CN104062130A - 一种车辆操纵稳定性测试***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆操纵稳定性测试***及方法，测试***包括检测组件、数据采集器、以及数据处理器，检测组件将检测数据传递至数据采集器，数据采集器与数据处理器连接，检测组件包括分别与数据采集器信号连接的速度传感器、高度传感器、踏板力传感器、测力方向盘及用于检测汽车惯性的测试单元；数据处理器连接车载显示器；数据采集器、数模转换芯片、以及数据处理器连接配电盒。本发明的有益效果为：本发明无需改变车辆的机械结构，不影响汽车的正常运行，实现了车辆操纵稳定性的实时动态测量，本发明不仅适用于小型车辆，而且适用于各种半挂或全挂汽车列车，通过本发明可以准确测试车辆在高速大转向时的行驶稳定性，有效降低车辆失稳概率。

Description

一种车辆操纵稳定性测试***及方法

技术领域

本发明涉及汽车测试技术领域，具体而言，涉及一种车辆操纵稳定性测试***及方法。

背景技术

随着现代汽车技术的发展，对汽车动力性和操纵稳定性能要求越来越高，同时经济性也是汽车的一项重要技术指标。

为了检测汽车的行驶稳定性，在每次整车实验前都需要进行汽车沿直线行驶时操纵稳定性的测试，以确定汽车是否符合实验要求，如果汽车沿直线行驶时的跑偏现象严重的话，会影响实验的数据的准确性，并且在汽车出厂家也需要对汽车进行直线行驶稳定性测试，避免跑偏严重的汽车流入市场影响人们的安全，所以汽车直线行驶操纵稳定性测试是十分重要的。汽车操纵稳定性是在指驾驶员不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能够抵抗干扰而保持稳定性行驶的能力，操纵稳定性测试评价***主要用于测试车辆装备对操作者输入的响应，并对汽车的操纵稳定性进行全面评价。

例如半挂汽车列车而言，其具有运输效率高、吨公里油耗低、能够实现门对门运输等优点，在国内，随着物流业的不断发展和高速公路网的形成，半挂汽车列车也日益成为公路运输的主力，半挂汽车列车与单体载货车相比，由于半挂汽车列车存在牵引车和半挂车的耦合带来的附加自由度，其横向刚度较弱，更容易出现横向失稳（折叠、甩尾、横向摆振、侧翻）现象，而且半挂汽车列车装载量大、体积大、车速高、惯性大，所以一旦发生失稳状况，很容易波及到路上行驶的其它车辆，造成严重的连环恶***通事故，对人们的生命和财产安全影响很大，严重影响交通运输效率，甚至会造成巨大的经济损失和人员伤亡，因此，对于类似于半挂汽车列车而言，汽车的操纵稳定性测试尤为重要。

目前，市场上虽然已有本类的车辆操纵稳定性测试的设备，但其价格昂贵，属于专用设备，而且兼容性差，存在体积大、价格高、安装不方便等缺点，影响其市场普及性和实用性，另外对于半挂或全挂汽车列车而言，目前还没有对于此类列车专用的操纵稳定性测试的***，因此，对于该行业而言，急需一种即能测试小型汽车或整车又能测试半挂或全挂汽车列车的车辆操纵稳定性测试***。

发明内容

为解决现有的车辆操纵稳定性测试***存在的价格昂贵、兼容性差、体积大、价格高、安装不方便等缺陷，本发明的目的在于提供一种车辆操纵稳定性测试***及方法。

为达到上述目的，本发明实施例中提供了一种车辆操纵稳定性测试***，包括检测组件、数据采集器、以及数据处理器，检测组件将检测数据传递至数据采集器，数据采集器与数据处理器连接，其中：

