ISO 7401:2003
(Main)Road vehicles — Lateral transient response test methods — Open-loop test methods
Road vehicles — Lateral transient response test methods — Open-loop test methods
ISO 7401:2003 specifies open-loop test methods for determining the transient response behaviour of road vehicles. It is applicable to passenger cars, as defined in ISO 3833, and to light trucks.
Véhicules routiers — Méthodes d'essai de réponse transitoire latérale — Méthodes d'essai en boucle ouverte
L'ISO 7401:2003 spécifie des méthodes d'essai en boucle ouverte permettant de déterminer le comportement de réponse transitoire des véhicules routiers. Elle est applicable aux voitures particulières telles qu'elles sont définies dans l'ISO 3833 et aux véhicules utilitaires légers.
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 7401
Second edition
2003-02-15
Road vehicles — Lateral transient
response test methods — Open-loop test
methods
Véhicules routiers — Méthodes d'essai de réponse transitoire
latérale — Méthodes d'essai en boucle ouverte
Reference number
ISO 7401:2003(E)
©
ISO 2003
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ISO 7401:2003(E)
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ISO 7401:2003(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope. 1
2 Normative references . 1
3 Principle . 1
4 Reference system . 2
5 Variables . 3
6 Measuring equipment. 3
6.1 Description. 3
6.2 Transducer installation. 3
6.3 Data processing . 3
7 Test conditions. 7
7.1 General. 7
7.2 Test track . 7
7.3 Weather conditions. 7
7.4 Test vehicle. 7
7.5 Warm-up. 8
7.6 Test speed. 8
8 Step input. 9
8.1 Test procedure . 9
8.2 Data analysis . 9
8.3 Data presentation. 9
9 Sinusoidal input — One period (see ISO/TR 8725) . 11
9.1 Test procedure . 11
9.2 Data analysis . 11
9.3 Data presentation. 12
10 Random input (see ISO/TR 8726). 13
10.1 Test procedure . 13
10.2 Data analysis . 13
10.3 Data presentation. 14
11 Pulse input. 14
11.1 Test procedure . 14
11.2 Data analysis . 15
11.3 Data presentation. 15
12 Continuous sinusoidal input . 15
12.1 Test procedure . 15
12.2 Data analysis . 16
12.3 Data presentation. 16
Annex A (normative) Test report — General data. 17
Annex B (normative) Test report — Presentation of results. 19
Bibliography . 25
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ISO 7401:2003(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 7401 was prepared by Technical Committee ISO/TC 22, Road vehicles, Subcommittee SC 9, Vehicle
dynamics and road-holding ability.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 7401:1988), which has been technically revised.
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ISO 7401:2003(E)
Introduction
The dynamic behaviour of road vehicles is a most important part of active vehicle safety. Any given vehicle,
together with its driver and the prevailing environment, forms a unique closed-loop system. The task of
evaluating the dynamic behaviour is therefore very difficult since there is a significant interaction between
these driver–vehicle–environment elements, each of which is complex in itself. A complete and accurate
description of the behaviour of the road vehicle must necessarily involve information obtained from a number
of tests of different types. Since they quantify only a small part of the whole handling field, the results of these
tests can only be considered significant for a correspondingly small part of the overall dynamic behaviour.
Moreover, insufficient knowledge is available concerning the relationship between accident avoidance and the
dynamic characteristics evaluated by these tests. A substantial amount of effort is necessary to acquire
sufficient and reliable data on the correlation between accident avoidance and vehicle dynamic properties in
general and the results of these tests in particular. Therefore it is not possible to use these methods and test
results for regulation purposes at present. The best that can be expected is that the transient response tests
are used as some among many other tests, which together cover the field of vehicle dynamic behaviour.
Finally, the role of the tyres is important and the test results can be strongly influenced by the type and
condition of tyres.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 7401:2003(E)
Road vehicles — Lateral transient response test methods —
Open-loop test methods
1 Scope
This International Standard specifies open-loop test methods for determining the transient response behaviour
of road vehicles. It is applicable to passenger cars, as defined in ISO 3833, and to light trucks.
