4.2.2 客观试验

客观试验可以分为三个层次，自下而上分别为零部件试验、子系统试验和整车试验。

1）零部件试验。如减振器测试（施工图、速度特性）、橡胶衬套测试（静刚度、动刚度、阻尼）、轮胎特性测试（侧偏刚度、均匀性、滚动阻力）。

2）子系统试验：最核心的如悬架K&C特性试验、转向力矩和转向传动比试验等。

3）整车R&H试验。下面会详细介绍。

零部件级别的试验本章不做介绍，子系统试验挑选悬架K&C试验进行介绍，整车试验重点介绍操纵稳定性和平顺性相关试验。

1.悬架K&C试验

悬架K&C试验就是在台架上模拟道路激励导致的悬架运动，国外的K&C试验开始较早，国内相对较晚，图4-14所示为一个双轴K&C试验台。

K（Kinematics）：运动学特性，不考虑力和质量的运动，而只考虑与悬架连杆有关的车轮运动。

C（Compliance）：弹性运动学特性，也就是由施加力导致的变形，是与悬架系统的弹簧、橡胶衬套及零部件的变形有关的车轮运动。

K&C特性试验和研究已经成为R&H开发不可缺少的一部分，可以起到如下作用：

1）分析整车前期开发阶段悬架系统的架构。

2）在虚拟评审阶段验证悬架和整车R&H模型。

3）在逆向设计和对比车型的研究中，进行竞争车型调查研究。

4）在样车试制的各个不同阶段，支持底盘调试工作。

典型的K&C试验台分为单轴和双轴，双轴可以一次完成前后悬架的测试，单轴则需要前后悬架分开测试。试验前将车身用夹具固定，四个车轮停放在四个可上下、左右、前后移动及转动的浮动托盘上，并在四个车轮上安装传感器。试验时，移动或转动四个车轮下的托盘，通过车轮上安装的传感器测量悬架系统的各个参数。试验结束后对测试结果进行相应的后处理即可得到完整的悬架K&C试验报告。图4-15所示为K&C试验的六种典型工况。

（1）垂直加载试验 双轮同时同向往复运动，如图4-15a所示。加载范围为最小轴荷500N到2.5倍或2.9倍轴荷。测量结果包括垂直跳动刚度、垂直跳动转向、垂直跳动外倾、悬架刚度、悬架垂直跳动转向、悬架垂直跳动外倾、轮胎径向刚度、前视摆臂角度、前视摆臂变形、轮距变化量、垂直跳动后倾。

（2）侧倾测试 通过给定的侧倾角驱动车轮接地面往复运动，模拟车辆侧倾运动，保持接地平面水平及载荷不变，如图4-15b所示。

测量结果包括侧倾刚度、侧倾转向、侧倾外倾、悬架侧倾刚度、悬架侧倾后倾。

（3）侧向力试验 同时同向对两轮加载侧向力，调整轮胎接地面垂直以保持车轮中心在固定高度上，试验方法如图4-15c所示。试验时，每个轮胎接地面加载±2500N。

测量结果包括侧向力变形、侧向力转向、侧向力外倾、侧倾中心高度。

（4）回正力矩试验 同时同向对两轮加载回正力矩，左右侧车轮加载力矩可以同向也可以异向，该试验的目的是研究车轮受到回正力矩时悬架系统的性能。试验如图4-15d所示。试验时，每个轮胎接地面加载±150N·m。

测量结果包括回正力矩转向、回正力矩外倾，这两个参数又分为中心区域和非中心区域、同向和异向。

（5）纵向力试验 同时同向对两轮加载纵向力，主要测试悬架系统在受到纵向力之后的性能，试验如图4-15e所示。在进行纵向力试验时，由于受到轮胎和托盘表面摩擦力的制约，纵向力很难加载到较大范围，悬架变形只能在线性范围内，很难到达非线性区域。为了考察非线性区域特性，需要通过夹具将车轮和托盘固定，从而满足大纵向力加载的要求。