检测组件包括分别与数据采集器信号连接的速度传感器、高度传感器、踏板力传感器、测力方向盘以及用于检测汽车惯性的测试单元；

数据处理器连接车载显示器；

数据采集器、数模转换芯片、以及数据处理器连接配电盒。

本发明结构简单，操作方便，通过检测组件的速度传感器、高度传感器、踏板力传感器、测力方向盘以及测试单元分别对汽车的速度、高度、踏板力性能、方向盘性能以及惯性性能等车辆数据进行检测，并将检测的车辆数据传递至数据采集器，数据采集器将采集的车辆数据传递至数据处理器，数据处理器将对检测的车辆数据进行检测和判定。数据处理器处理后的数据将传输至车载显示器，车载显示器上将得到汽车操纵稳定性能稳态和瞬态响应特性曲线，更加直观，测试方便，车载显示器用吸盘固定在副驾驶前挡风玻璃上。测试***中的数据采集器、检测组件、以及数据处理器等都需要单独供电，本发明提供了安全保护功能的多路供电的配电盒，可以同时供数据采集器、检测组件、数据处理器同时使用，提高了测试***正常工作的可靠性，更加便于操作，实用性强。

进一步的，测试单元包括安装在车辆质心位置的陀螺仪，陀螺仪与数据采集器连接。本技术方案中，陀螺仪通过夹具固定在被测车辆的质心位置，陀螺仪用于检测车辆的三个方向（三坐标）的三个角度、三个角速度、以及三个加速度等惯性参数，并将惯性参数传递至数据采集器，具体使用时，小型汽车或整体车时均将陀螺仪安装在车辆的质心位置，这样仅适用于陀螺仪就可以完成角度、加速度、角度的测量，若为半挂或全挂车辆，则将陀螺仪固定在第一节车体的质心位置，四个高度传感器安装在第二节车体的前、后、左、右四个角处，如图2所示，陀螺仪用于测试第一节车体的惯性参数，四个高度传感器用于测试第二节车体的惯性参数，陀螺仪和高度传感器配合使用，并将惯性参数传递至数据采集器分别进行处理，选用其中陀螺仪和高度传感器中较大的参数作为测试结果，该结构设计解决了现有产品只用第一节车体的惯性参数作为半挂或全挂车辆操纵稳定性的测试导致测试结果不全面、不准确等缺陷，本发明实用性强。

进一步的测力方向盘、陀螺仪及高度传感器均连接与其配合使用的二次仪表，测力方向盘、陀螺仪及高度传感器均通过二次仪表与数据采集器连接。

进一步的，数据采集器内安装用于检测汽车行驶轨迹的GPS传感器。本技术方案中，数据采集器在对数据采集的同时，GPS传感器对车辆行驶轨迹进行检测和记录，安装时，GPS位于数据采集器内，其天线放置在被测车辆顶部外侧，便于接收卫星信号。

进一步的，检测组件还包括用于检测汽车转向轮振动加速度信号的加速度传感器和用于检测汽车发动机噪音信号的声传感器，加速度传感器和声传感器均与数据采集器连接。本技术方案中，加速度传感器用于在转向回正性能试验或转向轻便性试验中检测汽车转向轮振动加速度信号，使用方便，操作简单；另外声传感器用于检测汽车行驶时，发动机噪音信号，实用性强。

进一步的，该测试***还包括安装在座椅后背上且用于现场录像的摄像头，摄像头与车载显示器连接。本技术方案中，进一步可以在汽车座椅的靠背上固定摄像头，并使用摄像头记录车辆行驶现场，增加了该***测试的多功能性。

本发明还提供了一种汽车操纵稳定性测试方法，包括如下步骤：

S1驾驶者对被测车辆作出响应，被测车辆进行试验测试；

S2检测组件实时检测被测车辆在试验测试中的车辆数据，并将车辆数据传输至数据采集器；

S3数据采集器将采集后的车辆数据传递至数据处理器，数据处理器对车辆数据进行处理并判断车辆的稳定性，同时将检测的车辆数据传递至车载显示器。

本发明所提供的测试方法操作简单，使用方便，无需改进现有车辆的机械结构，通过本方法进行检测，精确度高，实现了车辆稳定性的实时动态测量，该测试***不仅适用于小型车辆，而且适用于各种半挂车汽车列车，提高了半挂汽车列车在高速大转向时的行驶稳定性，可有效降低失稳概率，避免严重交通事故的发生。

