The Automotive Chassis Vol. 2: System Design
18 VEHICLE FUNCTIONS
18.2 OBJECTIVE REQUIREMENTS
If we want to define vehicle functions and, particularly, measure the main requirements that determine those functions, we must refer to the test procedures used for this purpose; vehicle objectives are, in fact, set with reference to those procedures.
We commonly identify objective and subjective requirements. The first ones are directly measurable with the instruments of classic physics; the second are determined only by the satisfaction of the final vehicle user, but they can be converted into objective measurements through statistical investigations of customer groups.
A classic example of an objective target might be the time to accelerate the vehicle in top gear from one speed to a higher one. This is easily measurable, when reference conditions (road grade, wind speed, atmospheric pressure, etc.) and load conditions are set. This test can be performed by a professional driver who is able to achieve repeatable results; each test, even a simple one, is influenced by driving behavior.
If we want to define the customer satisfaction level, we should ask ourselves how it can be measured and if it depends on this requirement only; if that is the case, satisfaction will be influenced by the customerrsquo;s expectations, depending on the class of the car, driving habits, etc.
The required objective follows from a statistical study of the reaction of a group of customers driving this car; the study of customer satisfaction on different questionnaires leads to significant data derived from subjective measurements. The customer sample must include only people likely to be final customers of the car under development.
We will refer in this paragraph only to objective measurements of vehicle performance involving the chassis, which are, as we have seen:
bull; dynamic performance;
bull; handling and active safety;
bull; ride comfort;
bull; ergonomics;
bull; passive safety.
For each of these we will comment on test procedures and measurable data; we will consider passive safety only when speaking about regulations.
18.2.1 Dynamic performance
For this kind of test it is necessary, for safety reasons, to use test tracks closed to public traffic.
Speed and acceleration tests should be performed on a flat straight road
that is long enough to accomplish all tests reliably; a launch ramp should also be available that allows the vehicle to reach top speed before its measurement.
Sufficiently long constant slope roads, at different inclination angles, should be available for gradeability tests.
Loop tracks can be used to imitate of road trips that are particularly significant for vehicle use; according to the know how of each manufacturer, these tracks allow, while driving following certain rules, the measurement of average speeds and fuel consumption comparable to real values.
Because engine performance is influenced by air density and humidity, climate conditions during such tests are significant; a suitable condition is an outside temperature in the range between 10divide;30◦C, with no wind and rain.
As an alternative to the test track, subject to variable climate conditions
and, therefore, not always available, roller benches can be used, allowing electric brakes with electronic control to simulate vehicle driving resistance on the road;in this case, the car is driven according to an assigned speed time history. This practice is particularly useful for measuring fuel consumption.
A roller bench, when contained in pressure and temperature controlled
chamber, allows dynamic performance at temperature and altitude conditions different from those available outside to be measured.
Test vehicles must be driven for a certain distance (about 5,000 km) after assembly to stabilize mechanical frictions and tire rolling resistance, since these parameters are subject to a certain settling depending on surface wear.
Since performance also depends on transported weight, it is necessary to control this value within a statistically meaningful tolerance; usually 2 passengers (including driver) and 20 kg of baggage are used for testing. For industrial and commercial vehicles the full load condition is considered.
The instruments used in these tests are quite simple, as far as speeds are
concerned: they include optical devices to actuate stop watches that measure
driving times, while space driven is determined by the position of these devices along the track.
Fuel consumption is measured by volumetric flow meters on the engine feed pipeline; in this case the recycled flow to the fuel reservoir must also be taken into account; sometimes an auxiliary tank is applied that is weighted before and after the test.
The best known dynamic performance is top speed, which is the maximum vehicle speed on a flat road, after a reasonably long launch ramp.
Acceleration is usually defined as the time necessary to reach a predetermined speed (usually 100 km/h or 60 mph), starting from a still condition, using the gearbox, at full throttle; sometimes it is also measured as the time necessary to cover a fixed distance (usually 1 km or 1
4 mile), starting from a still position, using the gearbox, at full throttle. This kind of test must be repeated on a manual gearbox a number of times, to allow the driver to identify the best strategy to working the controls, because start-up and shift times influence the final result.