测量结果包括纵向力转向、轮胎接地点纵向力和车轮转角关系；纵向力后倾、轮胎接地点纵向力和后倾角关系；抗点头、轮胎接地点纵向力和垂向力关系；抗抬头；抗下蹲。

（6）转向几何特性试验 手动转动转向盘，测量转向主销各参数，试验时，车轮转动±5°，如图4-15f所示。

测量结果包括主销后倾角、主销内倾角、主销偏距（主销延长线与地面交点到车轮中心面之间的横向距离）、旋转轴线长度（主销与车轮中心水平面交点到轮心的横向距离）、旋转轴线拖距（主销与车轮中心水平面交点到轮心的纵向距离）、主销后倾拖距。

以上这些K&C试验结果是R&H最核心的子系统级的参数，是连接整车性能和零部件性能的桥梁和纽带，具有承上启下的作用。

2.操纵稳定性试验

操纵稳定性试验是按规范操作车辆时，通过安装仪器设备测量车辆转向盘转角、转向盘转动力矩、车轮转角、车辆横摆角速度、车身侧倾角、车身侧向加速度、车辆侧偏角和车速等参数，以计算一些可以表征车辆操纵稳定性的参数，验证车辆是否满足设计目标。测试设备示意图如4-16所示，下面介绍几个典型的操纵稳定性试验。

（1）静态转向力

1）目的。测量车辆在静止时，转动转向盘所需的转向力。

2）场地要求。贴有3M砂纸的平整地面。

3）试验操作。安装转向盘转角转矩传感器，沿直线行驶一段距离，找到转向盘直线行驶的零位，将车辆左右转向轮置于干净的贴好的3M砂纸上，保持车辆起动，开启驻车制动，转向盘转角从零位开始以30°/s的转速匀速地先顺时针转至极限位置，稍做停留（约0.5s），再以30°/s的转速匀速地逆时针转至极限位置，稍做停留（约0.5s），再以30°/s的转速匀速地顺时针转至零位。依次完成多次上述循环的数据采集。

4）试验结果。静态转向力（输入转向盘直径）、静态转向力矩。

（2）转向传动比

1）目的。测量转向盘转角与左右转向轮转角的关系，用于车辆转向灵敏度的计算输入。

2）场地要求。有车轮转角传感器的试验室。

3）试验操作。安装转向盘转角传感器，沿直线行驶一段距离，找到转向盘直线行驶的零位，将车辆开至试验室，给车辆左右转向轮安装转角传感器，车辆起动，开启驻车制动，转向盘转角从零位开始以30°/s的转速匀速地先顺时针转至极限位置，稍做停留（约0.5s），再以30°/s的转速匀速地逆时针转至极限位置，稍做停留（约0.5s），再以30°/s的转速匀速地顺时针转至零位。依次完成多次上述循环的数据采集。

4）试验结果。转向传动比、转向盘与转向轮的关系曲线、车轮的理论转弯半径等。

（3）中心区域转向试验

1）目的。测试汽车在直线高速路面行驶时，以小侧向加速度输入时的操控感觉特性。

2）场地要求。长度超过1.5km的直线路，三车道。

3）试验操作。车辆预热后，沿直线行驶一段距离，找到转向盘刻度的零位，车速为（100±2）km/h，调整转向盘转角，分别找出侧向加速度为0.2g和-0.2g对应的转向盘角度，加速到100km/h并保持2s，以标记好的±0.2g对应的转向盘角度为最大幅值，周期为5s，转向盘角度以正弦波输入。往返试验采集多组有效数据，峰值侧向加速度应该在±0.2g之间，该试验也可在其他车速下进行。