NOTE The open-loop manoeuvre specified in this International Standard is not representative of normal driving
conditions, but is nevertheless useful for obtaining measures of vehicle transient behaviour in response to several specific
types of steering input under closely controlled test conditions. For measurements of steady-state properties, see ISO 4138.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 1176:1990, Road vehicles — Masses — Vocabulary and codes
ISO 2416:1992, Passenger cars — Mass distribution
ISO 3833:1977, Road vehicles — Types — Terms and definitions
ISO/TR 8725:1988, Road vehicles — Transient open-loop response test method with one period of sinusoidal
input
ISO/TR 8726:1988, Road vehicles — Transient open-loop response test method with pseudo-random steering
input
ISO 8855:1991, Road vehicles — Vehicle dynamics and road-holding ability — Vocabulary
ECE Regulation No. 30, Uniform provisions concerning the approval of pneumatic tyres for motor vehicles and
their trailers
3 Principle
IMPORTANT — The method of data analysis in the frequency domain is based on the assumption that
the vehicle has a linear response. Over the whole range of lateral acceleration this is unlikely to be the
case, the standard method of dealing with such a situation being to restrict the range of the input so
that linear behaviour can be assumed and, if necessary, to perform more than one test at different
ranges of inputs that together cover the total range of interest.
The primary object of these tests is to determine the transient response behaviour of a vehicle. Characteristic
values and functions in the time and frequency domains are considered necessary for characterizing vehicle
transient response.
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ISO 7401:2003(E)
Important characteristics in the time domain are
time lags between steering-wheel angle, lateral acceleration and yaw velocity,
response times of lateral acceleration and yaw velocity (see 8.2.1),
lateral acceleration gain (lateral acceleration divided by steering-wheel angle),
yaw velocity gain (yaw velocity divided by steering-wheel angle), and
overshoot values (see 8.2.3).
These characteristics show correlation with subjective evaluation during road driving.
Important characteristics in the frequency domain are the frequency responses, i.e. amplitudes and phases of
lateral acceleration related to steering-wheel angle, and
yaw velocity related to steering-wheel angle.
There are several test methods for obtaining these characteristics in the domains of time and frequency, as
follows, the applicability of which depends in part on the size of the test track available.
a) Time domain:
1) step input;
2) sinusoidal input (one period).
b) Frequency domain:
1) random input;
2) pulse input;
3) continuous sinusoidal input.
These test methods are optional, but at least one of each domain type should be performed. The methods
chosen shall be indicated in the general data (see Annex A) and in the presentation of test results (see
Annex B).
NOTE It is possible that the characteristic values of lateral acceleration gain and yaw velocity gain, obtained by the
different test methods, may not be comparable, owing to one or more of the following circumstances:
linear versus non-linear vehicle behaviour;
periodic versus non-periodic steady state condition;
steady state versus dynamic vehicle behaviour.
4 Reference system
The variables of motion used to describe the vehicle behaviour in a test-specific driving situation relate to the
intermediate axis system (X, Y, Z) (see ISO 8855).
The location of the origin of the vehicle axis system (X , Y , Z ) is the reference point and therefore should be
V V V
independent of the loading condition. It is fixed in the longitudinal plane of symmetry at half-wheelbase and at
the same height above the ground as the centre of gravity of the vehicle at complete vehicle kerb mass (see
ISO 1176).
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ISO 7401:2003(E)
5 Variables
The following variables shall be determined:
steering-wheel angle, δ ;
H
lateral acceleration, a ;
Y
yaw velocity, ψ;
longitudinal velocity, v .
X
The following variables may be determined:
roll angle, φ;
sideslip angle, β;
lateral velocity, v ;
Y
steering-wheel torque, M .
H
These variables, defined in ISO 8855, are not intended to comprise a complete list.
6 Measuring equipment
6.1 Description
The variables to be determined in accordance with Clause 5 shall be measured by means of appropriate
transducers. Their time histories shall be recorded on a multi-channel recording system having a time base.
