《乘用车正弦停滞稳定性控制仿真验证方法》

乘用车正弦停滞稳定性控制仿真验证方法本文件规定了车辆正弦停滞稳定性控制试验的仿真与实车试验结果对比方法。本文件适用于M1类车辆。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本（包括所有的修改单）适用GB/T3730.2道路车辆质量词汇和代码GB/T12534—1990汽车道路试验方法通则GB/T12549汽车操纵稳定性术语及其定义GB/T15089-2001机动车辆及挂车分类GB21670-2025乘用车制动系统技术要求及试验方法GB/T26987—2011道路车辆路面摩擦系数测定3术语和定义GB/T3730.2、GB/T12549界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1仿真simulation根据车辆系统数学模型中的方程计算车辆运动变量。3.2仿真工具simulationtool仿真运行环境的统称，包含软件、模型、输入数据；采用硬件在环仿真方式时，还需包含对应的3.3电子稳定控制系统electronicstabilitycontrolsystem保持车辆方向稳定和转向响应的控制系统。图1正弦停滞转向试验的转向盘转角输入3.4正弦停滞转向试验sinewithdwelltest指由转向机器人对车辆施加频率为0.7Hz的正弦波转向输入，并在第二个幅值峰值处保持转向角恒定500ms停滞的试验工况（见图1）。3.5正弦停滞转向试验系列sinewithdwelltestseries正弦停滞转向试验（3.4）的一系列试验，其中每次试验的转向盘转角幅值逐渐增加。3.6转向起点beginningofsteerBOS正弦停滞转向试验（3.4）中转向开始的时间。3.7转向终点completionofsteerCOS正弦停滞转向试验（3.4）中转向完成的时间。3.8ESC系统性能标准ESCsystemperformancestandard本文件规定的正弦停滞转向试验系列及ESC系统性能要求（见7)。4通则正弦停滞转向试验系列用于评价装备ESC车辆的动力学响应。在该系列试验中，车辆进行两组如图1所示转向输入试验，其中一组试验的前半循环为逆时针转向，另一组试验的前半循环为顺时针转每次试验中对规定指标按照本文件规定的公差范围，对实测与仿真结果进行对比。5变量从仿真与试验中获取以下变量：——转向盘转角(steering-wheelangle)；——横摆角速度（yawrate——横向加速度(lateralacceleration)。6仿真工具要求6.1一般要求用于预测目标车辆性能的仿真工具，应包含可计算目标变量（见5）的数学模型，以适配待仿真的试验规程。本文件中，该数学模型用于仿真目标ESC性能标准规定的正弦停滞转向试验系列。不同仿真工具从试验获取输入数据的方法可存在差异，但不得为提升仿真与实测结果的相关性而人为篡改输入数据，为适配实际试验条件（如路面附着系数、载荷状态等）而对输入数据进行合理调整的情况除外。6.2质量和惯量数学模型应包含所有质量，如底盘、发动机、载荷、辅助装置等。质量、质心位置以及转动惯量，是本文件所涉及车辆模型的关键参数。对于具有显著扭转弹性特性的车辆，需要考虑弹性变形对质量和惯量特性的影响。6.3轮胎车辆的运动响应主要由轮胎接地印迹处产生的垂向、侧向和纵向轮胎力和轮胎力矩决定，因此轮胎力和力矩计算的准确度决定了对车辆运动预测的准确度。由于轮胎磨损和老化的原因，用于轮胎建模的轮胎力和力矩与实车试验时的轮胎力和力矩会存在一定的差异。尽管很难量化这些差异，但应意识到差异的存在。在本文件所涉及的工况下，车辆可能出现较大的侧偏角和外倾角，ESC的干预可能会产生较大的纵向滑移率。轮胎模型必须覆盖所模拟试验中出现的所有滑移（侧向和纵向）范围、相对地面的倾角以及载荷工况。需特别注意：轮胎在大侧偏角下的侧向力衰减特性，是轮胎试验与建模必须准确反映的关键特征。同时，还需对轮胎侧滑与纵滑耦合作用对力和力矩的影响进行建模。轮胎与路面之间的摩擦系数是正弦停滞仿真极限摩擦工况的关键特性参数。仿真分析采用平整的路面，因此轮胎模型无需具备处理不平路面的能力。如果试验路面具有一定的侧向排水坡度，应体现在仿真工况中。