4）试验结果。最小转向灵敏度、最小转向灵敏度与0.1g侧向加速度下转向灵敏度的比值、0g侧向加速度下的转向盘力矩和0g侧向加速度下转向盘转矩梯度等。

（4）定圆定车速试验

1）目的。在车辆处于不同车速下达到稳态绕圆行驶的状态时，测量车辆稳态转向特性参数。

2）场地要求。半径为100m的圆广场，周边30m范围不应有桩桶和车辆。

3）试验操作。车辆预热后，沿直线行驶一段距离，找到转向盘刻度的零位，车辆以20km/h的速度在半径为100m的圆周上以逆时针方向行驶。当固定转向盘不动，车辆在指定的圆周上行驶并且车速保持在20km/h时，试验车辆进入稳定状态，采集至少3s的稳态数据。以5km/h为梯度增加试验车速，调整转向盘角度，同样使车辆在半径为100m的圆周上行驶，达到稳态工况，保持转向盘转角和车速不变，分别记录不少于3s的数据。直到侧向加速度大于0.55g或无法在圆周上维持稳定状态。顺时针再重复上述步骤，得到两个方向的数据。

4）试验结果。转向灵敏度、侧倾梯度、不足转向度等。

（5）频率响应试验

1）目的。测得汽车各转向响应指标在频率上的传递函数。

2）场地要求。长度超过1.5km的直线路，三车道。

3）试验操作。车辆预热后，沿直线行驶一段距离，找到转向盘刻度的零位，车速为（100±2）km/h，调整转向盘，找出侧向加速度分别为0.4g和-0.4g对应的转向盘角度，直线加速到100km/h保持3s，以标记好的±0.4g对应的转向盘角度为最大幅值正弦波输入，可以在第一个周期内保持转向盘在最大幅值位置处停顿一下，然后逐渐增加转向盘的输入频率到最大值（3～4Hz），同时保持转角输入的幅值不变。往返试验采集多组有效数据，峰值侧向加速度应该在±0.4g之间。

4）试验结果。转向灵敏度、横摆角速度、侧向加速度及侧倾角对转向输入的频率响应特性。

（6）最大侧向加速度试验

1）目的。测试汽车稳态转向能力。

2）场地要求。半径约为32.9m的圆广场。

3）试验操作。车辆预热后，沿直线行驶一段距离，找到转向盘刻度的零位，车辆沿圆周行驶，调整转向盘角度加速到车辆能在圆周上维持稳态的极限车速，当车速和转向盘角度都维持在稳态的极限值时，记录至少4s的数据，每绕一圈记录一个数据，共记4组。以上步骤需顺时针和逆时针分别进行，得到每个方向的至少4组有效数据。

4）试验结果。稳态转向的最大侧向加速度。

3.平顺性试验

平顺性试验主要用于评价车辆行驶平顺性，通常通过布置三轴向加速度传感器来模拟人体感知，在车辆转向盘上、驾驶座椅上、地板上分别布置三轴加速度传感器，在平顺路面或粗糙路面行驶时采集加速度数据，计算出与车辆行驶平顺性相关的指标。图4-17所示为主要测试设备示意图，下面介绍两个典型的平顺性试验。

（1）光滑路面抖动试验

1）目的。测量车轮转动周期性激励的敏感度，评价车辆在高速路上光滑路面行驶的驾驶舒适性。

2）场地要求。长直线平顺路。

3）试验操作。先对四个轮胎进行动平衡测量，并调整每个轮胎的不平衡值为零，安装传感器，包括簧下（四个轮轴+转向拉杆）和簧上（转向盘，驾驶座靠背、底部及导轨，驾驶人地板及车底部，）共12个三轴向加速度及四个车轮的转角脉冲，通过给车轮增加不平衡块，测得不同车速下车辆的数据。

4）试验结果。各目标测量值在不同车速下对应左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的抖动灵敏度。

（2）标准减速坎试验

1）目的。研究车辆过特定减速坎时的舒适性。

2）场地要求。装有标准减速坎的道路，如图4-18所示。

3）试验操作。试验前在主驾座椅底部及座椅导轨上分别安装三轴向振动加速度传感器，设置数据采集两个传感器的整车X与Z方向的值。车辆预热后，在通过减速坎前至少2s将车速稳定在32km/h，车速波动在±1km/h。用数据采集传感器记录经过减速坎前2s和经过减速坎后2s的数据。总共采集10组有效的数据。

4）试验结果。主驾驶座椅底部及座椅导轨的冲击强度和残留抖动值。