ISO 41382021 乘用车.稳态循环驾驶性能.开环试验方法标准立项发展报告

乘用车稳态循环驾驶性能开环试验方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PassengerCars—Steady-stateCircularDrivingBehaviour—Open-loopTestMethods摘要关键词：乘用车；稳态循环驾驶；开环试验；操纵稳定性；国际标准；车辆动力学；试验方法Keywords:Passengercars;Steady-statecirculardriving;Open-looptest;Handlingstability;Internationalstandard;Vehicledynamics;Testmethod1引言1.1标准立项背景车辆操纵稳定性是汽车主动安全性能的核心组成部分，直接决定了车辆在转向输入下的响应品质与行驶轨迹保持能力。在汽车产品研发与认证过程中，稳态转向特性试验是最基本、最不可缺少的评价项目之一。自20世纪中叶以来，国际汽车工程界围绕车辆稳态转向特性建立了系统的理论体系与试验方法，其中ISO4138标准的制定与持续修订贯穿了这一技术演进的全过程。1.2标准修订的必要性近年来，全球汽车技术正经历深刻变革。一方面，新能源汽车的快速普及使得整车质量分布、轮胎特性及底盘结构发生了显著变化；另一方面，线控转向、主动悬架、扭矩矢量分配等先进底盘控制技术的应用，使车辆稳态响应特性呈现出更加复杂的非线性特征。与此同时，智能驾驶技术的商业化落地对车辆底层动力学控制提出了更高的精度要求。在此背景下，ISO/TC22/SC33（道路车辆车辆动力学与底盘部件分技术委员会）于2017年正式启动ISO4138的修订工作，旨在适应当前技术发展需求，完善试验方法与数据处理规范。1.3编制原则与工作过程ISO4138:2021的修订遵循以下原则：一是保持标准的连续性和兼容性，确保新旧版本之间的平滑过渡；二是引入最新的试验技术与数据处理方法，提升试验结果的准确性和可比性；三是充分考虑不同国家和地区在试验条件、设备配置及法规要求方面的差异，增强标准的普适性和可操作性。修订工作历时四年，先后经历了WD（工作草案）、CD（委员会草案）、DIS（国际标准草案）、FDIS（最终国际标准草案）等阶段，期间广泛征求了各成员体、汽车制造商、零部件供应商及科研机构的意见，最终于2021年9月完成发布。2标准范围与规范性引用文件2.1标准适用范围ISO4138:2021规定了乘用车稳态循环驾驶性能的开环试验方法，适用于GB/T3730.1定义的M1类车辆，即包括驾驶员座位在内座位数不超过九座的载客车辆。该标准涵盖了定半径、定车速和变车速三种基本开环试验工况，用于测定车辆在稳态转向条件下的行驶性能特性，包括转向角、转向力矩、侧向加速度、横摆角速度、车身侧倾角等关键动力学参数。标准同时给出了试验数据处理、结果表达及精度要求等方面的技术规范。值得注意的是，本标准所述“开环试验”是指驾驶员的转向输入为预先确定的函数指令，不依赖车辆实际行驶状态进行闭环修正的试验方式。开环试验方法能够有效排除驾驶员主观因素和闭环控制策略对试验结果的影响，从而更加客观、准确地反映车辆本身的稳态动力学特性。2.2规范性引用文件ISO4138:2021在技术内容上与其他多项国际标准存在引用关系，主要包括：-ISO8855：道路车辆车辆动力学和行驶能力词汇，规定了车辆动力学领域的基本术语定义，为本标准中涉及的侧向加速度、横摆角速度、侧偏角等术语提供了统一的定义基础。-ISO15037-1：道路车辆车辆动力学试验方法第1部分：乘用车的一般试验条件，规定了试验路面、环境条件、车辆准备状态等通用要求。