By contrast, pick-up time is instead the time needed to increase the vehicle speed, starting from an initial fixed value, without using the shift stick but at f
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汽车底盘 2：系统设计
18车辆功能
18.2客观要求
如果我们想定义车辆功能，特别是测量确定这些功能的主要要求，我们必须参考用于此目的的测试程序; 实际上，车辆目标是参照那些程序设定的。
我们通常确定客观和主观要求。 第一个是直接可以用经典物理学仪器测量; 第二个仅由最终车辆用户的满意度确定，但是它们可以通过对客户群体的统计调查被转换为客观测量。
客观目标的典型示例可能是将车辆从高速档加速到高速档的时间。 当设定参考条件（道路坡度，风速，大气压力等）和负载条件时，这是容易测量的。 该测试可由能够实现可重复结果的专业驾驶员执行; 每个测试，甚至一个简单的测试，都受驾驶行为的影响。
如果我们想定义客户满意度，我们应该问自己该如何衡量，如果它只取决于这个要求; 如果是这样，满意度将受到客户期望的影响，这取决于汽车的类型，驾驶习惯等。
所要求的目标是从一组驾驶这辆车的客户的反应的统计研究; 在不同问卷上的顾客满意度研究导致从主观测量得出的重要数据。 客户样品必须仅包括可能是正在开发的汽车的最终客户的人。
在本段中，我们将仅仅提及涉及底盘的车辆性能的客观测量，这是我们已经看到的：
bull;动态性能;
bull;处理和主动安全;
bull;乘坐舒适;
bull;人体工程学;
bull;被动安全：
对于每一个，我们将评论测试程序和可测量的数据; 我们将只在谈论规则时考虑被动安全。
18.2.1动态表现
对于这种测试，出于安全原因，必须使用对公共交通封闭的测试轨道。
速度和加速度测试应在平坦的直路上进行足够长以可靠地完成所有测试; 还应该有一个启动斜坡，允许车辆在测量之前达到最高速度。
应提供足够长的恒定坡度道路，以不同的倾斜角度进行坡度试验。
循环轨道可用于模仿对于车辆使用特别重要的公路旅行; 根据每个制造商的知道，这些轨道允许在遵循某些规则行驶时平均速度和燃料消耗的测量与真实值相当。
因为发动机性能受空气密度和湿度的影响，在这种测试期间的气候条件是显着的; 合适的条件是外部温度在10-30℃之间的范围内，没有风和雨。
作为测试轨道的替代，受可变气候条件的影响
并且因此不总是可用，可以使用辊道，允许具有电子控制的电制动器模拟道路上的车辆行驶阻力;在这种情况下，根据分配的速度时间历史来驱动汽车。 这种做法对于测量燃料消耗特别有用。
辊筒台，当包含在压力和温度控制允许在不同于可用外部可用的温度和高度条件下测量的动态性能。
测试车辆在组装后必须驱动一定距离（约5000km）以稳定机械摩擦和轮胎滚动阻力，因为这些参数取决于表面磨损而经受一定的沉
由于性能还取决于运输重量，有必要在统计意义上的公差内控制这个值; 通常使用2名乘客（包括司机）和20公斤行李进行测试。 对于工业和商用车辆，考虑满载状态。
在这些测试中使用的仪器是相当简单的，就速度而言涉及：它们包括用于致动测量的停止手表的光学装置驱动时间，而空间驱动由这些装置沿着轨道的位置确定。
燃料消耗量由发动机进料管线上的体积流量计测量; 在这种情况下，还必须考虑到燃料储存器的再循环流; 有时在试验之前和之后应用加权的辅助箱。
最着名的动态性能是最高速度，这是在相当长的发射斜坡之后在平坦道路上的最大车速。
加速度通常定义为达到预定速度（通常为100km / h或60mph）所需的时间，从静止状态开始，使用齿轮箱，在全油门时; 有时也被测量为覆盖固定距离所需的时间（通常为1公里或1英里）
4英里），从静止位置开始，使用齿轮箱，在全油门。 这种测试必须在手动变速箱上重复多次，以允许驾驶员识别操作控制的最佳策略，因为启动和换档时间影响最终结果。
相比之下，拾取时间反而是增加车辆速度所需的时间，从初始固定值开始，而不使用换档杆，而是在全油门。 初始速度可以是50,60,70或80km / h，而最后一个速度通常为100km / h; 齿轮通常是顶部齿轮，或者如果不同，则是最高速齿轮。 驱动的距离也可以用于测量这种性能。
