智能电动汽车试验学 课件 第七章 操纵稳定性试验

第七章操纵稳定性试验CONTENTS目录01

操纵稳定性试验02

常用仪器设备03

稳态回转试验04

转向瞬态响应试验CONTENTS目录05

转向回正性能试验06

转向轻便性试验07

（7-31）第六节蛇行试验08

电子稳定性控制系统性能试验01操纵稳定性试验导读汽车操控稳定性指汽车精准响应操控，抵御干扰，保持平稳，综合灵活性与稳定性，关键于高速安全。测试项目涵盖试验设备、程序、内容、数据分析及评估，详述数据处理流程。学习目标学习目标掌握测试设备使用，熟练稳态回转与瞬态反应测试，精通转向特性及便捷性评估，熟习蛇行试验与ESC系统测试方法。02常用仪器设备试验设备

试验设备常用设备有卫星定位、转向盘力量测试仪、陀螺仪，记录处理用车辆动态测试装置或现场数据处理系统，均需符合国标，详情见表7-1。试验设备：卫星定位数据采集系统双天线卫星定位系统性能

试验设备双天线配置，测横向、纵向、横摆速度，每秒100次更新，无基站支持定位精度<1米，配合基站精度±2厘米。

安装方式长度方向测俯仰角，横向测侧倾角，两卫星基准测任意位置倾斜角。试验设备：卫星定位数据采集系统系统测量变量及误差

01测量变量涵盖转向盘转角、力矩，汽车速度、加速度，车身角度等，范围广，精度高。

02测量范围转向盘转角±360°，纵向速度0~50m/s，确保数据全面覆盖。

03测量误差规定最大误差，如转向盘转角±2°/±4°，汽车速度±0.3m/s，保证测量准确性。试验设备：惯性传感器

IMU与陀螺仪惯性测量单元（IMU）检测加速度和旋转运动，常用传感器为陀螺仪。陀螺仪测量角速度，敏感微小角度变化，由转子和框架组成，具稳定性。

陀螺仪的应用陀螺仪用于飞行器、船舶导航制导及测量倾斜、俯仰角度和角速度；三轴模块可独立或与卫星定位结合提高定位准确性。试验设备：转向盘测力仪转向盘测力仪的设计原理

转向盘测力仪功能精确测量转向角度、力矩及角速度，转角范围±1080度，力矩最大值±1000牛·米。

测力仪设计要求高扭转刚度以保持系统动态特性，避免影响汽车运动特性的准确测量。试验设备：转向盘测力仪转向盘测力仪的类型及影响

转向盘测力仪类型分为带辅助盘与直装传感器两类，前者安装简便但影响系统动态，后者保持原车特性但安装较复杂。

辅助转向盘测力仪含测力传感器辅助盘，增加转动惯量，可能改变系统运动特性，操作不适。

直装传感器测力仪仅力与角度传感器组件，安装于原车盘下，保持车辆动态特性，安装复杂度高。试验设备

驾驶机器人驾驶机器人可客观评估驾驶行为，确保车辆测试准确性一致性，节约时间开支，减少驾驶员风险，包括转向、复合制动加速、换挡机器人等。测量设备测量设备轴荷计、四轮定位系统、静态侧翻试验装置和举升机用于准确测量车辆质量、轴荷分配、质心高度及轮子定位参数。试验前准备试验前需准确测量与调整车辆整体参数，包括质量、质心高度、轮子定位及转向系统角传动比。四轮定位仪四轮定位参数包括前束、外倾、主销后倾和内倾角，光学探头3D定位仪通过传感器和摄像头测量计算参数。轴荷仪轴荷仪可测量车辆轮荷、前后轴荷、左右负载及总重量，配4块轴重板静态称重，显示轮荷、轴荷、总重，误差0.1%-0.5%。静侧翻试验台汽车静侧翻试验台用于整车称重、侧翻测试和三维质心测量，通过浮动板、液压系统和质量反应法实现功能。03稳态回转试验稳态回转试验目标

