車道急劇變換試驗(yàn)方法研究與探討

梁榮亮 梁東 劉亞歐 武振 沙雷

摘 要：隨著車輛性能的發(fā)展與完善，對(duì)整車操縱穩(wěn)定性能提出了更高的要求，國際上出現(xiàn)越來越多的相關(guān)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。文章詳細(xì)介紹了ISO 3888-2避障試驗(yàn)車道以及試驗(yàn)方法，針對(duì)試驗(yàn)方法搭建試驗(yàn)測試系統(tǒng)，并選取4款車型進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)。通過對(duì)試驗(yàn)主客觀結(jié)果分析，為該國際標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為國家標(biāo)準(zhǔn)提出三點(diǎn)建議，以供相關(guān)部門參考。

關(guān)鍵詞：避障試驗(yàn);操縱穩(wěn)定性;實(shí)車試驗(yàn);標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化

Abstract： With the development and improvement of vehicle performance， higher requirements are put forward for vehicle controllability and stability performances， and more and more relevant evaluation standards appear in the world. This paper introduces the lane and test method in detail of ISO 3888-2 obstacle avoidance test， builds a test system according to test method， and selects 4 models for real vehicle test. By analyzing the subjective and objective results of the test， three suggestions are put forward for the conversion of this international standard into a national standard for reference by relevant departments.

Keywords： Obstacle avoidance test; Controllability and stability; Real vehicle test; Standard conversion

前言

汽車操縱穩(wěn)定性能的優(yōu)劣關(guān)乎著汽車及車內(nèi)成員的安全[1]，因此便成為了汽車底盤動(dòng)力學(xué)的重點(diǎn)研究對(duì)象。而隨著車輛性能的發(fā)展及完善，便對(duì)整車操穩(wěn)性能提出了更高的要求，國際上也出現(xiàn)越來越多的相關(guān)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，車道急劇變化試驗(yàn)就是其中一項(xiàng)。車道急劇變換試驗(yàn)類似于生活中常見的超車行駛現(xiàn)象，其過程為駕駛車輛從初始車道快速移線至相鄰平行車道，再回到初始車道，其間車輛不得超出車道邊界線。該試驗(yàn)可以在一定程度上表現(xiàn)出汽車轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的綜合性能，是評(píng)價(jià)汽車操縱穩(wěn)定性的典型試驗(yàn)[2]。

車道急劇變換試驗(yàn)方法早在1969年的車輛動(dòng)力學(xué)與抓地性能分委員會(huì)第一次會(huì)議上被提出，在1975年形成技術(shù)報(bào)告，以ISO/TC22/TR 3888號(hào)文件公布[3]。隨著研究深入與發(fā)展，車道急劇變化試驗(yàn)方法已形成ISO 3888[4-5]兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)文件。目前該試驗(yàn)方法主要被國內(nèi)學(xué)者用于仿真來驗(yàn)證控制算法優(yōu)劣[2，6]，而本文主要介紹ISO 3888-2：避障試驗(yàn)的試驗(yàn)方法，并選取車輛進(jìn)行場地試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析以及試驗(yàn)方法進(jìn)行相關(guān)探討。

1 避障試驗(yàn)方法介紹

1.1 試驗(yàn)車道

避障試驗(yàn)車道布置如圖1所示，其中數(shù)字1～5表示試驗(yàn)車道的五個(gè)部分;數(shù)字6表示車輛車輛行駛方向即車輛入口;數(shù)字7表示第3部分車道的偏移量;數(shù)字8表示車輛進(jìn)入車道的距離;數(shù)字9表示第8部分的末端;字母b表示車道寬度，其值由車輛寬度計(jì)算得到。具體的車道尺寸見表1，每部分的長度是固定的，車道總長度為61m。圖1中的黑色方塊表示標(biāo)記樁桶的擺放位置，其具體尺寸要求如圖2所示。

