同济大学汽车学院

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《汽车平顺性和操作稳定性》实验报告

学院（系）汽车学院

专业车辆工程（汽车）

学生姓名同小车学号000001

同济大学汽车学院实验室

2014年11月

1.转向轻便性实验

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实验目的

驾驶员通过操纵方向盘来控制汽车的行驶方向，操纵方向盘过重，会增加驾

驶员的劳动强度，驾驶员容易疲劳；操纵方向盘过轻，驾驶员会失去路感，

难以控制汽车的形式方向。操纵方向盘的轻重，是评价汽车操纵稳定性的基

本条件之一。转向轻便性实验的目的在于通过测量驾驶员操纵方向盘力的大

小，与其他实验仪器评价汽车操纵稳定性的好处。

实验仪器设备

参量

仪器

方向盘转矩

测力方向盘

方向盘转角

测力方向盘

车速

GPS测速仪

实验条件

试验车：依维柯

实验场地与环境

于圆形试车场，实验时按照桩桶圈出的双扭线，以10Km/h的车速行驶。双扭线

的极坐标方程见下，形状如下图

实验当天天气晴好，无风，气温20度

在ψ=0时，双扭线顶点处的曲率半径最小，相应数值为Rmin=1/3d，双扭线的最

小曲率半径应按照实验汽车的最小转弯半径乘以1,1倍，并圆整到比此乘积大的

一个整数来确定。

试验中记录转向盘转交及转向盘转矩，并按双扭线路经过每一周整理出转向盘转

矩转向盘转矩曲线。通常以转向盘最大转矩，转向盘最大作用力以及转向盘作用

功等来评价转向轻便性。

转向轻便型实验数据记录

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转向盘

最大作

用力矩

(N·m)

转向盘

最大作

用力

(N)

转向盘

右转最

大转角

(°)

转向盘

左转最

大转角

(°)

转向盘作

用功

（J)

转向盘

平均摩

擦力矩

(N·m)

转向盘

平均摩

擦力

(N)

平均车速

(Km/h)

第一周

第二周

第三周

均值

6.49

7.16

6.35

6.67

31.6

34.9

30.9

32.5

274

281

283

279.3

-277

-284

-289

-283

44.71

47.72

45.43

45.96

0.094

0.095

0.092

0.094

0.46

0.46

0.45

0.46

9.99

10.03

10.09

10.04

方向盘转角-转矩曲线

2.

蛇形试验

实验目的

本项试验是包括车辆-驾驶员-环境在内的闭路试验的一种，用来综合评价汽

车行驶的稳定性及乘坐的舒适性，与其他操纵试验项目一起，共同评价汽车

的操纵稳定性。也可以用来考核汽车在接近侧滑或侧翻工况下的操纵性能，

在若干汽车操纵稳定性对比试验时，作为主观评价的一种感性试验。

实验原理

将试验车辆以不同车速行驶于规定的蛇形试验中，通过实验仪器可以得到行

驶时的车速，方向盘转角，横摆角速度，车身侧倾角。

试验方法遵照GB/T6323.1-94汽车操纵稳定性试验方法蛇形试验

.

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实验仪器

记录下列测量变量所使用的仪器

方向盘转角：测力方向盘

横摆角速度：陀螺仪

车身侧倾角：陀螺仪

汽车通过有效标桩区的时间：秒表

实验数据记录

（1）将实验结果填入下表：

车型：依维柯实验路面：平坦水泥路面（圆形试车场）

标桩间距：30m

天气：晴温度：30度风速：10m/s

试验次通过时蛇形车参数1234平均

数间(s)速

（km/h

）

12825

θ

47.2-46.538.1-37.337.28

（°）

γ

10.1-6.714.5-9.410.18

（°）

/s

Φ

-1.92.1-2.02.42.1

（°）

22435

θ

-42.1-40.241.7-40.941.23

（°）

γ

11.8-9.812.5-9.710.95

（°）

/s

Φ

-2.12.4-2.22.82.35

（°）

32045

θ

44.1-42.345.7-4343.78

（°）

γ

13-12.413.5-12.512.85

（°）

/s

Φ

-2.43.1-2.13.02.65

（°）

41755

θ

49.1-46.448.5-4446.95

（°）

γ

16-14.516.3-14.915.43

（°）

.