进一步的，试验测试至少为蛇形试验/转向瞬态响应试验/转向回正性能试验/转向轻便性试验/稳态回转试验中的一种。本技术方案中通过上述试验，对车辆运行时的性能进行测试，汽车在检测时，需要完成上述至少一种试验，通过上述试验通过感应器或测试平台得到相对应的车辆数据，转向瞬态响应试验包括转向盘转角阶跃输入和转向盘转角脉冲输入。

本技术方案中，操纵稳定性试验测试，理论性强，技术含量高，操作简单，便于使用。在实际操作使用时，有以下三个显著特点：通过现有的常见设备完成不同的车辆数据的检测；另外该稳定性测试方法每次试验的测试项目和试验次数多，测试全面精确，如蛇形试验要测10次，每项试验还包括各个小的评价指标，共30多个测试参数和13个评价参数；另外通过数据处理器对数据进行处理，使用方便，操作简单，试验要完成30多项数据处理，测试全面、精确。

进一步的，车辆数据至少为以下数据参数中的一种：

速度：车辆前进速度/前进加速度；

高度：车体相对于地面的高度变化；

踏板力性能：配合车辆速度测量踏板力性能；

方向盘性能：测量转向盘转向力矩/转向盘转向角/转向盘转向角速度；

惯性性能：测量车辆水平方向、竖直方向的偏移角度/加速度/角速度；

声音：发动机噪音信号；

位移：车辆行驶轨迹。

本技术方案中，本发明可完成车辆速度、高度、塔板力性能、方向盘性能、惯性性能（质心位置的三个坐标）、声音、位移等，做到对车辆全方面的测试，测试精确，提高了车辆的行驶、转弯、加速、滑行等行驶时的稳定性，可有效降低车辆失稳概率，避免严重交通事故的发生，实用性强。

本发明的有益效果为：本发明测试准确性高、实用性强，安装简单，避免了改变车辆的机械结构，不影响汽车的正常运行，实现了车辆稳定性的实时动态测量，该测试***不仅适用于小型车辆，而且适用于各种半挂车汽车列车，通过该操纵稳定性测试***可以准确测试半挂汽车列车在高速大转向时的行驶稳定性，有效降低失稳概率，避免严重交通事故的发生，测试精确，通过显示器可以直接的观测到测试结构，实用性强，使这些参数测试的试验工作量及测试成本大大降低，节省了工作人员的工作时间。

附图说明

图1为本发明实施例所述的一种车辆操纵稳定性测试***的结构图；

图2为本发明实施例所述的一种车辆操纵稳定性测试***的安装示意图；

图3为本发明实施例所述的一种汽车操纵稳定性测试方法的操作流程图。

图中，

1、检测组件；2、数据采集器；3、配电盒；4、数据处理器；5、速度传感器；6、高度传感器；7、踏板力传感器；8、测力方向盘；9、测试单元；10、车载显示器；11、摄像头。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

如图1-2所示，本发明实施例所述的一种车辆操纵稳定性测试***，包括检测组件1、数据采集器2、以及数据处理器4，检测组件将检测数据传递至数据采集器，数据采集器与数据处理器连接，其中：

检测组件包括分别与数据采集器信号连接的速度传感器5、高度传感器6、踏板力传感器7、测力方向盘8以及用于检测汽车惯性的测试单元9；

数据处理器连接车载显示器10；

数据采集器、数模转换芯片、以及数据处理器连接配电盒3。

车辆操纵稳定性测试***结构简单，操作方便，通过检测组件的速度传感器、高度传感器、踏板力传感器、测力方向盘以及测试单元分别对汽车的速度、高度、踏板力性能、方向盘性能以及惯性性能等车辆数据进行检测，并将检测的车辆数据传递至数据采集器，数据采集器将采集的车辆数据传递至数据处理器，数据处理器将对检测的车辆数据进行检测和判定。数据处理器利用本行业中公知的DEWESOft-独立型多功能汽车测试***进行测试，此处不再详细阐述，通过本发明提供的测试***利用该DEWESOft可以得到的汽车操纵稳定性能稳态和瞬态响应特性曲线并显示在车载显示器上，更能直观的参看测试结构，使用方便操作简单。