1.2 試驗(yàn)方法

對(duì)于搭載手動(dòng)變速器的車輛，應(yīng)選擇最高擋位進(jìn)入試驗(yàn)車道;對(duì)于搭載自動(dòng)變速器的車輛，應(yīng)以D擋進(jìn)入試驗(yàn)車道，車輛進(jìn)入試驗(yàn)車道第1部分時(shí)應(yīng)保證最小的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2000r/min。車輛在進(jìn)入試驗(yàn)車道第一部分的2米處，如圖1的數(shù)字9位置，松開油門，直至車輛駛出試驗(yàn)車道。

2 實(shí)車試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)搭建

試驗(yàn)中未對(duì)客觀試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行要求，但是該試驗(yàn)使車輛能夠交替產(chǎn)生較大的側(cè)向加速度，可以評(píng)價(jià)車輛的橫向動(dòng)力學(xué)特性。依據(jù)主流調(diào)校企業(yè)及國標(biāo)操穩(wěn)項(xiàng)目[7]要求，選取車速、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、側(cè)向加速度、橫擺角速度、側(cè)傾角、側(cè)偏角等作為關(guān)注參數(shù)。因此選取該陀螺儀、轉(zhuǎn)向盤測力計(jì)和數(shù)據(jù)采集器組成測系統(tǒng)，通過PC機(jī)對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行監(jiān)控與數(shù)據(jù)分析。該測試系統(tǒng)邏輯原理圖如圖3所示。

其中，陀螺儀選用英國OXTS公司，其型號(hào)為RT2002G;轉(zhuǎn)向盤測力計(jì)選用瑞士奇石樂公司，其型號(hào)為CMSWB2211;數(shù)據(jù)采集器選用奧地利DEWE soft公司，其型號(hào)為DEWE 43A。

2.2 試驗(yàn)車輛

下面以選取的4款車型為例，基于搭建的試驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行避障試驗(yàn)，以分析車輛的操縱穩(wěn)定性能。選取的車輛基本信息見表2。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

依據(jù)所選的4款車的車寬計(jì)算試驗(yàn)通道寬度，并進(jìn)行避障試驗(yàn)，所有試驗(yàn)車輛均從入線車速為60km/h開始嘗試，逐漸提高車速，直至駕駛員能夠在不觸碰樁桶且主觀感受安全的情況下的車速，并且在該車速下進(jìn)行至少三次試驗(yàn)，以保證試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性。試驗(yàn)結(jié)果曲線如圖4所示，相應(yīng)結(jié)果見表3。

由試驗(yàn)結(jié)果看出，SUV 02號(hào)車輛在進(jìn)入偏移車道（即圖1中的第3部分）時(shí)，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角修正調(diào)節(jié)最小（如圖4（a）中的虛線框），車輛方便于變道后的穩(wěn)定。但是在對(duì)應(yīng)車道中的側(cè)傾角卻出現(xiàn)了三次晃動(dòng)，從數(shù)值來看有4～5°的浮動(dòng)，車輛應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)較明顯的左右擺動(dòng)。但駕駛員的主觀感覺是車輛穩(wěn)定性好，側(cè)傾不明顯，轉(zhuǎn)向靈敏，便于操控，車輛整體偏運(yùn)動(dòng)性。分析原因?yàn)椋撥囕vESC介入過早，由于ESC的制動(dòng)作用產(chǎn)生車輛晃動(dòng)，但是其懸架的設(shè)計(jì)又使得車內(nèi)人員對(duì)其感受并不明顯。這也是該車輛入線速度最高，但出線速度最低的主要原因。

從客觀數(shù)據(jù)來看SUV 01號(hào)車所有變量都偏小，但是側(cè)傾角和側(cè)向加速度在進(jìn)入偏移車道后的調(diào)節(jié)較大。該車輛的主觀評(píng)價(jià)結(jié)論為變線穩(wěn)定性一般，容易甩尾，ESC修正較為粗暴，側(cè)傾感受大，安全感一般，因此其入線車速相比較其他車輛最低。

兩輛轎車客觀數(shù)據(jù)相差不大，主觀評(píng)價(jià)也可達(dá)到7.0分，轎車01號(hào)車主觀評(píng)價(jià)為轉(zhuǎn)向靈敏，ESC介入及時(shí)，容易控制車輛，可控性好;轎車02號(hào)車的主觀評(píng)價(jià)為高速穩(wěn)定，變線可操控，運(yùn)動(dòng)性能較好。