6.4悬架系统悬架特性决定轮胎相对路面的位置、方向和垂向负载，为保证轮胎模型准确地输出轮胎力和力矩，仿真模型应能合理的体现悬架特性。同时悬架特性也决定了轮胎与簧上质量间传递的主/被动力和悬架特性包含由于悬架运动和受力导致的车轮位置和方向变化，可通过悬架的运动学和弹性运动学(K&C)试验测得。模型必须涵盖正弦停滞转向试验中弹簧、压缩与回弹缓冲块的全非线性工作范围，以及由稳定杆和其他侧倾刚度来源产生的附加侧倾力矩。减振器等与速度相关的力对车辆响应影响显著，模型中应覆盖正弦停滞转向试验中悬架压缩与回弹的全部速度范围。6.5转向系统转向系统与悬架系统的共同作用决定了轮胎在地面的运动方向。正弦停滞转向试验用转向机器人进行转向盘控制。模型应包含转向盘转角和车轮转角之间的运动学与弹性运动学特性。如果车辆装备主动转向控制系统，模型应考虑主动控制系统的影响。注：由于是转向机器人负责转向，模型不需要预测本文件中对应的转向盘扭矩。但如果转向机器人的扭矩不足，会导致实际转向位移输入与目标位移不符，会导致仿真与试验结果产生偏差。6.6空气动力学模型应包含80km/h车速下对轮胎载荷和整车阻力影响的空气动力学效应。6.7制动系统车辆制动模型应包含影响ESC干预效果的执行机构及其动态响应特性。准确预测制动力矩与ESC控制指令（包括制动力矩的施加顺序）之间的动态交互，是成功完成正弦停滞转向试验仿真6.8动力系统在本文件正弦停滞工况中，车辆以80km/h的初始车速挂入最高挡位滑行。为复现该工况，模型应包含驱动轮上的拖滞阻力和因ESC干预影响车轮旋转的惯量效应。其他动力系统特性（如发动机功率、节气门动态响应、换挡及离合器特性）在本试验工况的滑行阶段可不作要求；但当底盘控制系统介入时，所有会影响控制逻辑的动力系统特性均应纳入动力系统6.9主动控制系统（ESC系统、主动侧倾控制、力矩矢量控制等）本文件规定的正弦停滞工况下，实车中起作用的所有电子控制系统，均应在仿真模型中予以完整复现。其中，ESC系统模型的准确性对仿真结果的有效性至关重要。物理控制器和机械部件可通过硬件在环方式与仿真车辆模型连接。控制系统模型应包含以下内容：车辆制动模型（见6.7）中未涵盖的执行机构、信号传输延迟、完整控制逻辑。模型中应包含信号质量与时间延迟的传输特性。6.10数据采集从仿真分析中提取的数据应该与从实车试验中提取的数据的传感器位置、方向、数据处理滤波等6.11驾驶员控制仿真工具提供的转向控制应满足正弦停滞转向试验要求。7实车试验7.1环境条件7.1.1环境温度为0℃~45℃。7.1.2对静态稳定系数大于1.25的车辆，最大风速不大于10m/s；对静态稳定系数不大于1.25的车辆，最大风速不大于5m/s。7.2试验路面7.2.1试验应在干燥、均匀、坚实的路面上进行。路面起伏、不平整(例如有下沉现象或有较大裂纹的)，不适合进行试验。7.2.2除特殊说明外，试验路面峰值制动力系数(PBC)应按GB/T26987—2011第6章规定在干路面上测定，其数值应不小于0.9；作为替代，也可按GB21670—2025中6.5.3的方法测定。7.2.3试验路面应为单一坡度且坡度不大于1%。7.3车辆状态7.3.1所有试验都应在ESC正常工作状态下进行。7.3.2车辆处于整车整备质量状态，且内部装载总质量为168kg，包括试验驾驶员、测试设备和必要的配重沙袋。配重沙袋根据试验驾驶员、测试设备的质量与规定的内部装载总质量(168kg)之差确定，通常应放置在前排乘员座椅后部的地板上；必要时，也可放置在前排乘员的脚部区域。所有的配重沙袋都应可靠放置，避免在试验过程中发生移动。根据需要可増做其他载荷工况的试验。7.3.3轮胎气压应为车辆制造商推荐的冷胎充气压力(参见车辆标牌或轮胎充气压力标识)。必要时，可安装内胎以防轮胎脱圈。7.3.4为保证试验安全，可安装防翻架。防翻架应符合下列要求：a）整备质量小于1513kg的车辆装备质量不大于27kg、转动惯量不大于27kg・m²的轻型b）整备质量处于1513kg～2647kg的车辆装备质量不大于32kg、转动惯量不大c）整备质量大于2647kg的车辆装备质量不大于39kg、转动惯量不大于40.7kg・m²的重7.3.5试验车辆应按GB21670—2025第7章的规定对制动器进行磨合。