汽车操纵稳定性道路试验测试方法研究_精品.doc

汽车操纵稳定性道路试验测试方法研究 汽车道路试验是在规则路面输入和典型驾驶输入下对汽车的动力性、制动性、主动安全性和操作稳定性等性能的不解体实车进行测试。汽车道路试验检测技术是推动汽车技术进步的一种极为重要的力法，也是保证产品性能、提高产品质量和市场竞争力的重要手段，随着汽车工业的发展其作用和地位不断提高。因此，如何通过有效的试验方法和检测系统来检测、评价汽车的性能具有重要的意义。 目前，关于汽车道路试验的研究主要可分为两个方向：一是根据汽车道路试验的特点，在提高道路试验的可靠性、测试方法、测试精度等方面做文章，因此催生出了一大批相关的新型传感器和测试方法。二是道路模拟试验技术的发展，在实验室进行道路模拟试验，可以排除气候等因素的影响，大大地缩短试验周期和节约资金，并且试验的可控性好，试验结果的重复性强、精度高，便于对比，可以提高汽车测试效率，具有重要的工程应用价值。本文着重对前者的技术发展状况做一个梳理。 位移、轨迹、速度、加速度和平面运动角速度等是汽车运动性能的主要描述参数，汽车的各种动力性能试验、制动性能试验和操纵稳定性能试验主要是通过对以上参数的时问特性进行测量和分析，以达到性能评价的目的。由于汽车道路试验涉及的内容比较多，这里主要以操纵稳定性为例，结合汽车稳定性控制系统(vehicle stability control system，简称VSC) 对汽车位置姿态测量技术、车轮力测量技术和为解决客观评价引入的汽车道路试验转向机器人技术的国内外研究进展进行阐述。 汽车道路试验特点及测试系统架构 汽车道路试验测试系统为车载,而试验法规要求对汽车进行充分激励才能完成有效测试,故对测试系统的可靠性要求很高。传感器等的安装不能要求改变原车的结构,对传感器的安装位置、体积、质量等提出了更高的要求。另外,汽车信号属于低频信号(通常在25 Hz以下),且由于是短时测量,大多数变量对采样频率、测量精度等要求不高,但各信号采样需有较好的同步性。基于以上特点构建的汽车道路试验测试系统是汽车道路试验的基础,图1所示是汽车道路试验系统的原理图,主要由传感、数据采集、数据记录和分析3部分组成。根据可靠性和具体的测试方法,这3部分或集成在一起,或部分集成。具有CAN节点的车载测试传感器,集成CA节点和数据存储、LCD过程显示等功能的数据采与处理装置是汽车道路试验测试系统的发展方向。 图1 车身运动姿态和质心轨迹的测量 长期以来由于缺乏有效的测试技术手段，汽车做曲线运动的速度难以准确测取 ，汽车质心动态轨迹无法精密测定，以至涉及汽车安全的汽车制动方向稳定性能和高速操纵稳定性试验条件控制困难、测试结果不能全面反映汽车的动态特性 2。 传统的测量方法是： 其中，、———质心在地面固定坐标系中的坐标 、———轨迹起始点坐标 ———车速,汽车质心处速度矢量在地平面上的投影 ———有效试验时间 由上式可以看出,轨迹测量最终归结为车速、质心侧偏角β和汽车方位角ψ的测量问题,而车速和质心侧偏角的测量可具体为汽车纵向速度和侧向速度的测量。通常利用垂直陀螺或汽车操稳性测试仪直接测量得到的横摆角速度,经一次积分得到汽车方位角。汽车纵向速度和侧向速度通常采用双向非接触式光学速度传感器进行直接测量[15],但由于安装位置的影响,需要利用横摆角速度进行补偿。 可以看出，上述测量方法存在以下不足：通过横摆角速度积分得到汽车方位角,积分存在累积误差，且误差发散；忽略了地球自转角速度的影响；对横摆角速度没有进行姿态补偿，测量存在原理性误差，在转向制动等大的激励输入下测量误差较大。 针对传统方法对汽车运动学参数测量的局限性，近年来有许多学者将惯性导航技术和卫星测量技术应用于汽车道路试验测试中,如路面附着系数识别，速度、侧偏角、位置和姿态的精确测量，汽车动力学控制应用，以及测试系统同步机制实现。其中捷联惯性测量系统(strapdown inertial measurement system，简称SIMS)和GPS组合测量汽车轨迹姿态方法有效解决了测量高精度和低成本间的矛盾。利用这种方法可以精确测量得到汽车的轨迹、姿态、质心侧偏角，以及运动坐标系和车体坐标系下的线(加)速度、角速度等重要的运动学参数，成为汽车运动学参数测量方法新的发展方向。 　　差分定位方式(DGPS)就是利用两台GPS接收机来确定待定点在地心坐标中的绝对位置。利用差分技术可以将卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差完全消除，传播延迟误差也可大部分消除，因此该方法的定位精度高目前最好GPS差分定位可达到厘米级的定位精度，因而能够较好的满足汽车性能试验的要求。 测试系统结构如图1所示，由2台VBOXⅢ、1台Vector Crescent、1台便携式计算机和电源等组成。VBOXⅢ是单天线系统,由英国Racelogi