评估内容评估车辆转向性能和车身侧倾反应，判断转向不足或过度并量化程度。稳态回转测试方法

01主要方法分类包括国家标准推荐的定转向盘转角法、定转弯半径法及固定车速法等。

02侧向加速度测试法定转向盘转角法和定转弯半径法通过变化侧向加速度测试。

03速度与侧向加速度关系测试中通过改变车辆速度产生不同的侧向加速度。

04两种方法差异定转向盘转角法保持转角不变测半径变化，定转弯半径法保持半径不变测转角变化。定转向盘转角法

定转向盘转角法优点提供连续测试过程，易捕捉转向特性转折点，如侧向加速度下转向模式变化，节省成本，降低驾驶员操作难度，提升试验安全性。

试验效率仅需转动方向盘2至3周，快速完成稳态回转试验，高效利用资源，简化操作流程。定转向盘转角法

试验准备试验前绘制半径15米或20米（可选30米、45米）的醒目圆圈，汽车按初始转向半径以3m/s²侧向加速度行驶500米使轮胎升温。定转向盘转角法：试验执行

车辆稳定行驶测试准备驾驶员以稳定行驶最低速度沿圆周行驶，车速传感器对齐圆周时保持转向盘位置不变，停车后记录初始数据。

车辆加速与数据记录车辆行驶并平稳加速（纵向加速度≤0.25m/s²），至侧向加速度达6.5m/s²或车辆不稳定，期间记录数据。

测试流程与参数测量转弯测试：左、右方向各三次，初始车辆水平。测量参数：横摆角速度、车身侧倾角度、前进速度、转向盘转角、重心侧向偏角、转向力矩、纵向加速度。定转向盘转角法：试验分析与处理转弯半径比

定转向盘转角法试验通过记录横摆角速度和车速，计算各点转弯半径与侧向加速度，形成关系曲线，分析车辆动态特性。数据处理方法利用公式计算每点的转弯半径比和侧向加速度，结合初始半径，绘制转弯半径比与侧向加速度的关系曲线，评估车辆操控稳定性。定转向盘转角法：试验分析与处理汽车前后轴侧偏角差值（

定转向盘转角法计算前后轴侧偏角差，适应左转右转，公式关联侧向加速度与侧偏角，基于两轴汽车Ri/R0比值分析。

试验数据分析利用Ri/R0比值和ay曲线，求解(δ1-δ2)与侧向加速度关系，简化坐标系规定，提升数据处理效率。定转向盘转角法：试验分析与处理

车身侧倾角Φ与侧向加速度ay关系曲线根据记录的车身侧倾角Φ和前述计算的侧向加速度ay，便可绘出Φ-ay关系曲线。定转向盘转角法：评价指标

稳态回转评价中性转向点侧向加速度、不足转向度U、车身侧倾度，侧向加速度具否决权，小于下限值总评不合格。定转向盘转角法：评价指标中性转向点的侧向加速度值

01评价指标计算中性转向点侧向加速度评价分值，公式考虑试验值、下限值和上限值，得分超100按满分计。

02物理意义an值代表汽车从不足转向到过度转向临界点的侧向加速度，值越小，过度转向倾向越明显，影响行车安全。定转向盘转角法：评价指标不足转向度U的评价分值

定转向盘转角法评估汽车不足转向度，通过前、后轴侧偏角差与侧向加速度关系，侧向加速度2m/s2时计算平均斜率。

评价指标计算不足转向度评价分值，公式考虑试验值U、比值系数、下限值与上限值，平衡转向稳定性和操纵性。定转向盘转角法：评价指标

车身侧倾度车身侧倾度按侧向加速度2m/s²处平均斜率计算，Kφ越大越不安全，侧倾过大致车辆失控。

稳态回转试验的综合评价分值综合评价分值按式（7-7）计算，分值高转向特性好，总分<60分不合格；中性转向点侧向加速度分值<60分或最大侧向加速度小于下限值，总评价也不合格。定转弯半径法定转弯半径法优点所需场地小，测试设备简单，易测转向盘转角和车速。定转弯半径法挑战对驾驶员技巧要求高，试验成功率相对低。定转弯半径法