-ISO9816：乘用车车辆功率要求稳态圆周试验方法，提供了稳态圆周试验的功率测量与计算方法。-ISO19364：道路车辆车辆动力学试验方法稳态圆周试验程序，详细规定了稳态圆周试验的具体操作流程。上述标准的协调使用确保了ISO4138:2021与ISO框架下其他车辆动力学标准的技术一致性。3术语和定义ISO4138:2021在ISO8855的基础上，对以下关键术语进行了明确定义：（1）稳态循环驾驶（steady-statecirculardriving）：车辆以恒定车速沿固定半径圆周行驶，或车速与转向角保持恒定比例关系，使车辆运动状态参数不随时间发生显著变化的行驶状态。（2）开环试验（open-looptest）：试验过程中，驾驶员的转向盘输入按照预设的函数关系施加，不依据车辆实际响应进行修正的试验方法。（3）侧向加速度（lateralacceleration）：车辆质心处沿车辆坐标系Y轴方向（垂直于纵向对称面）的加速度分量，通常以重力加速度g的倍数表示，是评价车辆转弯能力的重要指标。（4）不足转向（understeer）：车辆在稳态转弯过程中，实际行驶轨迹的曲率半径大于转向盘输入所对应的理论曲率半径的特性，表现为需要驾驶员增大转向角才能维持预定转弯半径。（5）过度转向（oversteer）：车辆在稳态转弯过程中，实际行驶轨迹的曲率半径小于转向盘输入所对应的理论曲率半径的特性，表现为车辆趋向于向弯道内侧“收拢”，可能引发车辆失稳。（6）特征车速（characteristicspeed）：在不足转向车辆中，当转向角增量达到最大值时所对应的车速值，是评价不足转向程度的重要参数。4试验条件与准备4.1试验车辆准备标准对试验车辆的准备工作提出了详细要求。试验车辆应按照制造商规定进行磨合，轮胎气压应调整至制造商规定的冷态气压值，胎面花纹深度不应低于新胎的50%。车辆载荷状态应涵盖整车整备质量及试验质量（整备质量加驾驶员与仪器设备质量）两种工况，如有需要可增加满载工况。车辆前束、外倾角、主销后倾角等车轮定位参数应在制造商规定范围内。此外，车辆应安装必要的测量仪器，包括但不限于侧向加速度传感器、横摆角速度传感器、转向盘转角传感器、转向力矩传感器及车速测量装置。4.2试验场地与环境条件试验应在平坦、干燥、附着良好的沥青或混凝土路面上进行，路面纵向坡度不大于2%，横向坡度不大于3%。试验场地的有效可用面积应满足车辆在最大试验车速下安全完成稳态圆周行驶的需求，一般建议圆周直径不小于40m。环境风速不应大于10m/s，试验时路面温度宜在5℃至40℃之间，避免雨雪、积水等不利气象条件对试验结果的影响。5试验方法与程序5.1定半径试验定半径试验是ISO4138:2021的核心试验方法之一。试验时，车辆沿固定半径（通常为30m、50m或100m）的圆周行驶，逐步增加车速，使侧向加速度从较低值（约1m/s²）匀速增加至接近轮胎附着极限（一般不超过8m/s²），在此过程中连续记录转向盘转角、转向力矩及车辆运动状态参数。根据试验结果的表达方式，定半径试验又可分为以下两种方法：-方法A（转向角-侧向加速度关系法）：以侧向加速度为横坐标、转向盘转角为纵坐标绘制关系曲线，通过曲线斜率的变化评价车辆的不足/过度转向特性。当曲线斜率大于零时，表明车辆呈不足转向特性；斜率小于零区间则表征过度转向。-方法B（转向角-车速关系法）：以车速为横坐标、转向盘转角为纵坐标绘制关系曲线，用于确定特征车速或临界车速。5.2定车速试验定车速试验是指车辆在恒定车速条件下，以缓慢匀速的方式增大转向盘转角，使车辆从直线行驶状态逐渐过渡到稳态圆周行驶状态。该方法主要适用于评价车辆在特定车速下的转向响应增益和线性度。