另外测试***中的数据采集器、检测组件、以及数据处理器等都需要单独供电，本发明提供了安全保护功能的多路供电的配电盒，可以同时供数据采集器、检测组件、数据处理器同时使用，提高了测试***正常工作的可靠性，更加便于操作，实用性强。

进一步的，测试单元包括安装在车辆质心位置的陀螺仪，陀螺仪与数据采集器连接。

如图2所示，具体使用时，本发明不仅适用于小型汽车或整车，而且还适用于半挂或全挂车列车的操纵稳定性测试，对于小型汽车或整车，仅通过陀螺仪进行测试，将陀螺仪安装在车辆的质心位置，这样仅通过陀螺仪即可完成角度、加速度、角速度的测量，此时对于小型汽车或整车而言，则不需要使用高度传感器，测量更加方便；对于半挂或全挂汽车列车而言，由于该类型的车辆存在第二节车体，第一节车体与第二节车体的耦合带来的附加自由度，其横向刚度较弱，更容易出现横向失稳（折叠、甩尾、横向摆振、侧翻）现象，而且半挂或全挂汽车列车装载量大、体积大、车速高、惯性大，所以但一旦发生失稳状况，很容易波及到路上行驶的其他车辆，造成严重的连环恶***通事故，对于人们的生命和财产安全影响很大，严重影响交通运输效率，因此对于半挂或全挂汽车列车而言，仅通过陀螺仪无法准确测量车辆的操纵稳定性，因此本发明通过使用陀螺仪和高度传感器同时配合使用来测量的偏角、角速度等参数，具体安装时，将陀螺仪固定在半挂或全挂汽车列车的第一节车体的质心位置，然后将四个高度传感器安装在第二节车体的前、后、左、右的四个角处，测试时，陀螺仪用于测试第一节车体的惯性参数，四个高度传感器用于测试第二节车体的惯性参数，陀螺仪和高度传感器配合使用，并将惯性参数传递至数据采集器分别进行处理，数据测量后，选用陀螺仪和高度传感器中测量出的较大的参数作为测试结果，使用陀螺仪和高度传感器的配合使用，解决了现有产品只用陀螺仪测量第一节车体的惯性参数作为半挂或全挂车辆操纵稳定性的测试数据，从而导致测试结果不全面、不准确等缺陷，本发明测量精确，准确性高，实用性强。进一步的，测力方向盘、陀螺仪及高度传感器均连接与其配合使用的二次仪表，测力方向盘、陀螺仪及高度传感器均通过二次仪表与数据采集器连接。

进一步的，数据采集器内安装用于检测汽车行驶轨迹的GPS传感器。

进一步的，检测组件还包括用于检测汽车转向轮振动加速度信号的加速度传感器和用于检测汽车发动机噪音信号的声传感器，加速度传感器和声传感器均与数据采集器连接。

进一步的，该测试***还包括安装在座椅后背上且用于现场录像的摄像头11，摄像头与车载显示器连接。优选的，数据处理器为NI CompactRIO 系列中的cRIO-9074。本技术方案中，数据处理器和数据采集器均为NI CompactRIO 系列，该系列硬件装置适用于可靠的独立嵌入式或分布式应用***；其多样的热插拔工业I/0模块，内置可直接与传感器/调节器连接的信号调理，均符合大多数车辆操纵稳定性测试的需求，优良的抗震耐温性能超越了老式的采集***，保证了测试的可靠性与安全性，该数据处理器与数据采集器的外形小巧，便于测试，另外功耗低，***工作的稳定性增强。

本发明提供的测试***可达到以下效果：

（1）惯性测试***采用基于扩展卡尔曼滤波的信息融合算法，利用单天线GPS的姿态数据，及捷联惯性测试***测得的角速度数据等，对地球自转、不同地区的重力加速度等进行实时的误差补偿，使操纵稳定性测试***具备了高精度的姿态测试性能以及良好的零漂与时漂；