The typical operating ranges and recommended maximum errors of the transducers and the recording system
are given in Table 1.
6.2 Transducer installation
The transducers shall be installed according to the manufacturer's instructions, where such instructions exist,
so that the variables corresponding to the terms and definitions of ISO 8855 can be determined.
If the transducer does not measure the variable directly, appropriate transformations into the reference system
shall be carried out.
6.3 Data processing
6.3.1 General
The frequency range relevant to these tests is between 0 Hz and the maximum utilized frequency f = 5 Hz.
max
Depending on the data processing method chosen (analog or digital data processing), the provisions of 6.3.2
or 6.3.3 shall be observed.
6.3.2 Analog data processing
The bandwidth of the entire combined transducer/recording system shall be no less than 8 Hz.
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ISO 7401:2003(E)
In order to execute the necessary filtering of signals, low-pass filters of order four or higher shall be employed.
The width of the passband (from 0 Hz to frequency f at −3 dB) shall be not less than 9 Hz. Amplitude errors
0
shall be less than ± 0,5% in the relevant frequency range of 0 Hz to 5 Hz. All analog signals shall be
processed with filters having phase characteristics sufficiently similar to ensure that time delay differences due
to filtering lie within the required accuracy for time measurement.
NOTE During analog filtering of signals with different frequency contents, phase shifts can occur. Therefore a digital
data processing method, as described in 6.3.3, is preferable.
Table 1 — Variables, their typical operating ranges and recommended maximum errors
Recommended maximum error of
Variable Range combined transducer and recorder
system
a
Steering-wheel angle − 180° to + 180 ± 1°
2 2 2
Lateral acceleration − 15 m/s to + 15 m/s ± 0,15 m/s
Yaw velocity − 50 °/s to + 50 °/s ± 0,5°/s
Sideslip angle − 15° to + 15° ± 0,3°
Longitudinal velocity 0 m/s to 50 m/s ± 0,5 m/s
Lateral velocity − 10 m/s to + 10 m/s ± 0,1 m/s
Roll angle − 15° to + 15° ± 0,15°
Steering-wheel torque − 30 N⋅m to + 30 N⋅m ± 0,3 ⋅ m
Transducers for some of the listed variables are not widely available and are not in general use. Many such instruments
are developed by users. If any system error exceeds the recommended maximum value, this and the actual maximum
error shall be stated under general data in the test report (see Annex A).
a
Assuming a conventional steering system.
6.3.3 Digital data processing
6.3.3.1 General considerations
Preparation of analog signals includes consideration of filter amplitude attenuation and sampling rate in order
to avoid aliasing errors, filter phase lags and time delays. Sampling and digitizing considerations include
pre-sampling amplification of signals so as to minimize digitizing errors, the number of bits per sample, the
number of samples per cycle, sample and hold amplification, and timewise spacing of samples.
Considerations for additional phaseless digital filtering include the selection of passbands and stopbands, and
the attenuation and allowable ripple in each, as well as correction of anti-alias filter phase lags. Each of these
factors shall be considered so that an overall data-acquisition accuracy of ± 0,5 % is achieved
6.3.3.2 Aliasing errors
In order to avoid uncorrectable aliasing, the analog signals shall be appropriately filtered before sampling and
digitizing. The order of filters used and their passband shall be chosen according to both the required flatness
in the relevant frequency range and the sampling rate. The minimum filter characteristics and sampling rate
shall be such that
within the relevant frequency range of 0 Hz to f = 5 Hz the attenuation is less than the resolution of the
max
data acquisition system, and
at one-half the sampling rate (i.e. the Nyquist or “folding” frequency) the magnitudes of all frequency
components of signal and noise are reduced to less than the system resolution.
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ISO 7401:2003(E)
For 12-bit data acquisition systems with a resolution of 0,05 % the filter attenuation shall be less than 0,05 %
to 5 Hz, and the attenuation shall be greater than 99,95 % at all frequencies greater than one-half the
sampling frequency.