试验准备试验场地内标出30米半径圆形测试轨迹，轨迹两边沿圆弧中心线每隔5米放标杆构成通道，两侧标桩至通道中心线距离为1/2车宽加b（b值按表7-2确定）。定转弯半径法：试验执行

试验过程与规则车辆稳定速沿设定路径行驶，进圆弧稳定后记录数据，3秒内踏板和方向盘保持不变（允许±10度微调），撞倒标桩试验无效。

测试方法与限制驾驶员逐渐提速，重复测试步骤，侧向加速度每次增加不超过0.5m/s²，直至达6.5m/s²或车辆不稳，左右方向各测三次。

记录的关键参数方向盘转角、车辆横摆角速度、前进速度、车身侧倾角度、重心侧偏角度、重心侧向加速度定转弯半径法：试验分析与处理

确定侧向加速度方法确定侧向加速度ay的三种方法：横摆角速度γ乘前进车速v；加速度计直接测出并修正；前进车速二次方除以圆弧路径中心线半径。

绘制参数变化曲线根据方向盘转角、转向力矩、车身侧倾角、质心侧偏角数据，绘制各参数随侧向加速度的变化曲线。

转换曲线关系根据公式将方向盘转角与侧向加速度曲线转换为前后轴侧偏角差值与侧向加速度的关系曲线。04转向瞬态响应试验转向瞬态响应试验

转向瞬态响应特性关键指标，操控稳定性，时域频域响应。

转向盘转角阶跃输入分析车辆时域响应，评估操控性能。转向盘转角阶跃输入试验

转向盘转角阶跃输入试验车辆从直线行驶转入稳定圆周运动的过渡过程，反映瞬态响应特性，响应时间短表示转向性能佳，操控灵敏。

瞬态响应特性通过转向盘转角阶跃输入试验体现，响应时间短意味着车辆瞬态转向性能优秀，驾驶员体验更佳。转向盘转角阶跃输入试验：试验执行试验准备与车速设定试验前车辆以测试速度行驶10公里，连接仪器电源，转向盘自由行程不超±10°。车速取最高车速70%，圆整至10km/h倍数，建议60-120km/h。转向盘转角阶跃输入试验：试验执行转向试验操作流程

转向盘转角阶跃输入试验记录车速零位，车辆匀速行驶，消除转向系统间隙后，快速旋转转向盘至预设位置，保持车速恒定，记录至等速圆周行驶状态。转向盘转角阶跃输入试验：试验执行

侧向加速度与转向试验转向盘转角目标位置根据稳态侧向加速度（1至3米/秒²）确定，从1米/秒²开始，每增0.5米/秒²进行一次试验，需完成左转和右转方向。转向盘转角阶跃输入试验：试验分析与处理数据处理依据试验目标与标准，处理采集数据，绘制关系曲线，取稳态平均值。有效性判断若车速变化超5%或转向盘转角变幅超平均10%，试验结果无效。转向盘转角阶跃输入试验：试验分析与处理横摆角速度与侧向加速度响应时间

转向盘转角阶跃输入试验记录从转向盘转角达50%至横摆角速度和侧向加速度达90%新稳态值的时间，反映系统灵敏度。响应时间意义较大响应时间导致汽车控制困难，响应迟钝；较小响应时间获驾驶人好评，QC/T480-1999以横摆角速度响应时间评价。转向盘转角阶跃输入试验：试验分析与处理横摆角速度峰值响应时间从转向盘转角达终值50%时起，到变量首个峰值的时间为横摆角速度峰值响应时间，该值越小瞬态响应性越好。横摆角速度超调量横摆角速度超调量是衡量汽车瞬态响应性能的指标，其值过大会导致汽车瞬态响应性能不好。转向盘转角阶跃输入试验：试验分析与处理横摆角速度总方差

