道路车辆中心操纵量化的试验方法第1部分摆动试验标准立项发展报告

*道路车辆中心操纵量化的试验方法第1部分:摆动试验标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Roadvehicles—Testmethodforthequantificationofon-centrehandling—Part1:Weavetest摘要本报告围绕国际标准ISO13674-1:2023《道路车辆中心操纵量化的试验方法第1部分：摆动试验》展开论述。该标准由国际标准化组织（ISO）发布，旨在为道路车辆在“中心区”操纵特性的量化评估提供一套统一、可重复的试验方法。报告首先阐述了标准的立项背景，指出随着汽车主动安全性与驾驶舒适性要求的提升，车辆在直行或小侧向加速度工况下的操纵稳定性，即“中心操纵”特性，已成为衡量车辆操控品质的关键指标。本标准的修订（替代了ISO13674-1:2010）进一步优化了试验流程，引入了更精确的试验数据处理方法，并强化了与ISO13674-2:2016（转向脉冲试验）的协同性。报告详细解析了标准的主要内容，包括试验车辆的准备、试验设备（如转向机械手、角速度传感器）的精度要求、标准化的正弦摆动转向输入程序，以及关键评价指标如转向盘力矩梯度、转向盘力矩死区、横摆角速度滞后时间等的计算与判定方法。结论部分强调了该标准对于全球汽车制造商统一研发标定、第三方检测机构合规性验证、以及智能驾驶辅助系统（ADAS）横向控制的基准设定具有不可替代的指导意义。展望未来，该标准将为线控转向（Steer-by-Wire）及自动驾驶系统的操纵性能评价奠定技术基础。关键词：道路车辆；中心操纵；摆动试验；转向手感；ISO13674-1；操纵稳定性；侧向动力学；标准修订Keywords:Roadvehicles；On-centrehandling；Weavetest；Steeringfeel；ISO13674-1；Handlingstability；Lateraldynamics；Standardrevision1.引言与背景在汽车工程领域，车辆的操纵稳定性是评价其主动安全性与驾驶品质的核心要素。传统上，机械转向系统及部分早期的电动助力转向系统（EPS）的设计重心多侧重于大侧向加速度下的极限工况响应。然而，随着高速公路巡航里程的增加、驾驶疲劳问题的关注，以及高级驾驶辅助系统（ADAS）对精准横向控制的需求，车辆在直行附近小幅度转向输入下的“中心操纵（On-centrehandling）”特性愈发受到重视。中心操纵状态主要指车辆在侧向加速度约为0.1g至0.3g范围内的驾驶工况，该区间覆盖了驾驶员在高速公路上修正车道、应对侧风以及进行轻微避让操作的大部分场景。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2010年首次发布了ISO13674-1标准，确立了摆动试验作为量化中心区操纵性能的基本方法。2023年，ISO正式发布了该标准的第二版（ISO13674-1:2023），取代了2010版。本次修订是基于全球多家整车厂、零部件供应商及科研机构近十年的应用反馈与技术进步，旨在解决此前版本中关于数据滤波方法、试验车速定义、以及转向输入频率选择等方面的歧义。标准的修订不仅提升了测试的可重复性与再现性，还加强了其与ISO15037-1《道路车辆车辆动力学试验方法第1部分：一般条件》以及ISO13674-2（转向脉冲试验）的兼容性，构建了更为严密的车辆动力学评价体系。根据国际标准化组织第22技术委员会（ISO/TC22）的数据，截至2023年底，该标准已在欧盟、日本、韩国、中国等主要汽车生产国得到了广泛采纳，成为OEM进行底盘开发标定和第三方机构进行型式认证的关键参考依据。本报告旨在系统梳理该标准的立项背景、技术核心及应用价值。2.