NOTE For a Butterworth filter the attenuation is given by
1
2
=
A
2n
f
max
1 +
f
0
and
1
2
=
A
2n
f
N
1+
f
0
where
n is the order of the filter;
f is the relevant frequency range (5 Hz);
max
f is the filter cut-off frequency;
0
f is the Nyquist or “folding” frequency;
N
f is the sampling frequency = 2 × f .
s n
For example, for a fourth-order filter:
for A = 0,9995, f = 2,37 × f = 11,86 Hz;
0 max
for A = 0,0005, f = 2 × (6,69 × f ) = 158 Hz.
s 0
6.3.3.3 Phase shifts and time delays for anti-aliasing filtering
Excessive analog filtering shall be avoided, and all filters shall have sufficiently similar phase characteristics to
ensure that time delay differences lie within the required accuracy for the time measurement.
NOTE In the frequency range in which the filter amplitude characteristics remains flat, the phase shift, φ, of a
Butterworth filter can be approximated by
φ = 81° ( f/f ) for 2nd order,
0
φ = 150° ( f/f ) for 4th order,
0
φ = 294° ( f/f ) for 8th order.
0
The time delay for all filter orders is t = (φ /360°) × (1/f )
0
6.3.3.4 Data sampling and digitizing
At 5 Hz the amplitude changes by up to 3 % per millisecond. To limit dynamic errors caused by changing
analog inputs to 0,1 %, sampling or digitizing time shall be less than 32 µs. All pairs of sets of data samples to
be compared shall be taken simultaneously or over a sufficiently short time period.
© ISO 2003 — All rights reserved 5
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ISO 7401:2003(E)
6.3.3.5 Data acquisition system requirements
The data acquisition system shall have a resolution of 12 bits or more (± 0,05 %) and an accuracy of
2 LSB (± 0,1 %). Anti-aliasing filters shall be of order four or higher and the relevant frequency range shall be
from 0 Hz to f .
max
For fourth-order filters, f shall be greater than 2,37 f if phase errors are subsequently adjusted in digital
0 max
data processing, and greater than 5 f otherwise, and the data sampling frequency f shall be greater than
max s
13,4 f .
0
For filters of orders other than the fourth order, f and f shall be selected for adequate flatness and prevention
0 s
of alias error.
Amplification of the signal before digitizing shall be such that in the digitizing process the additional error is
less than 0,2 %. Sampling and digitizing time for each data channel sampled shall be less than 32 µs.
6.3.3.6 Digital filtering
For filtering of sampled data in data evaluation, phaseless (zero-phase-shift) digital filters shall be used, in
accordance with the following (see Figure 1):
the passband shall range from 0 Hz to 5 Hz;
the stopband shall begin at between 10 Hz and 15 Hz;
the filter gain in the passband shall be ± 0,005 (100 ± 0,5) %;
the filter gain in the stopband shall be u 0,01 (u 1 %).
a
Passband
b
Stopband
Figure 1 — Required characteristics of phaseless digital filters
6 © ISO 2003 — All rights reserved
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ISO 7401:2003(E)
7 Test conditions
7.1 General
Limits and specifications for the ambient wind and vehicle test conditions are established in 7.3 to 7.4, and
shall be maintained throughout each test. Any deviations shall be shown in the test report (see Annex A),
including the individual diagrams of the presentation of results (see Annex B).
7.2 Test track
All tests shall be carried out on a smooth, clean, dry and uniform paved road surface. The gradient of the
paved surface shall not exceed 2,5 % in any direction when measured over any distance interval between that
corresponding to the vehicle track and 25 m. For each test the road surface conditions and paving material
shall be recorded in the test report (see Annex A).
For the standard test conditions, a smooth, dry pavement of asphalt or cement concrete or a high-friction test
surface should be used.
For the random input test, the test surface shall be maintained over a minimum track width of 8 m for a length
sufficient to permit at least 30 s running at the test speed.
7.3 Weather conditions
During the measurements, ambient wind velocity shall not exceed 5 m/s, regardless of wind direction.
The component of the wind velocity perpendicular to the vehicle path shall not exceed 4 m/s.