试验通常选取多个特征车速（如40km/h、60km/h、80km/h、100km/h等）分别进行。5.3变车速试验在变车速试验中，车辆沿着固定半径的圆周行驶，同时以较低的纵向加速度（一般不超过1.5m/s²）均匀加速，从而获得连续的侧向加速度-转向角关系数据。该方法比定半径多点离散试验效率更高，能够在较短时间内获得完整的稳态转向特性曲线，但要求试验驾驶员具备较高的操作技能以确保车速变化均匀、方向控制稳定。6数据处理与结果表达ISO4138:2021对试验数据的处理与分析提出了系统要求。所有原始信号应进行低通滤波处理，截止频率一般为2Hz至5Hz，以消除高频噪声干扰。稳态判定条件为：在至少1s的时间窗口内，侧向加速度的变化率不超过0.05m/s²/s，车速变化率不超过0.5km/h/s。标准规定了统一的参数表达方式，包括：-转向盘转角相对于侧向加速度的关系曲线；-不足转向梯度（以deg/g为单位），即转向盘转角对侧向加速度的导数在给定侧向加速度处的值；-转向灵敏度（转向盘转角增益）；-车身侧倾角相对于侧向加速度的关系曲线；-横摆角速度增益相对于车速的变化曲线。试验结果应以规定的格式进行记录和报告，包括试验条件（水温、油温、环境温度等）、车辆状态、测试数据及处理结果。在试验精度方面，标准要求侧向加速度测量精度不低于±0.05m/s²，转向盘转角精度不低于±0.1°，车速精度不低于±0.5km/h。7标准修订的主要技术变化与前一版本ISO4138:2012相比，ISO4138:2021在以下方面进行了重要技术调整：（1）增加了对车辆稳定控制系统的处理要求。考虑到电子稳定控制（ESC）等主动安全系统在量产车上的广泛装车，新标准明确规定，在进行稳态循环试验时应记录并说明车辆稳定控制系统的状态（开启/关闭），并建议在条件允许的情况下分别进行系统开启和关闭状态的对比试验，以评价主动安全系统对车辆稳态特性的影响。（2）引入了更高精度的数据采集要求。新版本进一步细化了传感器精度、采样频率（建议不低于100Hz）、滤波方法等技术参数，确保不同实验室之间的测试结果具有良好的复现性。（3）扩展了试验结果的可比性。增加了对转向力矩梯度、横摆角速度响应等参数的表达建议，为整车企业与零部件供应商提供了更丰富的车辆调校参考指标。（4）更新了规范性引用文件。新版本引用了ISO19364等最新国际标准，确保了与ISO框架下其他车辆动力学标准之间的协调一致性。8主要参与单位介绍8.1ISO/TC22/SC33车辆动力学与底盘部件分技术委员会ISO4138:2021由国际标准化组织下设的道路车辆技术委员会（ISO/TC22）中的车辆动力学与底盘部件分技术委员会（SC33）负责制定和修订。ISO/TC22成立于1947年，是ISO体系中负责道路车辆标准制定的重要技术委员会之一，其工作范围涵盖乘用车、商用车、摩托车及挂车的整车性能、安全、环保、电子电气及试验方法等领域。目前，ISO/TC22下设多个分技术委员会（SC），其中SC33专门负责车辆动力学、轮胎力学、底盘部件及其试验方法的相关标准制定工作。SC33分技术委员会汇聚了来自全球主要汽车生产国（德国、日本、美国、法国、中国等）的标准化专家、整车企业技术骨干、零部件供应商代表及高校和科研机构的学者。委员会下设多个工作组（WG），其中负责稳态循环驾驶试验方法修订的工作组（WG2操纵稳定性）由德国和日本专家联合牵头，吸纳了中国、美国、瑞典等国专家深度参与。中国作为ISO的常任理事国，由中国汽车技术研究中心有限公司（CATARC）代表中国参与SC33的标准化工作。8.2中国主要参与单位——中国汽车技术研究中心有限公司中国汽车技术研究中心有限公司（简称“中汽中心”，CATARC）成立于1985年，是国务院国资委直属的中央企业，总部位于天津市，是中国汽车行业权威的综合性技术服务机构。