半掛汽車列車橫向穩定性試驗數據處理研究

中圖分類號：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

隨著社會經濟水平的不斷發展，以及國家路網的不斷完善，半掛汽車列車成為目前長途物流運輸的主力車型之一。半掛汽車列車由半掛牽引車和半掛車組合而成，它通過牽引鞍座和牽引銷牢固而又靈活地連接成一個整體，組成的列車總質量最大可達 49000kg ，因而運輸效率極高。

半掛汽車列車由于總質量大、車長較長，因此在行駛中的安全性尤為重要。橫向穩定性是交通運輸部對于營運牽引車輛和掛車的重要關注指標。在JT/T1178.2—2019《營運貨車安全技術條件第2部分：牽引車輛與掛車》中，汽車列車應該在滿載狀態下，按照GB/T25979—2010規定的單車道變換試驗方法，以 80km/h 的試驗車速進行橫向穩定性測試，其側向加速度后部放大系數應不超過 1.5^[1] 。該試驗風險系數高，所需的場地面積大，導致試驗成本高。因此，如何通過數據監控輔助駕駛員和試驗員來保證試驗過程的安全，以及如何在試驗過程中及時得到試驗結果并進行初步篩選，是牽引車輛檢測人員需要盡快解決的難題。

2試驗過程介紹

2.1試驗方法

單車道變換試驗的標準試驗方法有2種：單一正弦轉角輸入方法和單一正弦側向加速度輸入方法，后者需要在地面標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，實際操作時比單一正弦轉角輸入方法難度更大，所以各個檢測機構目前均采取單一正弦轉角輸入方法進行試驗。

試驗過程中需要測量牽引車前軸中心點的側向加速度 α₁ 掛車質心處的側向加速度 α₂ 。試驗過程中，駕駛員輸入轉角信號之前3s和之后5s，方向盤都應盡可能處于直線行駛位置。輸人的轉角信號需要使經過濾波處理后的 α₁ 的峰值絕對值為 2m/s² ，整個過程中 α₂ 的峰值絕對值與 α₁ 的峰值絕對值之比就是側向加速度后部放大系數。

在 80km/h 的試驗車速條件下，應在最少3個不同頻率的轉角輸入信號下進行試驗，最大頻率間隔為0.1Hz ，每個頻率又至少進行3組有效試驗。左轉和右轉都需要進行試驗，所以最少要進行18次試驗，才能得到一套完整的數據（表1）。每個試驗頻率下，需要至少6次有效數據，而每個試驗頻率都需提前進行多次試驗來確定該頻率下轉角輸入幅值 φ 能夠使 α₁ 的峰值絕對值達到 2m/s^2[2] O

表1試驗需要獲取的數據

2.2實車試驗過程

第一組實車試驗從2024年6月13日至6月17日，試驗地點為孝感汽車試驗場，試驗車輛為中國第一汽車集團有限公司生產的CA4259P25K2T1E6A80半掛牽引車和山東鑼響汽車制造有限公司生產的LXC9403Z自卸半掛車，試驗主要設備信息見表2。

第二組實車試驗為機械工業聯合會組織的檢測機構行業的實驗室間比對中的一組試驗，試驗地點為襄陽汽車試驗場，試驗車輛為中國重汽集團濟寧商用車有限公司生產的ZZ4257Y344KF1牽引汽車和山東昌龍汽車制造有限公司生產的CCL9400CCY倉柵式運輸半掛車，試驗人員、所用設備均與第一組試驗完全相同。兩組試驗的設備安裝示意照片見圖1。

表2試驗主要數據采集設備信息

圖1設備安裝照片（駕駛室內 ∣+ 牽引車/半掛車）

3試驗數據處理難點和解決方法

第一組實車試驗獲取的數據經過人工篩選后，在兩個方向分別得到3組有效數據，對應信號曲線如圖2、圖3所示。

3.1轉角輸人信號的頻率速算方法

從第一組試驗數據可以發現，即使經過大量練習，駕駛員仍然很難按照完美的正弦曲線來輸入方向盤轉角，目前使用的數采設備還無法對轉角輸入信號曲線進行正弦曲線的擬合，因此需要一個快速估算出試驗曲線頻率的方法。

同時也可以看出，駕駛員的轉角輸入信號曲線已經具有了標準正弦曲線的基本特征，有較好的對稱性。按照正弦曲線的特性，波峰波谷的橫坐標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間差來估算曲線的頻率，定義這個時間差為 T_0.5 ，則頻率 f=0.5/T_0.5 。目前的數采設備可以自動獲取整個測試時間內的轉角信號最大值和最小值的對應時間，從而自動速算出頻率估計值（表3第2列）。同時，考慮到駕駛員打方向（指駕駛員從車輛直行對應的方向盤位置往左或往右連續轉動方向盤）和回方向（指駕駛員從車輛左轉或右轉對應的方向盤位置往直行對應的方向盤位置轉動方向盤）的速度差異會導致峰值有一定偏差，試驗員也可以手動移動光標選取波峰波谷時刻，從而得到兩個光標的時間差，計算出手動選擇的頻率估算值（表3第3列）。