（2）测试***采用惯性测试***测试车辆质心的运动姿态，配合激光高度传感器***测试半挂汽车列侧的第二节车体的侧倾角和俯仰角，不但可用于整体式车辆装备，也可用于半挂汽车列车、铰接式车辆的操纵稳定性试验，适用性强；

（3）该***集成了多参数数据采集器与多种传感器，在测试运动量的同时，可以测试转向轮振动加速度信号、发动机噪声信号以及图像、车辆运动轨迹等信号，配合速度传感器和制动踏板力传感器，还可以测试制动性能、行驶性能，扩展性好；

（4）测试***采用惯性平台测试车辆质心的运动姿态，对于半挂汽车列车而言，本发明使用激光高度传感器和拉线位移传感器测试悬挂和桥轴的压缩伸张变形，为深入研究车辆的操纵稳定性提供了先进的研究手段。

如图3所示，本发明还提供了一种汽车操纵稳定性测试方法，包括如下步骤：

S1驾驶者对被测车辆作出响应，被测车辆进行试验测试；

S2检测组件实时检测被测车辆在试验测试中的车辆数据，并将车辆数据传输至数据采集器；

S3数据采集器将采集后的车辆数据传递至数据处理器，数据处理器对车辆数据进行处理并判断车辆的稳定性，同时将检测的车辆数据传递至车载显示器。

本发明所提供的测试方法操作简单，使用方便，无需改进现有车辆的机械结构，通过本方法进行检测，精确度高，实现了车辆稳定性的实时动态测量，该测试***不仅适用于小型车辆，而且适用于各种半挂车汽车列车，提高了半挂汽车列车在高速大转向时的行驶稳定性，可有效降低失稳概率，避免严重交通事故的发生。

进一步的，试验测试至少为蛇形试验/转向瞬态响应试验/转向回正性能试验/转向轻便性试验/稳态回转试验中的一种。

进一步的，车辆数据至少为以下数据参数中的一种：

速度：车辆前进速度/前进加速度；

高度：车体相对于地面的高度变化；

踏板力性能：配合车辆速度测量踏板力性能；

方向盘性能：测量转向盘转向力矩/转向盘转向角/转向盘转向角速度；

惯性性能：测量车辆水平方向、竖直方向的偏移角度/加速度/角速度；

声音：发动机噪音信号；

位移：车辆行驶轨迹。

针对上述技术方案中的车辆数据的速度，在检测时，通过速度传感器检测车辆的前进速度、前进加速度、距离和时间等参数，实用性强。

针对上述技术方案中的车辆数据的高度，在检测时，通过高度传感器测量行驶车辆相对于地面的高度变化；如果用于检测半挂汽车列车的操纵稳定性时，可用于高度传感器测量挂车车斗的侧倾与俯仰角度，具体使用时，高度传感器有4个，均为激光高度传感器，对于半挂汽车列车而言，高度传感器分别安装在车斗的左、右两侧的前、后两端，同时将陀螺仪固定在半挂汽车列车的驾驶室内的质心位置，此时传感器和陀螺仪均配合使用，4个高度传感器均与数据采集器连接，高度传感器与陀螺仪配合使用测定行驶车辆的姿态测试，实用性强。

针对上述技术方案中的车辆数据的踏板力性能，将踏板力传感器固定在脚制动踏板上，当车辆处于不同速度（最高速、加速、制动、滑行）时，测定踏板力的性能测试，踏板力传感器的型号为德国HKM的Pkh2.0传感器。

针对上述技术方案中的车辆数据的方向盘性能，通过安装在原有方向盘上的测力方向盘，测量车辆处于转向瞬态响应试验或转向回正性能试验或转向轻便性试验或稳态回转试验中的转向盘转向力矩、转向盘转向角、转向盘转向角速度，测力方向盘的型号为日本阿井TR60-200测力方向盘。

针对上述技术方案中的车辆数据的惯性性能，通过安装在被测车辆的质心位置的陀螺仪进行检测，一般用于检测车辆的三个方向（三坐标）的三个角度、三个角速度、以及三个加速度等惯性参数，并将惯性参数传递至数据采集器。