爬坡能力是车辆能够以恒定速度起动和驱动而没有离合器打滑的最大道路坡度; 该值根据测试轨道上的可用斜率近似。 等级通过测试轨道两端的高度差除以轨道的水平投影来测量; 这是纵向道路倾角alpha;的正切。
在制造商的实践中，在闭合轨道或开放道路上的参考环路驱动器允许在受控条件下评估道路性能; 在这种情况下测量平均速度或驱动时间。
越来越拥挤的交通状况使得客户的注意力从强烈的齿轮箱使用中获得的性能分散，将重点放在低速的提速时间; 最近的关于性能主观判断的统计调查，倾向于短测试距离的测量。
这个趋势增加了低速（1500-2500rpm）发动机扭矩相对于最大功率的重要性。 因此，将驾驶性能包括在车辆动态性能的类别中不是不准确的。
可驾驶性可以被定义为车辆快速增加或减小其牵引力的能力，而没有最终期望值周围的波动
在测试开始时，从对应于初始稳态参考速度的状态开始踩下或释放油门踏板。
通过在加速器踏板上的输入时间之后或通过测量纵向车辆加速度，通过检查作为时间的函数的所得轿厢速度图来评估驾驶性能。 客观评价参数可以是该图在渐近值之前的峰的数量。
车辆驾驶性能不仅受到由进入进气管和排气管的流动瞬变引起的发动机扭矩振荡的影响，而且受到传动系统，离合器到轮胎的弹性扭转刚度以及动力系和汽车悬架支架的弹性的影响。
恒定速度下的燃料消耗通常在50公里/小时和最高速度之间测量; 测试在顶部档位或如果不同的话在顶部档位上进行; 这个测试相当简单，但与实际车辆使用非常低的相关性，其中速度变化和发动机空转周期非常频繁。
为此，测试始终以驱动周期的测量完成; 该试验通常在滚子工作台上进行，能够模拟不同种类的驱动行程; 一个重要的循环将在规章章节中描述
如果汽车在这种条件不显着的国家销售，那么在不同于参考条件（通常为20℃）的环境温度下测量消耗量是一个很好的做法。 在这种情况下，还必须研究冷启动的影响。 如果对环境条件有足够的控制，则在道路消耗测量上也可以执行。
18.2.2处理和主动安全
处理测试与主动安全测试没有显着差异，因此一起描述。 这种测试引入了具体的困难，因为如果考虑不同的道路路面和条件，则可能有许多道路机动并且其数量增加。
许多制造商已经采用类似的基本操作，并且大多数制造商已经由ISO标准化。 标准化仅适用于操作的执行，并且不为要测量的输出值设置参考值
汽车通常配备有额外的翻滚保护车轮以高滚动角接触地面。
车辆仪表必须精密，因为它们必须测量车辆的动态值; 基本的包括:
bull;横向加速度;
bull;偏航速度;
bull;车辆侧滑角;
bull;滚动角;
bull;车速：
对于每个的定义见本卷的第四部分。
需要固定的参考系统通过安装在车辆上的仪器来建立这些值; 因此使用惯性平台，其测量车辆悬挂质量相对于地面的六个分量的旋转和位移。
在许多测试中，使用能够测量转向角和扭矩的特定方向盘。
测试被分类为开环和闭环，参考驾驶员在机动期间的作用。 在第一种情况下，驾驶员根据预设的程序操纵车辆控制（方向盘，制动器和加速踏板），而不管结果如何; 在第二种情况下，驾驶员根据需要使用控制，并且试图获得指定的目标，例如沿着最高可能速度的路线行驶。
最简单的开环操作是转向衬垫（ISO 4138），其中车辆以恒定速度围绕圆周被驱动。
这是一个开环操作，因为控制在测试期间被阻塞，以保证稳态运动。
根据驾驶员的技术考虑三种不同的方法，其结果基本上相等; 这些是：
bull;恒定曲率半径，
bull;恒定方向盘角度，
bull;恒速
因为这些是定义运动的三个独立变量，它们测试结果可以确定剩余变量。
曲率半径的典型值可以是40或100mu;m; 重要的是，以这样的方式执行测试，从而从非常低的一侧获得不同的横向加速度值，这对于测量阿克曼方向盘角度是有用的。
该测试允许评估车辆的转向指标和作为侧向加速度的函数的侧倾角的确定; 最大允许横向加速度可以通过一系列尝试来识别。
我们再次参考本卷的第四部分的定义参数。
为了评估进入曲线时的车辆稳定性和在退出时的方向盘对准，通常应用横向瞬态测试（ISO 7401）。
汽车以100公里/小时在直路上稳定，或者如果需要，以不同的速度稳定; 在步进输入版本中，方向盘突然转到预设值; 为了简化操作，将方向盘止动件设置在期望的角度。
在不改变加速器踏板位置的情况下，方向盘保持转动指定时间
重要的评估参数是横向加速度的梯度和偏航速度作为方向盘角度，方向盘角度峰值和偏航速度峰值之间的延迟时间以及偏航速度图表上的过冲的存在（偏离高于渐近值的偏航速度峰值）的函数。