在試驗結束后，對表中6組數據進行數據截取，導出圖2a左轉1圖中所示的兩光標直線區間內的轉角輸入信號數據，利用數據分析軟件對其利用最小二乘法擬合正弦曲線（擬合結果如圖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% ，可以快速而準確地估算出信號的頻率。

3.2用來擬合的轉角信號截取方法

轉角輸人信號頻率的自動速算目的是現場初步判斷，試驗結束后仍然需要針對試驗數據進行更為規范的數據截取，再利用前文所述的最小二乘法擬合正弦曲線，得到更為準確的頻率。但是，由于人為輸入轉角信號的不足，轉角輸入的起始點和終止點也難以分辨，不容易準確地選取。所以截取方法會嚴重影響結果準確性和一致性，需要規定一個統一的方法。

表33種方法計算出來的頻率值對比

圖2左轉方向有效數據的轉角輸入信號曲線

圖3右轉方向有效數據的轉角輸入信號曲線

圖4左軸方向截取的轉角輸入信號及擬合曲線

標準要求正式試驗前，車輛需要保持直線行駛狀態，所以駕駛員會持續調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角經過 0^° 來界定駕駛員是否開始或者結束正弦轉角信號的輸入。

目前其他道路試驗也有類似的數據截取需求并且在標準中規定了截取方法。比如：進行商用車制動試驗時，標準GB12676—2014規定用試驗車速 80% 和試驗車速的 10% 及對應時刻的制動距離來計算出充分發出的平均減速度3；進行轉向階躍輸入橫向瞬態穩定性試驗時，標準IS07401：2011規定的響應時間，是以最大轉角的 50% 時刻為起始點，以首次達到穩態橫擺角速度的 90% 時刻為終止點的時間間隔[4]。

圖5右轉方向截取的轉角輸入信號及擬合曲線

為了避免駕駛員輸人轉角信號前后的波動導致擬合頻率值不準確，參考上述兩個標準的規定，并結合實車試驗數據可以提出一種轉角信號截取方法，即截取起始點為方向盤轉角首次等于對應波峰/波谷的 20% 的對應時刻，終止點為末次等于對應波谷/波峰的 20% 的對應時刻，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的同時，還能盡量多地保留轉角正弦輸人的信息，以用于準確的正弦曲線擬合。

圖6轉角信號截取方法示意圖

4方法驗證結果

在2024年的實驗室間比對中，比對試驗大綱要求輸人的頻率為 （0.15±0.02）Hz ，左轉轉角幅值為 57^° ，右轉轉角幅值為 55^° ，允許幅值誤差為波峰值的 5% ，經過第一組試驗的針對性練習，在進行第二組試驗時，駕駛員已經可以較好地達到以上參數要求。在第二組試驗中，共采集了左轉和右轉各15組數據，試驗過程中按照前文所述的頻率速算方法現場估算了頻率，從中選取了11組瀕率滿足要求的數據，又根據側向加速度峰值去除了4組數據，得到最終滿足基本條件的數據如表4所示。

表4根據估算頻率和牽引車側向加速度峰值篩選出的結果

由于篩選出來的數據只有左轉4組和右轉3組，故不需要再通過轉向信號截取并擬合來篩選數據，選取了左轉的后3組數據作為比對的左轉結果。最終該機構的比對結果為左轉后部放大系數1.07，右轉后部放大系數1.07。在2025年4月召開的比對總結會中，比對的公議值為左轉后部放大系數1.061，右轉后部放大系數1.059，最終 Z 比分數為左轉0.243，右轉0.268，在24家機構中處于優秀水平，驗證了前文總結出來的頻率速算方法具有較好的可靠性。

5總結與展望

本文以半掛汽車列車為研究對象，針對國標規定的橫向穩定性實車試驗的數據處理過程，結合大量實車試驗數據，提出了一種試驗輸入信號頻率的速算方法。該方法可結合其他條件在試驗過程中快速地篩選出有效數據，并在行業組織的實驗室間比對中驗證了頻率速算方法的可靠性。本文還提出了一種用于后續數據處理的數據截取方法，可以更加準確地計算和驗證速算出來的頻率。但由于數據量還不夠多，未能驗證數據截取方法是否能夠進一步提高試驗結果的準確性，在后續的工作中，可對這一方法進行更深的研究。

參考文獻：

[1]JT/T1178.2—2019營運貨車安全技術條件第2部分：牽引車輛與掛車[S].

[2]GB/T25979—2010道路車輛重型商用汽車列車和鉸接客車橫向穩定性試驗方法[S].

[3]GB12676—2014商用車輛和掛車制動系統技術要求及試驗方法[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，研究方向為整車法規檢測與認證。危巍（通訊作者），男，1992年生，工程師，研究方向為整車法規檢測。