标准主要内容与技术要求ISO13674-1:2023标准详细规定了摆动试验的完整流程与数据处理要求，其核心在于通过施加特定频率和幅度的正弦转向输入，提取车辆中心区操纵特性的量化指标。2.1试验条件与准备标准首先对试验环境提出严格要求。试验应在干燥、平坦、高附着系数的沥青或混凝土路面上进行。风速要求小于10m/s，且路面坡度不应超过2%。试验车辆必须处于空载至半载状态，轮胎按规定气压充至标准值并进行充分磨合。标准特别强调了试验车辆的预热准备，要求车辆到达试验车间后先进行10分钟左右的预热行驶，确保转向系统、悬挂系统及轮胎达到热稳定状态。此外，所有非必要电子稳定程序（ESC）应设置为标准模式或允许其正常工作，以反映车辆在真实道路环境下的响应特性。2.2试验设备与安装2023版标准对试验设备的精度提出了更严格的要求。标准指定了转向机械手（SteeringMachine）作为首选输入装置，以确保转向盘角度输入的稳定性与重复性，其转角精度要求优于±0.1°。同时，标准强制要求使用高精度角速度陀螺仪（Gyroscope）测量横摆角速度，其更新频率不低于100Hz，漂移率应小于0.1°/s。此外，侧向加速度传感器、车速传感器（通常通过GPS或非接触式光学传感器获取）以及转向盘力矩传感器（通常集成在转向机械手上，精度优于±0.1Nm）构成了完整的测试数据采集系统。设备安装时，传感器必须严格对中，并记录相关的安装误差以便后处理校正。2.3试验程序摆动试验的核心流程保持一致，即驾驶员操作转向机械手，输入一个固定频率（通常为0.2Hz或0.5Hz）的正弦波转向盘转角。转向盘幅值应足够大，以使车辆产生的侧向加速度覆盖0.1g至0.2g范围，但通常不超过0.3g，以确保车辆始终处于线性或弱非线性区域。标准规定，试验车速通常保持在80km/h、100km/h或车辆最高车速的80%中的较高者。每次有效试验需连续进行至少10个完整周期，取稳定后的5-8个周期数据进行处理。2.4关键评价指标引入与定义标准的核心价值在于定义了一套完整的评价指标，用于量化中心区操纵性能：*转向盘力矩梯度（SteeringTorqueGradient）：转向角回正过程中，转向力矩随侧向加速度变化的斜率。该值反映了驾驶员感受到的“手力反馈”的强弱，对于评价高速行驶稳定性至关重要。*转向盘力矩死区（SteeringTorqueDeadband）：转向盘在中心附近位置时，转向力矩不随转向角或侧向加速度发生明显变化的区间。该参数直接影响驾驶员的“中心感”及对小角度输入的响应性。死区大小是评价转向系统模糊感或空行程的重要指标。*横摆角速度滞后时间（YawVelocityTimeDelay）：从转向盘输入开始变化到横摆角速度响应之间的时间延迟。延时代表示车辆对驾驶员转向输入的响应速度，过大的滞后会带来“转向迟钝”的负面主观评价。*转向盘迟滞宽度（SteeringResponsivenessHysteresis）：针对同一侧向加速度值，转向盘力矩在输入（增加）与输出（减小）行程之间的差值。迟滞主要由转向系统的摩擦力引起，其大小直接影响转向的顺滑度和线性感。2.5数据处理与合规性2023版标准引入了更规范的数据后处理方法，明确要求使用零相位数字滤波器（如Butterworth滤波器，截止频率通常为2-5Hz）对原始信号进行预处理，以消除高频噪声但不引入相位延迟。标准还提供了清晰的数据判定准则：例如，当转向盘力矩的迟滞环出现明显的不对称或不规则时，该次试验视为无效。此外，标准特别增加了关于“中心区”定义的数学解释，明确如何通过计算转向力矩与侧向加速度曲线斜率变化来确定。最后，标准提供了详细的测试报告模板，要求记录的试验条件、车辆参数、设备校准证书以及所有原始数据与处理后的数据曲线。3.主要参与单位介绍：ISO/TC22/SC33/WG9本标准由国际标准化组织（ISO）下属的道路车辆技术委员会（ISO/TC22）中的车辆动力学与底盘分技术委员会（SC33）负责，其具体起草工作由第9工作组（WG9）：车辆动力学和操控性工作组承担。