车辆、试验条件、试验人员的具体信息, 以便用于不同车辆和试验条件的对比试验。试验结果曲线记录在附录B 中,GB 把ISO 中附录B 的内容合并到前面的试验部分, 并增加了变量记录表格, 从定性和定量两方面来处理试验结果。GB 以增补的形式把ISO 4138∶82 的试验规程补充在附录A 中。目前ISO 4138 ∶1996 早已取代了ISO4138 国外汽车∶82 , 这部分内容GB 应作及时的修订, 以满足汽车技术发展的要求。
1.2 瞬态响应试验
瞬态响应试验的主要目的是测定汽车的瞬态响应特征。用时域、频域的特征值和特征函数两方面来表示, 它是评价汽车操纵性的重要准则。国际标准ISO 7401 ∶2003 中瞬态响应试验方法按转向盘输入方式的不同分为4 种: 1) 阶跃输入;2) 单正弦波输入; 3) 随机输入; 4)
三角脉冲输入。作为操纵输入, 在时域里有阶跃输入和单正弦波输入两种, 主要评价指标有: 横摆角速度响应时间、横摆角速度峰值响应时间、侧向加速度响应时间、侧向加速度峰值时间、侧向加速度超调量等。在频域中有阶跃、脉冲、随机三种操纵输入。随机输入的优点是手工转向, 只需较小的场地, 测量可在一般的道路上进行。脉冲输入和随机输入之间有较好的相关性。阶跃输入则可涉及从线性区至非线性区的很广领域, 与主观评价也容易建立对应关系, 它还是系统动力学中重要的测试函数, 因此阶跃试验应用最广。
我国关于瞬态响应试验的试验标准有:转向盘转角阶跃输入GB/ T 6323. 2-1994 和转向盘转角脉冲输入GB/ T 6323. 3-1994。其内容和ISO 7401 :2003 中方法1) 阶跃输入和4) 脉冲输入相似。表3 列出了GB 和ISO 中测量变量范围或误差限值有
差异的项目,表4是两个标准评价差异对比表。
表3 瞬态响应试验测量变量范围及误差对比表
从表3 中可以看出ISO 中转向盘的测量范围在±180°之间,GB 在±360°之间,而且ISO 中规定的误差限值是GB 的二分之一,侧向加速度ISO 测量范围- 15m/ s2～ + 15m/ s2 比GB 大,但误差极限和GB 相同,这从一个侧面反映了我国在试验仪器精度上和国际水平存在着不小的差距。
表4 瞬态响应特征评价参数对比表
表4 中列出的瞬态响应特性评价参数的主要差异表现在:ISO 采用稳态横摆角速度增益 ,而GB 采用横摆角速度总方差。从数学公式角度来看,稳态横摆角速度增益表征的是试验汽车横摆角速度稳态值与转向盘转角输入终值之比,反映了输出和输入之间的比例关系。GB采用的横摆角速度总方差,反映的是整个试验过程中转向盘转角与其终值之比与横摆角速度与其稳态值之差平方时间累加的结果,具有很好的动态跟随性,也更全面的反映了试验的瞬态和稳态整个过程。
另外,在试验速度上还存在差异。试验速度应为正常工况
车速,我国取车辆最高车速的70 %四舍五入成10 的整数倍,ISO 的标准试验车速为100 km/ h (也可采用其他有意义的车速) 。
1.3 转弯制动试验
从大量的交通事故分析可知,许多事故的发生是由于汽车在弯道刹车制动方面出现问题而造成的。汽车的弯道制动性能研究是一个具有实际意义价值的研究方向,目前我国在这方面还没有相应的国家标准,而早在90 年代ISO 就制定了此类标准。ISO 7975 ∶1996 是关于汽
车转弯制动试验方法的国际标准,汽车在稳态圆周试验( ISO 4138) 所示的路径上以侧向加速度为αy = 2m/ s2 达到稳定驾驶状态,固定方向盘快速制动。随后以Δαy ≤1m/ s2 的增量增加侧向加速度,直到汽车至少一个车轮抱死为止。标准中需要测量的特征值多达14 个,如表5 所示:
表5 ISO 7975 ∶1996 中测试变量和评价特征量表
表5 中评价特征量11) tn 时刻侧向加速度与初始稳态侧向加速度之比是转向操纵性能最主要的性能指标,而6) 实际横摆角速度时间与参考横摆角速度时间之差和9) 初始路径半径与tn 时刻汽车参考点半径之差是评价汽车摆振行为的重要指标。
2 闭环试验方法
汽车的性能最终还是要通过人的操纵来实现的,因此,为了更全面地研究和评价汽车的操纵稳定性,就应考虑驾驶员特性与汽车特性的配合问题。把汽车作为驾驶员- 汽车闭环系统的被控环节,根据整个系统特性的分析和综合,对汽车的操纵稳定性进行研究和评价,此方法称为闭环方法。闭环系统试验的评价同时采用了客观评价和驾驶员的主观评价。我国和ISO 组织均制定了闭环控制的试验方法及相应的评价标准。
国际标准ISO 3888-1 ∶1999 急促双移线试验和ISO 3888-2 ∶2002 急促躲避障碍试验是综合测定驾驶员- 汽车操纵稳定性的闭环试验。该项试验用于测定与交通事故有关的闭环行驶特性。它模拟了汽车超车后,并随之很快返回正确车道上的情景。在ISO 3888-1 ∶1999 中规定试验路径全长125 m ,分为6 段,各段路宽不同,在路的两边设有锥状标桩,如图1 和表6 所示。试验时汽车以80 ±3 km/ h 的车速驶入试验路段1 ,也可以以其它的速度进入车道,但是这个
数据应该记录在试验报告里。本试验除以通过通道时间t 作为评价标准外,各个国家根据各自不同的试验条件还会加入转向盘转角、转向盘力矩、横摆角速度等行驶动态量来作为评价标准,但其主要还是以驾驶员的主观评价为标准。该试验应组织多名技术熟练的驾驶员进行,以消除驾驶员之间的差异。ISO 3888-2 ∶2002 试验路径和ISO3888-1 ∶1999 相似,全长61 m分为5 段,各段路宽也不相同。汽车以最高档位保证发动机处于最小转速2 000 r/ min 驶入路段1 ,距起点2 m之后松开油门踏板,让它处于释放位置。为了保证此试验的可重复性,汽车在路段1 末端的速度要被记录在试验报告中的。此试验没有定量的评价标准,主要靠驾驶员的主观评价 。
发布评论