7.4慢增量转向试验7.4.1试验车辆应沿逆时针方向和顺时针方向分别进行一组慢增量转向试验；每组试验由3次重复试验组成，各次试验之间允许的最长间隔时间为5min。试验应在80km/h±2km/h的恒定车速下进行，以13.5°/s的角速度逐渐增加转向盘转角，直至横向加速度达到大约0.5g。7.4.2将试验中车辆产生3.0m/s²的横向加速度时的转向盘转角作为基准转向盘转角，记作“A”（按7.6.4规定方法修正后的值）。采用线性回归法计算每次慢增量转向试验的A值，并圆整至0.1°,取六次慢增量转向试验A值绝对值的平均值并圆整至0.1°,用于正弦停滞转向试验。7.5正弦停滞转向试验7.5.1在7.4.1规定的慢增量转向试验完成后2小时内确定“A”值，并开始第1组正弦停滞转向试验。试验前，不应更换轮胎。7.5.2检查ESC故障信号装置和ESC关闭信号装置(如果装备)没有点亮，以确认ESC工作正常。7.5.3按图1所示进行两组正弦停滞转向试验。其中，一组试验的上半周期按逆时针方向进行，另一组试验的上半周期按顺时针方向进行。在各次试验之间，允许车辆停车冷却1.5min～5min。7.5.4应在80km/h±2km/h车速下、以高挡位滑行状态下开始转向操作。7.5.5每组试验应从转向盘转角幅值为1.5A开始，以0.5A的幅度逐次增加转向盘转角幅值，直至达到7.5.6规定的最后一次试验的转向盘转角幅值。7.5.6如计算得出的6.5A小于等于300°,则每组试验的最后一次试验的转向盘转角幅值为6.5A或270°的较大值；如果其中任何一次试验的转向盘转角幅值(最大为6.5A)大于300°,则每组试验的最后一次试验的转向盘转角幅值为300°。如上述计算得出的最后一次试验的转向盘转角幅值大于转向系统设计的最大可操作转向盘角度，则每组试验的最后一次试验的转向盘转角幅值应大于最大可操作转向盘角度的98%。如在上述计算得出的转向盘转角幅值之前轮胎达到饱和，则发生轮胎饱和的幅值可以用作最后一次试验的转角幅值，但该角度幅值应大于等于6.5A。当下列所有参数达到峰值时（即这些参数在两个连续的0.5A增量之间没有增加），应认为达到了轮胎饱和：a）横向加速度峰值（见7.6.4b）横摆角速度第二峰值（见7.6.9c）转向起点(BOS)后1.07s的横向位移(DL)（见7.6.10）。不要求这些峰值出现在同一7.5.7两组试验完成后，按7.6对横摆角速度和横向加速度数据进行后期处理。7.6数据处理7.6.1横摆角速度和横向位移的测量和计算应采用7.6.2～7.6.9规定的方法处理。7.6.2转向盘转角原始数据应采用12极无阶巴特沃斯滤波器过滤，截止频率为10Hz。滤波数据置零，利用静态预试验数据去除传感器偏移量。7.6.3横摆角速度原始数据应采用12极无阶巴特沃斯滤波器过滤，截止频率为6Hz。滤波数据置零，利用静态预试验数据去除传感器偏移量。7.6.4横向加速度原始数据应采用12极无阶巴特沃斯滤波器过滤，截止频率为6Hz。滤波数据置零，利用静态预试验数据去除传感器偏移量。消除车身侧倾和传感器安装位置偏差的影响后，确定车辆质心处的横向加速度数据。采集横向加速度的数据时，传感器应尽可能靠近车辆的纵向和横向质心7.6.5用滤波后的转向盘转角数据求导数确定转向盘转速。然后，用0.1s的移动平均法对转向盘转速数据进行滤波。7.6.6通过定义“零点范围”确定横向加速度、横摆角速度和转向盘转角数据通道的零点。采用7.10.5规定的方法计算转向盘转速数据，以此确定转向盘转速首次超过75°/s的时刻。从这一时刻起，使转向盘转速保持在75°/s以上至少200ms。如果转向盘转速不能在75°/s以上保持至少200ms，则应重新确定转向盘转速超过75°/s的时刻，并且检查其持续时间是否达到200ms直至到两个条件都满足。“零点范围”定义为转向盘转速超过75°/s的时刻前1s。其中，转向盘转速超过75°/s的7.6.7将滤波并归零后的转向盘转角数据在“零点范围”结束后首次达到-5°（转向盘转角输入为逆时针）或5°（转向盘转角为顺时针）的时刻定义为转向起点(BOS)。转向起点(BOS)的时间值是以内插值法确定的。7.6.8将正弦停滞转向操作结束后、转向盘转角回到零点的时刻定义为转向终点(COS)。转向盘转角回到零点的时间值是以内插值法确定的。7.6.9将由转向盘反向旋转产生的第1个横摆角速度区间峰值定义为横摆角速度的第2个峰值。