该工作组汇集了来自全球汽车行业的顶尖专家。在此，我们重点介绍该标准修订过程中的核心推动单位之一——德国联邦道路研究所（BASt）。德国联邦道路研究所（BASt,德语:BundesanstaltfürStraßenwesen）是隶属于德国联邦交通和数字基础设施部的国家级科研机构，位于贝尔吉施格拉德巴赫。作为欧洲乃至全球车辆安全与道路工程领域的权威机构，BASt在标准制定中扮演着关键技术支撑角色。在ISO13674-1:2023的修订工作中，BASt的车辆动力学专家团队发挥了主导作用：1.试验方法论领导：BASt团队主导了关于数据处理和指标定义的争议性讨论。他们基于长达二十年的“欧洲新评价规程（EuroNCAP）”及德国“道路安全研究所”的实车测试积累，证明了原先2010版标准的某些滤波参数会导致不同测试机构间结果有系统偏差。BASt提出的零相位滤波建议以及针对中心区滞后特性和迟滞宽度的定义，最终被工作组采纳，显著提升了标准的科学严谨性和工程实用性。2.数据比对与验证：BASt利用其国家级测试场（包括高摩擦系数的DUT测试环道），组织了一次涵盖豪华车（如宝马、奔驰）、家用车（如大众、欧宝）及SUV的跨品牌数据比对活动。通过将同一台转向机器人依次安装在不同车辆上进行测试，BASt验证了标准修订草案中关于侧向加速度范围、转向频率以及时间延迟计算方法的可重复性。这一跨品牌、跨场景的数据验证工作，为2023版标准获得广泛共识提供了坚实的实证基础。3.法规衔接与政策支持：BASt的参与不仅局限于技术细节，还在于其作为国家监管机构的角色。该所直接参与了德国《道路交通许可条例》中关于电子稳定程序（ESC）及主动转向干预系统的技术评估。BASt认为，ISO13674-1中规定的中心区摆动测试，不仅是评价传统转向系统的重要工具，更是未来评估线控转向（SBW）和智能转向执行器于主动横向功能（如车道保持辅助）的“黄金标尺”。因此，BASt推动了标准文本中增加关于“系统延迟”在ADAS场景下的注释与说明。4.后续标准化路线图规划：BASt正积极牵头下一阶段的预研工作，计划将ISO13674-1扩展到涵盖“不确定路况（如雪、冰）”以及“载荷变化（如重型卡车）”条件下的中心操纵评价，以增强标准的普适性，助力全球范围内重型商用车及特种车辆的安全标准提升。综上，BASt以其扎实的研究基础、强大的试验数据支撑和深厚的监管政策背景，成为了ISO13674-1:2023标准成功发布的关键保障。4.结论与展望ISO13674-1:2023《道路车辆中心操纵量化的试验方法第1部分：摆动试验》标准，通过对传统2010版标准的系统性修订，确立了当前最权威、最精密的车辙中心区操纵特性量化方法。该标准不仅为全球汽车制造商提供了一套从硬件（转向系统、悬挂）到软件（助力特性、阻尼）的精细化调校准绳，更填补了现有法规中对车辆直行工况下行车安全评价的空白。应用价值：*正向开发：整车厂可利用该标准在研发早期识别转向系统故障，如助力标定不合理导致的死区过大、力矩梯度异常等，从而导向更优的人机工程体验。*竞争力对标：通过标准化试验报告，任何两辆车的中心操纵特性均可进行横向对比，这为车型竞品分析和市场定位提供了客观的数据支持。*ADAS系统基准：该标准产生的测试数据可直接作为车道居中辅助（LCA）等ADAS系统的控制增益和死区设定输入，确保系统在介入时与驾驶员习惯的自然手感相符合，避免突兀感。未来方向：随着汽车电动化与智能化进程的加速，特别是线控转向（Steer-By-Wire,SBW）技术的量产普及，中心操纵特性的定义将从“机械结构+软件补偿”转化为“纯软件定义”的特性。未来的修订版（ISO13674-1:X）极有可能将方向进一步拓展：1.时变特性测试：针对SBW系统可能存在的频率响应延迟、道路摩擦变异性等问题，未来可能要求进行更多的瞬态工况组合测试，例如“正弦叠加随机”或“扫频”激励。2.人机