横摆角速度总方差定义表达汽车响应转向输入的灵敏度，Er值减小表明操纵稳定性提升。

试验参数与条件涉及转向盘转角、横摆角速度、采样时间与点数，采样间隔≤0.2s至响应稳定。转向盘转角阶跃输入试验：试验分析与处理

侧向加速度总方差侧向加速度总方差，式中s表示侧向加速度总方差，m/s²为侧向加速度瞬时值与稳态值的单位。转向盘转角阶跃输入试验：试验分析与处理汽车因数汽车因数计算TB=s•(°)，综合评价瞬态响应，涉及横摆角速度响应时间与汽车质心侧偏角。试验数据分析通过拟合方法，绘制多组曲线图展示侧向加速度、横摆角速度及转向盘转角间关系，包括响应时间与侧向加速度的关系等。转向盘转角脉冲输入试验转向盘转角脉冲输入试验评估车辆瞬态响应特性，从转向盘脉冲输入到横摆角速度稳定，揭示频域响应，映射真实转向操作反馈。转向盘转角脉冲输入试验：试验执行

脉冲输入试验场地与准备脉冲输入试验场地宽度需超20米。试验前检查调整转向盘自由行程≤±10°，车辆横摆系统阻尼小、速度为最高速70%并四舍五入到10公里/小时整数倍。

试验操作与参数设置车辆直线行驶，保持横摆角速度极小，标记转向盘中间位置。给予三角形脉冲输入后转回原位，记录过渡过程至恢复直线行驶。

试验次数与时间间隔试验应至少进行三次向左和向右的三角脉冲输入，每次输入之间的时间间隔不得少于5秒。转向盘转角脉冲输入试验：试验分析与处理试验记录要点记录时间t、转向盘转角、车速u、横摆角速度、侧向加速度；车速变化不超±5%，转向盘转角零线偏差不超±10%，否则记录无效。频率响应特性频率响应特性含幅频和相频特性。幅频特性是输出与输入幅值比随频率变化，反映指令失真程度；相频特性是相位差随频率变化，反映滞后失真程度。转向盘转角脉冲输入试验：试验分析与处理试验数据分析

01转向盘试验分析分析转向盘转角脉冲输入与横摆响应特性，绘制幅频与相频特性图，评估汽车抗干扰能力。

02评价指标以谐振频率f、谐振峰水平D和相位滞后角α为指标，评价整车抗干扰性能，f高、D与α小表示抗干扰能力强。转向盘转角脉冲输入试验：试验分析与处理

指标确定与评价基于幅频和相频特性图确定谐振频率f、谐振峰水平D、相位滞后角α指标，依据标准QC/T480-1999确定评价计分值。05转向回正性能试验转向回正性能试验转向回正性试验评估汽车转向系统恢复直线行驶能力，驾驶员松开转向盘后的瞬态响应，反映汽车“路感”质量。试验方法施加恒定转向盘力后突然释放，观察转向系统恢复情况，评价从曲线到直线行驶过渡性能。试验执行

试验场地准备划出15米半径圆，醒目颜色，完成预备工作。

转向回正试验分低高速，左右各3次测试，全面评估性能。试验执行：低速回正性能试验

01试验准备与仪器预热试验前，汽车沿15米半径圆周以侧向加速度3米/秒²的车速行驶500米升温轮胎，接通仪器电使其达正常工作温度。

02试验操作流程车辆直线行驶记录初始值，调转向盘至15米圆周行驶，稳定侧向加速度后固定转向盘并记录数据3秒，突然释放转向盘并记录4秒运动情况，同步记录且保持加速踏板角度恒定。

03试验方向与次数试验按向左转、向右转两个方向进行，每个方向3次。无法达到（4±0.2）米/秒²侧向加速度的车辆，按最高侧向加速度试验并备注。试验执行

高速回正性能试验最高车速超100km/h汽车需高速回正试验，试验速度为最高速度70%并四舍五入到10km/h倍数，测转向盘释放后4秒运动，左右各3次。试验分析与处理横摆角速度曲线分类曲线分收敛与发散型，发散型不分析，收敛型用于评价指标。评价指标确定基于左右转向，确定残留横摆角速度及总方差，建议收集额外指标。试验分析与处理稳定时间