3 國際標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化探討

該標(biāo)準(zhǔn)是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)，而我國卻沒有相類似的標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)車輛急劇變換車道響應(yīng)進(jìn)行考察，為實(shí)現(xiàn)“到2020年，重點(diǎn)領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化率力爭達(dá)到90%以上”的目標(biāo)[8]，因此可以參考該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)化。因此提出以下三點(diǎn)討論，以供相關(guān)部門參考。

3.1 評(píng)價(jià)分析

如2.3節(jié)的試驗(yàn)結(jié)果及分析可知，僅靠客觀數(shù)據(jù)無法評(píng)判一輛車的避障特性的好壞。有些企業(yè)會(huì)關(guān)注車輛參數(shù)中的最大值，抑或關(guān)注如表3的峰值。但是對(duì)于某一參數(shù)的四個(gè)峰值是相互關(guān)聯(lián)的，例如轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)峰值過大，當(dāng)進(jìn)入偏移車道就需要更大的轉(zhuǎn)角進(jìn)行修正，從而有可能激發(fā)ESC的介入，從而影響試驗(yàn)車速。如圖5所示是轎車01號(hào)車的兩次試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比。因此，試驗(yàn)客觀數(shù)據(jù)僅供開發(fā)人員進(jìn)行分析使用，而標(biāo)準(zhǔn)僅推薦進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。

3.2 試驗(yàn)方法分析

該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定車輛進(jìn)入試驗(yàn)車道第1部分時(shí)應(yīng)保證最小的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2000r/min。依據(jù)公式（1）[9]可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)車速。

其中ua表示車速，n表示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r表示輪胎滾動(dòng)半徑，ig表示變速器的傳動(dòng)比，i0表示主減速器的傳動(dòng)比。

以SUV 01號(hào)車為例，其為手動(dòng)變速器，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求選取最高擋位，即Ⅴ擋，則ig=0.81，i0=4.533。該車輛適配輪胎型號(hào)為215/60 R17，則滾動(dòng)半徑r≈0.3449m。由此計(jì)算得到ua=70.83km/h。而該車輛的實(shí)際試驗(yàn)初速為63.29km/h，實(shí)際轉(zhuǎn)速為1800r/min，對(duì)于其他車輛的試驗(yàn)轉(zhuǎn)速約為1500～2200 r/min。該標(biāo)準(zhǔn)推薦進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，但受駕駛員駕駛技能水平影響，建議不限制發(fā)動(dòng)機(jī)最小轉(zhuǎn)速。

3.3 試驗(yàn)車道分析

文獻(xiàn)[10]列出了北大西洋公約組織關(guān)于雙移線車道的布置，其考慮了車輛長度進(jìn)行車道長度規(guī)定。而該ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)車道長度為固定值，車道寬度因車寬不同而變化。但是試驗(yàn)車道各個(gè)部分長度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響會(huì)如何，還需要進(jìn)一步分析。

4 結(jié)論

本文通過對(duì)ISO 3888-2規(guī)定的急劇變換車道試驗(yàn)方法進(jìn)行詳細(xì)介紹，選取4款車輛進(jìn)行相應(yīng)試驗(yàn)測試，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)，從而對(duì)該國際標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為國標(biāo)提出三點(diǎn)建議：

（1）本測試為閉環(huán)試驗(yàn)，駕駛員的操縱策略會(huì)對(duì)測試結(jié)果有明顯影響，而數(shù)據(jù)之間又具有相互耦合關(guān)系，試驗(yàn)客觀數(shù)據(jù)僅供開發(fā)人員進(jìn)行分析使用，僅推薦進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。

（2）該試驗(yàn)受駕駛員駕駛水平影響，建議取消對(duì)試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)最小轉(zhuǎn)速限制。

（3）試驗(yàn)結(jié)果是否受車輛長度影響仍需進(jìn)一步分析，但可以參考NATO規(guī)定的車道進(jìn)行相應(yīng)驗(yàn)證分析。

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