针对上述技术方案中的车辆数据的声音，通过声传感器记录发动机噪音信号。

针对上述技术方案中的车辆数据的位移，通过GPS传感器对车辆行驶的轨迹和位移进行检测，并判定车辆是否完成驾驶员响应。

国际上，由于操纵稳定性测试规程有20余个，各大车辆厂商都有自己内部企业的操纵稳定性测试方法，但是没有统一、有效、精确的测试***用于操纵稳定性测试，一般都是由用户根据自己的要求集成测试***。目前国内的测试***一般只用于单车体的测试。但是工程装备由于有多种特种车辆，特别是铰接分体式车辆、半挂汽车列车等车辆较多，为了对这种车辆的操纵稳定性能够进行测试，本***采用陀螺仪和传感器同时配合使用，完成测试工作。

本发明测试准确性高、实用性强，安装简单，避免了改变车辆的机械结构，不影响汽车的正常运行，实现了车辆稳定性的实时动态测量，该测试***不仅适用于小型车辆，而且适用于各种半挂车汽车列车，提高了半挂汽车列车在高速大转向时的行驶稳定性，可有效降低失稳概率，避免严重交通事故的发生，测试精确，通过显示器可以直接的观测到测试结构，实用性强，使这些参数测试的试验工作量及测试成本大大降低，节省了工作人员的工作时间。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种车辆操纵稳定性测试***，其特征在于：包括检测组件（1）、数据采集器（2）、以及数据处理器（4），检测组件将检测数据传递至数据采集器，数据采集器与数据处理器连接，其中：

检测组件包括分别与数据采集器信号连接的速度传感器（5）、高度传感器（6）、踏板力传感器（7）、测力方向盘（8）、以及用于检测汽车惯性的测试单元（9）；

数据处理器连接车载显示器（10）；

数据采集器、数模转换芯片、以及数据处理器连接配电盒（3）。

2.根据权利要求1所述的车辆操纵稳定性测试***，其特征在于：测试单元包括安装在车辆质心位置的陀螺仪，陀螺仪与数据采集器连接。

3.根据权利要求2所述的车辆操纵稳定性测试***，其特征在于：测力方向盘、陀螺仪及高度传感器均连接与其配合使用的二次仪表，测力方向盘、陀螺仪及高度传感器均通过二次仪表与数据采集器连接。

4.根据权利要求1所述的车辆操纵稳定性测试***，其特征在于：数据采集器内安装用于检测汽车行驶轨迹的GPS传感器。

5.根据权利要求1所述的车辆操纵稳定性测试***，其特征在于：检测组件还包括用于检测汽车转向轮振动加速度信号的加速度传感器和用于检测汽车发动机噪音信号的声传感器，加速度传感器和声传感器均与数据采集器连接。

6.根据权利要求1所述的车辆操纵稳定性测试***，其特征在于：该测试***还包括安装在座椅后背上且用于现场录像的摄像头（11），摄像头与车载显示器连接。

7.一种汽车操纵稳定性测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1驾驶者对被测车辆作出响应，被测车辆进行试验测试；

S2检测组件实时检测被测车辆在试验测试中的车辆数据，并将车辆数据传输至数据采集器；

S3数据采集器将采集后的车辆数据传递至数据处理器，数据处理器对车辆数据进行处理并判断车辆的稳定性，同时将检测的车辆数据传递至车载显示器。

8.根据权利要求7所述的车辆操纵稳定性测试***，其特征在于：步骤S1中，试验测试至少为蛇形试验/转向瞬态响应试验/转向回正性能试验/转向轻便性试验/稳态回转试验中的一种。

9.根据权利要求7所述的车辆操纵稳定性测试***，其特征在于：步骤S2中，车辆数据至少为以下数据参数中的一种：

速度：车辆前进速度/前进加速度；

高度：车体相对于地面的高度变化；

踏板力性能：配合车辆速度测量踏板力性能；

方向盘性能：测量转向盘转向力矩/转向盘转向角/转向盘转向角速度；

惯性性能：测量车辆水平方向、竖直方向的偏移角度/加速度/角速度；

声音：发动机噪音信号；

位移：车辆行驶轨迹。