该操作的变型是施加正弦方向盘输入作为输入：
bull;随机函数，
bull;三角函数，
bull;正弦函数
在不同的频率。
该测试的复杂性是明显的，尽管在直的和弯曲的稳态运动之间的这种瞬态的示意简单。
加速踏板释放操作（ISO 9816）研究当加速踏板释放时在曲线上行驶时的车辆行为; 这个操纵模拟如果驾驶员试图以过高的速度驾驶可能发生的情况。
可以测试车辆稳定性并测量与原始路径的偏差。 该测试可以在转向盘测试结束时进行。
有两种不同的方法可用。
bull;在释放加速踏板之前，通过将车辆稳定在指定的曲率半径上，以恒定的速度行驶; 可以根据需要增加稳态速度以研究横向的影响
加速度。
bull;以恒定速度，在减小的曲率半径上以一定速度稳定。
测试输出显示由于制动引起的牵引的瞬时变化，转向指数，横向加速度的函数和轮胎的变化转弯刚度之间的相互作用。 发动机显示出随初始转速增加的制动效果：瞬态受所选齿轮比的影响。
在开环测试期间，方向盘必须锁定。
评价参数与前面的试验相同，其中必须加上纵向加速度; 因为方向盘被阻塞，在加速器释放之后将存在与初始行程的偏差; 汽车通常被设计成在瞬态之后闭合路径，而没有从初始轨迹的明显不连续。
仍然在稳定性方面，已经设计了曲线测试（ISO 7975）中的制动，以将制动器的应用添加到上述过程中。 同样在这种情况下，方向盘再次被锁定。
对于先前测试的参数，加入制动流体压力，并且与初始过程的偏差可能是显着的; 在增加的纵向加速度下执行测试，直到其中一个车轮被阻塞或ABS系统已经开始工作。
重要的开环操作是方向盘释放（ISO 17288）; 此测试的目的是确定车辆在曲线之后返回直线路径的能力。
车辆以100km / h在转向盘上稳定; 选择路径曲率以便保持约1ms-2的横向加速度，并且对于增长的加速度值重复测试。 在操纵开始时，方向盘在轮胎的接触点上存在的力的作用下自由地转动。 加速踏板保持在试验开始时的位置。
获取通常的路径参数和实际转向角。 由于方向盘和横向加速度必须显示从初始值到零的阻尼振荡，因此假定在时间历程上测量的阻尼因子作为这些瞬变的评估因素。
汽车侧风敏感性测试（ISO 12021）和工业车辆（ISO 14793）也可用; 对于这些车辆，可以使用特定的测试来检查拖车的效果。
我们所考虑的所有基本演习，虽然很复杂，但不对应于真实的驾驶员行为; 然而，它们对于理解在驾驶员进行任何校正之前的自然车辆响应是非常有用的。
设计这些测试的人的意见是，任何实际操作的第一部分总是开环类型; 事实上，驾驶员对控制（方向盘，加速器和踏板制动）施加动作，其振幅由期望的响应建议; 已经在先前的类似操纵中学习了振幅。
图18.1 根据ISO 3888标准进行换道操作的过程
在短时间内应用校正，一旦已经感觉到与期望的一些偏离。 更简单的校正，与期望响应的偏差越低。
简单的闭环机动在评估中引入困难，因为它取决于不同驾驶员的不同行为或能力。
车道变更操纵（ISO 3888）通过超车另一辆车辆或避开障碍物来研究车辆稳定性; 相对过程如图2所示。 18.1并且从左到右驱动。
课程由橡胶柱定义; 第一拉伸S1是正常的延伸S3表示超车车道，S5表示超车车道正常行驶车道。
三个延伸段由区域S2和S3连接; 超车车道的右边界相对于正常行驶车道的左边界向左偏移偏差d。 课程方案应设计如下（尺寸以[m]为单位）。
拉伸S1长度12m，宽度l = 1.1w 0.25。
拉伸S2长度13.5米。
拉伸S3长度11m，宽度l = w 1。
拉伸S4长度12.5米。
拉伸S5长度12m，宽度l = 1.3w 0.25。
偏差d 1 m。
尺寸w是车辆宽度，以[m]测量而不进入帐户侧镜; 拉伸S3的宽度不能小于3mu;m。
这种基本操作是闭环类型，因为驾驶员航向校正是必要的，以避免击中任何橡胶柱。
汽车必须以90公里/小时的速度在IVth档和车速应该沿途保持不变; 可以使用变化的参数来比较不同的车辆。
机动是复杂的，受驾驶员技能的影响很大; 与专业驱动程序，有趣的结果可以收集更多的主观印象比客观测量。
为了评估车辆稳定性同时避免突然的障碍，车辆以增加的速度在该课程上测试多次; 机动车在初始稳态速度下进入伸展S1，此时
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