For each test procedure, weather conditions shall be recorded in the test report (see Annex A).
7.4 Test vehicle
7.4.1 Tyres
For the standard test conditions, new tyres shall be fitted on the test vehicle according to the manufacturer's
specifications. They shall have a tread depth of at least 90 % of the original value in the principal grooves
within 0,75 of the tread breadth (in accordance with specifications for tread-wear indicators given in
ECE Regulation No. 30) and shall not have been manufactured more than one year prior to the test. The date
of manufacture shall be noted in the test report (see Annex A).
NOTE The tread breadth is the width of that part of the tread which, with the tyre correctly inflated, is in contact with
the road in normal straight-line driving.
If not otherwise specified by the tyre manufacturer, the tyres shall be run in for at least 150 km on the test
vehicle or an equivalent vehicle without excessively harsh use such as severe braking, acceleration, cornering
or hitting the kerb. After running in, the tyres shall be maintained at the same position on the vehicle
throughout the tests.
Tyres shall be inflated to the pressure specified by the vehicle manufacturer for the test vehicle configuration
1)
at the ambient temperature of the test. The tolerance for setting the cold inflation pressure is ± 5 kPa for
pressures up to 250 kPa and ± 2 % for those above 250 kPa.
Inflation pressure and tread depth of the tyres before the tyre warm-up and after completion of the test shall
be recorded in the test report (see Annex A).
The tests may also be performed in other than the standard condition. The details shall be recorded in the test
report (see Annex A).
2 3 2
1) 1 kPa = 10 bar = 10 N/m
© ISO 2003 — All rights reserved 7
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ISO 7401:2003(E)
As tread depth or uneven tread wear can have a significant influence on test results, these should be taken
into account when making comparisons between vehicles or between tyres.
7.4.2 Other operating components
For the standard test conditions, any operating component likely to influence the results of a test (e.g. shock
absorbers, springs and other suspension components and suspension geometry) shall be as specified by the
manufacturer. Any deviations from the manufacturer's specifications shall be recorded in the test report (see
Annex A).
7.4.3 Vehicle loading conditions
7.4.3.1 General
Tests shall be carried out at the minimum loading condition and at the maximum loading condition defined
below, and at other loading conditions of interest.
The maximum authorized total mass (Code: ISO-M08) and the maximum authorized axle load (Code:
ISO-M13), in accordance with ISO 1176:1990, 4.8 and 4.13, shall not be exceeded.
Care shall be taken to minimize the difference of both the location of the centre of gravity and the moments of
inertia as compared to the loading conditions of the vehicle in normal use (see ISO 2416:1992, Clause 5). The
resulting static wheel loads shall be determined and recorded in the test report (see Annex A).
7.4.3.2 Minimum loading condition
For the minimum loading condition, the total vehicle mass shall consist of the complete vehicle kerb mass
(Code: ISO-M06) in accordance with ISO 1176:1990, 4.6, plus the masses of the driver and the
instrumentation. The mass of the driver and the instrumentation should not exceed 150 kg. The load
distribution shall be equivalent to that of two occupants in the front seats, in accordance with ISO 2416.
7.4.3.3 Maximum loading condition
For the maximum loading condition, the total mass shall be equal to the maximum authorized total mass.