中汽中心是ISO/TC22国内技术对口单位，负责组织中国汽车行业参与ISO国际标准的制修订工作，同时在车辆动力学与操纵稳定性试验技术领域有着深厚的研究积累。中汽中心拥有国内领先的汽车试验场地和实验室资源，其位于天津的整车试验场建有专业的稳态圆周试验场地、动态广场及多种特征路面，能够满足ISO4138标准规定的各项试验条件。中心的操纵稳定性试验团队长期从事车辆动力学性能测试与评价研究工作，先后承担了多项国家科技支撑计划及重点研发计划项目，建立了完善的乘用车操纵稳定性试验评价体系。在ISO4138:2021的修订过程中，中汽中心专家全程深度参与，结合中国汽车产业的实际需求和技术积累，在试验数据处理方法、稳定控制系统处理策略及试验精度要求等方面提出了多项建设性意见，为标准的技术完善作出了积极贡献。9标准应用现状与展望9.1国际应用情况ISO4138作为车辆操纵稳定性领域的基础性国际标准，被全球主要汽车生产国广泛采用。欧盟的整车型式认证体系中，稳态转向特性评价是车辆主动安全型式认证的必检项目之一，其试验方法直接引用了ISO4138的技术内容。日本、韩国、美国等国家的汽车工程学会也分别将该标准转化为相应的行业标准或推荐性技术文件。在国际汽车制造商组织（OICA）的技术协调框架下，ISO4138已成为全球范围内车辆稳态转向特性评价的事实上的通用语言。9.2中国转化应用情况在中国，ISO4138标准的国内转化工作由中国汽车技术研究中心有限公司负责组织。我国现行的GB/T12540《汽车操纵稳定性试验方法稳态回转试验》等国家标准在技术内容上与ISO4138保持了较高的一致性。随着中国汽车产业国际化进程的加快，中国品牌乘用车出口量持续增长，国内整车企业在产品开发过程中已普遍采用ISO4138作为车辆性能对标和品质验证的重要技术依据。9.3未来发展趋势随着汽车技术的持续演进，ISO4138标准的未来发展面临新的机遇与挑战：（1）智能驾驶对试验方法提出新需求。自动驾驶汽车在正常行驶工况下的转向控制由自动驾驶系统完成，传统的人工驾驶开环试验方法难以直接应用于智能驾驶车辆的稳态性能评价。未来标准可能需要增加机器驾驶或虚拟仿真验证的技术接口。（2）底盘域集中控制对评价体系的影响。随着域控制器和软件定义汽车理念的普及，车辆的稳态转向特性不再仅仅取决于机械结构参数，而是由底盘控制算法动态决定。如何通过标准化的开环试验实现对软件定义底盘性能的客观评价，是标准制定面临的前沿课题。（3）测试效率与数据融合。基于GPS/INS高精度组合定位系统的连续测量技术、车载总线数据的实时采集技术以及大数据分析方法的进步，为提升稳态试验的效率和精度提供了新的技术手段。10结论ISO4138:2021《乘用车稳态循环驾驶性能开环试验方法》是车辆操纵稳定性领域的基础性国际标准，为全球乘用车稳态转向特性的测试与评价提供了统一的技术规范。该标准的发布实施，不仅为汽车产品研发、性能对标和质量认证提供了科学的技术依据，也为智能驾驶时代车辆动力学评价体系的迭代升级奠定了重要基础。参考文献[1]ISO4138:2021,Passengercars—Steady-statecirculardrivingbehaviour—Open-looptestmethods[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2021.[2]ISO8855,Roadvehicles—Vehicledynamicsandroad-holdingability—Vocabulary[S].Geneva:Interna