在转向终点(COS)后1.000s、1.750s的横摆角速度值是以内插值法确定的。7.6.10通过对修正、滤波并归零的横向加速度数据积分确定横向速度值。将转向起点(BOS)的横向速度归零。通过对归零的横向速度积分确定横向位移(DL)。将转向起点(BOS)的横向位移(DL)归零。以内插值法确定转向起点(BOS)后1.07s的横向位移(DL)。7.7性能要求7.7.1一般要求在ESC工作状态下，按7规定的试验条件和7.5.3～7.5.7规定的试验规程进行试验，车辆应满足7.7.2规定的方向稳定性要求；并且，在每次试验中，当输入转向盘转角达到5A(A为基准转向盘转角，由7.4试验确定)及以上但不大于7.5.6规定的限值时，还应满足7.7.3的响应特性要7.7.2方向稳定性方向稳定性按以下要求判断：a）正弦停滞转向输入完成后1s(图2中TO+1)测得的横摆角速度不应超过转向盘转角方向改变后(在第1个峰值和第2个峰值之间)记录的第一个横摆角速度峰值(图2中b）正弦停滞转向输入完成后1.75s(图2中TO+1.75)测得的横摆角速度不应超过本次试验中转向盘转角方向改变后(在第1个峰值和第2个峰值之间)记录的第一个峰值(图2中的7.7.3响应特性在转向起点(BOS)后1.07s时，最大设计总质量不大于3500kg的车辆质心相对于其初始直线行驶轨迹的横向位移(DL)不小于1.83m；最大设计总质量大于3500kg的车辆质心相对其初始直线行驶轨迹的横向位移(DL)不小于1.52m。转向起点(BOS)的确定方法见7.6.7，横向位移处理方法见7.6.10。图2正弦停滞转向试验横摆角速度与转向盘转角输入信息Y1——转向盘转角Y2——横摆角速度TB——转向起点（BOS）TO——转向终点（COS）TB+TC——横摆角速度过零点8仿真8.1一般要求仿真工具应当按照与试验方法相同的控制参数进行正弦停滞仿真。8.2仿真转向盘转角控制使用与实车试验相同的转向盘转角输入进行仿真。转向盘转角幅值A可以从实车试验结果或仿真中获得。无论使用哪种方式，都应采用7.4中描述的相同的转角A。8.3正弦停滞转向试验仿真按7.5.3～7.5.7规定的试验规程进行正弦停滞转向试验仿真。8.4数据处理8.4.1滤波与信号调理时域信号应当使用与7.6实测信号相同的滤波方法。8.4.2横向位移仿真数据应使用与试验相同（见7.6.10）的横向位移计算方法。9仿真与实车试验结果对比9.1正弦停滞仿真指标评价9.1.1一般要求本文件提供的对比方法可将验证范围扩展至正弦停滞转向试验中所有瞬态响应特性，基于仿真和实车试验记录的变量值进行比较。9.1.2首次发生ESC干预的试验编号实车试验两组正弦停滞转向试验系列中ESC首次干预发生的试验编号，应与仿真系列中对应ESC首次干预发生的试验编号一致，误差允许±1个试验编号。注：导致ESC干预的原因对于不完全可重复的试验条件（速度、振动、风力等）非常敏感，因此干预首次发生的编号可能在重复试验中有所不同。仿真与实车试验的一致性不会比重复实车试验的一致性好，因此在仿真和实车系列试验中，首次发生ESC干预的试验编号可能会有所不同。9.1.3比较试验9.1.3.1一般要求两组试验中对每一组试验方向选取9.1.3.2~9.1.3.4三次试验轮次仿真结果和实车试验结果进行9.1.3.2无ESC干预的末次试验在仿真和实车试验系列中，将ESC干预出现的前一次试验指标进行比较。例如，在实车试验中首次干预出现在第四次逆时针转向试验，而在仿真中首次干预出现在第五次运行仿真时，那么应该比较每个系列试验中第三次的指标。9.1.3.3有ESC干预的首次试验在仿真和实车试验系列中，将ESC干预出现后的第一次试验指标进行比较。例如在实车试验中首次干预出现在第四次逆时针转向试验，而在仿真中首次干预出现在第五次运行仿真时，那么应该比较每个系列试验中第五次的指标。9.1.3.4末次试验在仿真和实车试验系列中，将最后一次试验指标进行比较。9.1.4指标定义和公差9.1.4.1一般要求仿真试验与实车试验的对应指标差值，应按本文件表1规定的公差进行符合性判定。表中所列指标的定义见后续条款。表1实车试验和仿真指标之间允许的公差指标试验轮次允许公差横摆角速度第一峰值（图2中的第一个最大峰值r1）无ESC干预的末次试验有ESC干预的首次试验末次试验横摆角