For the maximum loading condition, the total mass shall be equivalent to the complete vehicle kerb mass, plus
68 kg for each seat in the passenger compartment and with the remaining maximum mass of transportable
goods equally distributed over the luggage compartment in a
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 7401
Deuxième édition
2003-02-15
Véhicules routiers — Méthodes d'essai
de réponse transitoire latérale —
Méthodes d'essai en boucle ouverte
Road vehicles — Lateral transient response test methods — Open-loop
test methods
Numéro de référence
ISO 7401:2003(F)
©
ISO 2003
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ISO 7401:2003(F)
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Publié en Suisse
ii © ISO 2003 — Tous droits réservés
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ISO 7401:2003(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives. 1
3 Principe . 1
4 Système de référence. 3
5 Paramètres. 3
6 Équipement de mesure. 3
6.1 Description. 3
6.2 Installation des capteurs. 3
6.3 Traitement des données. 4
7 Conditions d'essai . 7
7.1 Généralités. 7
7.2 Piste d'essai. 7
7.3 Conditions ambiantes. 8
7.4 Véhicule d'essai . 8
7.5 Mise en température . 9
7.6 Vitesse d'essai. 9
8 Entrée en échelon . 10
8.1 Mode opératoire d'essai . 10
8.2 Analyse des données . 10
8.3 Présentation des données . 11
9 Entrée sinusoïdale — Une période (voir l'ISO/TR 8725). 12
9.1 Mode opératoire d'essai . 12
9.2 Analyse des données . 12
9.3 Présentation des données . 13
10 Entrée aléatoire (voir l'ISO/TR 8726) . 14
10.1 Mode opératoire d'essai . 14
10.2 Analyse des données . 14
10.3 Présentation des données . 15
11 Entrée impulsionnelle. 16
11.1 Mode opératoire d'essai . 16
11.2 Analyse des données . 16
11.3 Présentation des données . 16
12 Entrée sinusoïdale continue . 17
12.1 Mode opératoire d'essai . 17
12.2 Analyse des données . 17
12.3 Présentation des données . 18
Annexe A (normative) Rapport d'essai — Données générales. 19
Annexe B (normative) Rapport d'essai — Présentation des résultats . 21
Bibliographie . 26
© ISO 2003 — Tous droits réservés iii
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ISO 7401:2003(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 7401 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 22, Véhicules routiers, sous-comité SC 9,
Dynamique des véhicules et tenue de route.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 7401:1988), qui a fait l'objet d'une
révision technique.
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ISO 7401:2003(F)
Introduction
Le comportement dynamique d'un véhicule routier représente une partie extrêmement importante de la
sécurité active d'un véhicule. Tout véhicule avec son conducteur et son environnement du moment constitue
un système en boucle fermée unique. La tâche consistant à évaluer le comportement dynamique est donc
très difficile car il existe une interaction significative entre ces éléments conducteur/véhicule/environnement;
chacun de ces éléments, pris séparément, est déjà complexe en soi. Une description complète et précise du
comportement du véhicule routier doit nécessairement faire intervenir des informations tirées d'un certain
nombre d'essais de types différents. Comme ils ne quantifient qu'une petite partie de l'ensemble du domaine
du comportement routier, les résultats de ces essais ne peuvent être considérés comme significatifs que pour
une partie tout aussi limitée du comportement dynamique général.
De plus, on ne dispose pas de connaissances suffisantes sur la relation entre la prévention des accidents et
les caractéristiques dynamiques évaluées lors de ces essais. Un effort substantiel est nécessaire pour
acquérir des données suffisantes et fiables sur la corrélation entre la prévention des accidents et les
propriétés dynamiques des véhicules, en général, et les résultats de ces essais, en particulier. Il n'est donc
pas possible actuellement d'utiliser ces méthodes et les résultats des essais à des fins réglementaires. Au
mieux, on peut espérer que les essais de réponse transitoire soient utilisés comme des essais parmi d'autres
essais, qui couvrent, ensemble, le domaine du comportement dynamique du véhicule.
Enfin, le rôle des pneumatiques est important et les résultats des essais peuvent être influencés de manière
significative suivant le type et l'état de ces pneumatiques.
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NORME INTERNATIONALE ISO 7401:2003(F)
Véhicules routiers — Méthodes d'essai de réponse transitoire
latérale — Méthodes d'essai en boucle ouverte
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale spécifie des méthodes d'essai en boucle ouverte permettant de déterminer
le comportement de réponse transitoire des véhicules routiers. Elle est applicable aux voitures particulières
telles qu'elles sont définies dans l'ISO 3833 et aux véhicules utilitaires légers.