从驾驶员释放转向盘时刻到车辆横摆角速度达到新稳定值所经过的时间段为稳定时间，三次试验结果平均值为稳定时间平均值。残留横摆角速度

残留横摆角速度以驾驶员松转向盘后3秒时刻的横摆角速度值为指标，由三次独立试验结果平均计算得平均值。横摆角速度超调量

横摆角速度超调量是响应第一个峰值超新稳态值部分与初始值之比，以三次试验平均值为均值。横摆角速度自然频率

第i次试验横摆角速度自然频率计算公式；三次试验结果的平均值作为横摆角速度自然频率均值。相对阻尼系数

第i次试验相对阻尼系数计算公式涉及衰减率、横摆角速度曲线第一个波峰值，三次试验结果平均值为横摆角速度相对阻尼系数均值。试验分析与处理：横摆角速度响应总方差横摆角速度总方差计算第i次试验横摆角速度总方差计算公式为==002−0.5∆，三次试验结果的平均值作为总方差均值。试验报告与评价指标试验报告应记录评价指标，绘制转向时横摆角速度曲线图；低速转向回正试验中，部分指标因阻尼大、干摩擦难得出。转向回正性能评价转向回正性能评价依据两标准，按3s残留横摆角速度绝对值∆及总方差计分，∆小回正保持直线好，总方差小回正迅速。06转向轻便性试验转向轻便性试验

转向轻便性试验量化方向盘操作力，评估车辆操控稳定性，平衡驾驶响应与感知，确保行驶安全与舒适。

操作力影响操作力过大易致驾驶疲劳，过小则感车辆不稳定，影响方向控制精度。试验准备

双纽线路径设计试验前在试验场画出颜色鲜明的双纽线路径，其极坐标方程为（7-23），涉及极径、系数、最小曲率半径和试验汽车最小转弯半径。双纽线尺寸与标记物布置双纽线最小曲率半径为试验车辆前外轮最小转向半径的1.1倍；最宽点、顶点和中间点路径两侧各放两个标记物，共16个，与中心线距离为车辆宽度一半加50厘米或转弯通道圆宽一半加50厘米。试验执行

试验前准备驾驶员驾驶汽车沿双纽线路径行驶数周熟悉路线和操作步骤，接着沿双纽线中点“O”处切线方向直线滑行并在“O”点停车，检查并调整车轮至直线行驶位置，确认后松开转向盘，记录转向盘中间位置及作用力矩初始值。

开始试验驾驶员操纵转向盘沿双纽线行驶，车速稳定在（10±2）公里/小时，记录转角、力矩和车速，行驶一周返回起点完成一次试验，共3次，需保持车速稳定、操作平滑、不撞标桩。试验分析与处理

转向轻便性试验分析转向力矩M与转角θ关联，评估车辆操控便捷性，图7-4示转向盘力矩-转角曲线。

数据处理方法计算机采集转向角度和力矩数据，计算转向性能指标，包括最大平均作用力矩、力、作用功及平均摩擦力矩。试验分析与处理

转向盘最大作用力矩均值转向盘最大作用力矩均值是取三次试验的转向盘最大作用力矩的算术平均值，单位为N·m。

转向盘最大作用力均值转向盘最大作用力均值计算公式中，其单位为N，涉及试验汽车原有转向盘直径D，单位m。试验分析与处理：转向盘的作用功和作用功均值

绕双纽线路径每一周的作用功为绕双纽线路径第i周（i=1～3）的转向盘作用功，与该周各采样点转向盘转向力矩及转角相关。

转向盘的作用功均值将三次试验的转向盘作用功的算术平均值作为转向盘作用功均值。试验分析与处理

转向盘摩擦力矩绕双纽线路径每一周转向盘平均摩擦力矩，由第i周转向盘左、右最大转角计算；转向盘平均摩擦力由平均摩擦作用力计算。

转向盘摩擦力矩均值和转向盘平均摩擦力均值转向盘平均摩擦力矩均值按式（7-30）确定，转向盘平均摩擦力均值按式确定。07（7-31）第六节蛇行试验（7-31）第六节蛇行试验