.

/s

Φ

-2.53.6-2.73.33.025

（°）

51264

θ

50.1-47.952.4-4949.85

（°）

γ

20.3-20.122-2020.6

（°）

/s

Φ

-3.14.1-3.74.03.725

（°）

依维柯换悬架：蛇形横摆角速度与车速关系

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实验数据的意义和结果分析

由于前三张图线可以大体看出，在蛇形试验的条件下，车辆方向盘转角与车速基

本无关，一直维持在某个常数附近；汽车横摆叫速度与汽车车速大致呈线性关系，

车速越高，车辆横摆叫速度越大；而车身侧倾角与车速大致呈线性关系，车速越

高时车身侧倾角越大。

由于蛇形绕桩试验时摆放位置不变，故驾驶员在行驶时无论车速快慢，所需转动

方向盘的角度大致相同；而车速高时，车辆在较短的时间完成左右的穿梭，故r

会随着uc的增大而增大，在高速转向时，uy也较大，故慢性力会导致侧倾角也

越大。本次试验结果显示横摆角速度与车身侧倾角呈线性关系。

3.汽车平顺性试验

实验目的

1.通过对汽车在随机不平的路面上行驶时振动对乘员及货物影响的测定，评价

汽车的平顺性；

2.通过对汽车行驶过单个凸块时的冲击对乘员及货物影响的测定，评价汽车的

平顺性。

实验仪器与设备

加速度传感器，GPS测速仪，DASP速采系统

实验原理

1.随机输入：本试验采用道路随机输入，及实际道路试验。因试验车为轿车，

加速度传感器安装在左侧前排和后排座椅上；若为客车，安装在驾驶员座椅

.

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左侧后轴上和最后排座椅上。其他类型汽车安装在驾驶员座椅上，车厢地板

中心及局车厢边板、后板300mm处，安装在座椅上的加速度传感器应能测三

个方向的震动。传感器应与人体紧密接触，并且在人体与座椅间放入一安装

传感器的垫盘，试验时，汽车在稳速段要稳住车速，然后以规定的车速匀速

驶过试验路段，在进入试验路段时启动测试仪器，同时测量通过试验路段的

时间，计算平均车速。样本记录长度不短于3min，对于人体振动评价用加权

加速度均方值，处理数据用三分之一倍频法。

2.脉冲输入：标准采用三角形的单凸块作为脉冲输入，其凸块尺寸随车重变化，

可参照相应标准，加速度传感器安装位置同随机输入。将凸块放置在试验道

路中央，并按汽车车轮距调整好两个凸块的距离，为保证汽车左右车轮同时

驶过凸块，应将两凸块放在与汽车行驶方向垂直的一条线上。试验时汽车以

规定的车速匀速驶过凸块，试验车速为

10KM/H,20KM/H,30KM/H40KM/H,50KM/H,60KM/H。在汽车驶过后且冲击响应消

失后，停止记录，每种车速的试验次数不得少于八次。

3.车辆平顺性试验测试简图：

加速度传感器——电荷放大器——收集信号——速采系统。

4.

汽车稳态回转试验

试验内容

测定汽车定方向盘转角稳态回转时的汽车前进车速、汽车横摆角速度、绘制转弯

半径比与侧向加速度关系曲线、汽车前后轴侧偏角速度差值与侧向加速度的关系

曲线，计算稳态回转的特征参数。

试验目的

通过试验掌握汽车稳态回转试验的原理以及实验方法，掌握仪器的使用方法以及

试验数据的处理方法。

试验条件

试验车辆－依维柯场地－圆形试车场

试验仪器－陀螺仪、GPS测试仪、数据采集器

试验数据处理及结果表达

1.转弯半径比Ri／R0与侧向加速度ay，关系曲线。

根据记录的横摆角速度及汽车前进车速，用下述公式计算各点的转弯半

径及侧向加速度。

Ri=Vi/

ω

i,ayi=Vi*

ω

i，i=1,2,3,，n

式中：Vi——第i点车速，m/s

.