蛇行测试定义评估汽车操控稳定性，人车交互闭环系统，遵循特定条件路径。

测试目的综合评定随动性、收敛性、转向便捷性及避险能力，考验驾驶技能。

测量参数转向盘转角、横摆角速度、车身侧倾、通过时间及侧向加速度。试验准备

试验准备详备车辆与场地，确保试验条件一致，利于操纵稳定性测试。试验准备：车辆准备

01试验前车辆准备试验车辆需符合制造商技术标准、配备必需部件，测量轮胎定位参数，检查调整紧固转向悬挂系统，进行必要润滑处理，确认满足技术要求。

02轮胎状态与预热新胎试验前行驶200公里磨合，旧胎试验结束花纹深度不小于1.6毫米，轮胎气压符合制造商要求且冷充气压力误差不超过±10千帕，试验前需按规定方式行驶使轮胎升温至工作温度。

03载荷状态与分布蛇行试验中汽车载荷为最大设计总质量，轴载质量遵守设计任务书规定，货车装载物均匀分布货箱内，客车分布座椅和地板上。试验准备：车辆准备试验设备安装

试验准备：车辆准备载荷状态含最大设计总质量和轻载，轻载为除驾驶员、试验员及仪器外的整备质量，小承载车若轻载超70%最大总质量可免轻载试验。

试验准备：设备安装陀螺仪需按说明书稳固安装于车辆质心，车速计传感器置于纵向对称平面内，确保高度正确，测力角方间盘传感器牢固连接转向盘。试验准备场地准备操纵稳定性试验场地：干燥平整干净混凝土或沥青路面，倾斜度≤2%，风速＜5米/秒，环境温度0℃-40℃。试验执行

蛇行试验概述蛇行试验又称“绕桩”测试，操作简单，场地如图7.5，参数按标准确定，驾驶员需经验丰富并提前练习至少5个往返。

试验过程与规则车辆以近基准车速一半匀速行驶，进入测试区前数据归零，蛇行通过时记录参数时间历程及通过标桩区时间，按预定车速间隔从低到高共试验10次，碰撞标桩失败需重开始且不计次数。

最高试验车速与安全最高试验车速应确保安全，自行决定，但不应超过80公里/小时。基准车速与车辆的最大总质量有关。试验分析与处理蛇行试验主观评价经验驾驶员按条件路线驾驶，对操控稳定性定性评分，综合得分反映车辆性能。蛇行试验客观评价通过车辆有效标桩区域内通过时间评价，考虑安全性，遵循GB/T6323-2014及QC/T480-1999标准，峰值大难控制。蛇形车速第i次试验蛇行车速按公式=3.6−1确定，式中为蛇行车速(km/h)，L是标桩间距(m)，N=6，为通过有效标桩区时间(s)。平均转向盘转角第i次试验平均转向盘转角由有效标桩区内转向盘角时间历程曲线各峰值确定。试验分析与处理01平均横摆角速度第i次试验平均横摆角速度由有效标桩区内横摆角速度时间历程曲线峰值确定。02平均车身侧倾角第i次试验平均车身侧倾角由有效标桩区内车身侧倾角时间历程曲线峰值确定。03侧向加速度侧向加速度可通过侧向加速度计测量或瞬时横摆角速度与前进速度乘积计算，测量时传感器输出轴应与车辆坐标系Y轴对正或平行，侧倾较大时需修正。04平均侧向加速度第i次试验平均侧向加速度计算公式中，涉及有效标桩区内侧向加速度真实值时间历程曲线峰值，单位为m/s²。08电子稳定性控制系统性能试验ESC系统概述

系统定义依据驾驶人操作和传感器数据，实时跟踪车辆行驶状况的主动安全技术。

工作原理比较实际与预期轨迹，通过闭环控制纠正转向，增强操控稳定性。

应用价值有效减少车辆失控及交通事故，在乘用车领域广泛应用。ESC性能试验标