.

ω

i——第i点横摆角速度，rad/s

Ri——第i点转弯半径，m

ayi——第i点侧向加速度，m/s/s

n——采样点数

进而算出各点的转弯半径比（Ri／R0）（R0为初始半径，m）。根据计算

结果，绘出（R／R0）—ay曲线

2.汽车前后侧偏角差值（

δ

1一

δ

2)与侧向加速度ay关系曲线

对于两轴汽车，汽车稳态回转时，（

δ

1一

δ

2)用下式确定：

δ

1一

δ

2=360/2∏*L（1/R0-1/Ri）

式中：

δ

1、

δ

2——前后轴侧偏角，0

L——汽车轴距，m(全顺汽车：L=3.55m)Ri、R0、——第各点转

弯半径及初始半径，m，根据计算结果，绘制（

δ

1一

δ

2）—ay关系曲线。

3.不足转向度u及不足转向度评价记分值Nu。

1）不足转向度u按前后轴侧偏角差值与侧向加速度值为2m/s/s处的平均斜率

计算。

2）不足转向度的评估记分值Nu：

根据，GB/T13047《汽车操纵稳定性指标与评价方法》

右转弯

a=6.11a=6.17均值

左转弯

a=6.14a=6.01均值

R/Ro

d1-d2

Φ

(°)

R/Ro

1.04

0.8

0.9

1.2

1.05

0.9

0.7

1.2

1.04

0.85

0.8

1.2

0.98

-0.5

2.5

1.01

0.96

-0.5

2.3

0.99

0.97

-0.35

2.4

1

d1-d23.2

Φ

(°)3.1

经过计算，可得

侧向将速度

左右

2.6

3.1

2.9

3.1

不足转向度

左右

0.1

4.8

-0.2-0.05

4.74.75

车身侧倾度

左右

.

.

3.65

56.5

5.81

66.75

-0.17

29.5

0.74

97.5

1.2

60

0.47

100

六、转向回正性能试验

1主题内容与适用范围

本标准规定了汽车操纵稳定性试验方法中的转向回正性能试验方法。

本标准适用于轿车、客车、货车及越野汽车，其他类型汽车可参照执行。

2引用标准

GB／T12534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

3测量变量和仪器设备

3．1测量变量

a．汽车前进速度；

b．横摆角速度；

c．侧向加速度。

3．2试验仪器设备

3．2．1试验仪器设备应符合GB／T12534中3.5条规定。

3．2．2各测量用仪器，其测量范围及最大误差满足表1的要求。

3．2．3包括传感器及记录仪器在内的整个测量系统的频带宽度不小于3Hz。

3．2．4各种传感器按各自使用说明书进行安装。

.

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4试验条件

4．1试验汽车

4．1．1试验汽车是按厂方规定装备齐全的汽车。试验前，测定车轮定位参数，对转向系、悬架系进行检

查、调整和紧固，按规定进行润滑。只有认定试验汽车已符合厂方规定的技术条件，方可进行试验。测定

及检查的有关参数的数值，记入附录A（补充件）中。

4．1．2试验时若用新轮胎，试验前至少应经过200km正常行驶的磨合；若用旧轮胎，试验终了残留花纹

高度不小于1.5mm。轮胎气压应符合GB／T12534中3.2条的规定。

4．1．3试验汽车在厂定最大总质量（驾驶员，试验员及测试仪器质量，计入总质量）状态下进行。货车

的装载物（推荐用砂袋）均匀分布于货箱内；客车的装载物（推荐用砂袋）分布于座椅和地板上，其比例

应符合GB／T12534中表1的规定。轴载质量必须符合厂方规定。

4．2试验场地与环境

a．试验场地为干燥、平坦而清洁的，用水泥混凝土或沥青铺装的路面，任意方向的坡度不大于2％；

b．风速不大于5m／s;

c．大气温度在0～40℃范围内。

5试验方法

5．1低速回正性能试验

5．1．1在试验场地上用明显的颜色画出半径为15m的圆周。

5．1．2试验前试验汽车沿半径为15m的圆周、以侧向加速度达3m/s2的相应车速，行驶500m，使轮胎升

温。

5．1．3接通仪器电源，使其达到正常工作温度。

5．1．4试验汽车直线行驶，记录各测量变量零线，然后调整转向盘转角，使汽车沿半径为15±1m的圆

周行驶，调整车速，使侧向加速度达到4±0.2m／s2,固定转向盘转角，稳定车速并开始记录，待3s后，驾

驶员突然松开转向盘并做一标记（建议用一微动开关和一个讯号通道同时记录），至少记录松手后4s的汽

车运动过程。记录时间内油门开度保持不变。

对于侧向加速度达不到4±0.2m/s2的汽车，按试验汽车所能达到的最高侧向加速度进行试验，应在试

验报告中（表2备注）加以说明。

5．1．5试验按向左转与向右转两个方向进行，每个方向三次。

5．2高速回正性能试验

.

2

.

5．2．1对于最高车速超过100km／h的汽车，要进行本项试验。

5．2．2试验车速按被试汽车最高车速的70％并四舍五入为10的整数倍。

5．2．3接通仪器电源，使其达到正常的工作温度。

5．2．4试验汽车沿试验路段以试验车速直线行驶，记录各测量变量的零线。随后驾驶员转动转向盘使侧

向加速度达到2±0.2m／s，待稳定并开始记录后，驾驶员突然松开转向盘并做一标记（建议用一微动开关

和一个讯号通道同时记录），至少记录松手后4s内的汽车运动过程。记录时间内油门开度保持不变。

5．2．5试验按向左转与向右转两个方向进行，每个方向三次。

6试验数据处理与结果表达

6．1试验数据处理

横摆角速度时间历程曲线分两大类：收敛型（图1中曲线1～4）与发散型（图1中曲线5、6）。对于

发散型，不进行数据处理；对于收敛型，按向左转与向右转分别确定下述指标。

6．1．1时间坐标原点

在微动开关时间历程曲线上，松开转向盘时微动开关所做的标记。

6．1．2稳定时间

从时间坐标原点开始，至横摆角速度达到新稳态值（包括零值）为止的一段时间间隔。其均值按下式

确定:

6．1．3残留横摆角速度

在横摆角速度时间历程曲线上，松开转向盘3s时刻的横摆角速度值（包括零

值），按下式确定：

6．1．4横摆角速度超调量

.

.

在横摆角速度时间历程曲线上，横摆角速度响应第一个峰值超过新稳态值的

部分与初始值之比（见图2）。

横摆角速度超调量均值按下式确定：

6．1．5横摆角速度自然频率

6．1．6相对阻尼系数

可先由公式（6）求得衰减率D＇i，后，再由公式（7）求得相对阻尼系数，或由图4查得相对阻尼系

数。

相对阻尼系数按下式确定：

相对阻尼系数均值按下式确定：

.

.

6．1．7横摆角速度总方差

横摆角速度总方差均值按下式确定：

横摆角速度总方差均值按下式确定：

6．2试验结果表达

6．2．1以图5、图6的形式，分别绘出向左转与向右转各三次的横摆角速度时间历程曲线。低速与高速

分别画出。

6．2．2将结果填入表中。

右转稳定时间t

残留横摆角速

1

2.17

5.88

2

2.38

7.55

3

2.29

5.60

平均

2.28

6.34

度

横摆角速度超

调量

横摆角速度总

方差

无无无无

0.3480.380.310.34

左转稳定时间t

残留横摆角速

1.98

-0.60

2.55

-0.27

2.55

-0.30

2.26

-0.39

度

横摆角速度超

调量

横摆角速度总

无无无无

0.260.230.260.25

.

.

方差

评价：

当Er=0.34时可知Ne=80.57

当△R=6.33时可知N

△R

=15.6

故右转总评分

N

H

=48.1

当Er=0.25时可知Ne=80.57

当△R=0.39时可知N

△R

=94.8

故右转总评分

N

H

=90.25

.