NOTE Les manœuvres en boucle ouverte définies dans la présente Norme internationale ne sont pas
représentatives des conditions réelles de conduite mais sont utiles pour obtenir des mesures du comportement transitoire
du véhicule en réponse à un type spécifique de commande au volant dans un environnement d'essai très contrôlé. Pour le
mesurage des propriétés en régime permanent, voir l'ISO 4138.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 1176:1990, Véhicules routiers — Masses — Vocabulaire et codes
ISO 2416:1992, Voitures particulières — Répartition des masses
ISO 3833:1977, Véhicules routiers — Types — Dénominations et définitions
ISO/TR 8725:1988, Véhicules routiers — Méthode d'essai en régime transitoire et boucle ouverte avec
impulsion d'entrée sinusoïdale d'une période
ISO/TR 8726:1988, Véhicules routiers — Méthode d'essai en régime transitoire et sur boucle ouverte avec
signal d'entrée pseudo-aléatoire
ISO 8855:1991, Véhicules routiers — Dynamique des véhicules et tenue de route — Vocabulaire
CEE/ONU Règlement No. 30, Prescriptions uniformes relatives à l'homologation des pneumatiques pour
automobiles et leurs remorques
3 Principe
IMPORTANT — La méthode d'analyse de données dans le domaine fréquentiel est fondée sur
l'hypothèse que le véhicule a une réponse linéaire. Il est peu probable que ce soit le cas sur toute la
plage d'accélérations transversales, la procédure normalisée face à ce type de situation consistant à
limiter la plage des signaux d'entrée de manière que l'on puisse présupposer un comportement
linéaire et, si nécessaire, à effectuer plusieurs essais en variant la plage des signaux d'entrée, qui,
pris ensemble, couvrent toute la plage jugée intéressante.
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ISO 7401:2003(F)
L'objet essentiel de ces essais consiste à déterminer le comportement de réponse transitoire d'un véhicule.
Les valeurs et fonctions caractéristiques dans le domaine temporel et dans le domaine fréquentiel sont
considérées nécessaires pour caractériser la réponse transitoire du véhicule.
Les caractéristiques importantes dans le domaine temporel sont
les retards entre l'angle au volant, l'accélération transversale et la vitesse de lacet,
les temps de réponse de l'accélération transversale et de la vitesse de lacet (voir 8.2.1),
le gain en accélération transversale (accélération transversale divisée par l'angle au volant),
le gain en vitesse de lacet (vitesse de lacet divisée par l'angle au volant), et
les valeurs de dépassement (voir 8.2.3).
Les caractéristiques énumérées ci-dessus présentent une corrélation avec l'évaluation subjective pendant la
conduite sur route.
Les caractéristiques importantes dans le domaine fréquentiel sont les réponses en fréquence, c'est-à-dire les
amplitudes et les phases
de l'accélération transversale en fonction de l'angle au volant, et
de la vitesse de lacet en fonction de l'angle au volant.
Plusieurs méthodes d'essai permettent d'obtenir ces caractéristiques dans les domaines temporel et
fréquentiel, comme suit, leur applicabilité dépendant en partie des dimensions de la piste disponible pour les
essais.
a) Domaine temporel:
1) entrée en échelon;
2) entrée sinusoïdale (une période).
b) Domaine fréquentiel:
1) entrée aléatoire;
2) entrée impulsionnelle;
3) entrée sinusoïdale continue.
L'application de ces méthodes d'essai est facultative. Il est recommandé d'en appliquer au minimum une de
chaque type de domaine. Les méthodes choisies doivent être indiquées dans les données générales (voir
Annexe A) et dans la présentation des résultats d'essais (voir Annexe B).
NOTE Les valeurs caractéristiques du gain en accélération transversale et du gain en vitesse de lacet, obtenues au
moyen des différentes méthodes d'essai, peuvent ou non être comparables entre elles selon qu'une ou plusieurs des
circonstances suivantes interviennent:
comportement linéaire ou non linéaire du véhicule;
état de régime permanent périodique ou non périodique;
comportement en régime permanent ou comportement dynamique du véhicule.
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4 Système de référence
Les paramètres de mouvement utilisés pour décrire le comportement du véhicule dans une situation de
conduite spécifique à un essai se rapportent au référentiel intermédiaire (X, Y, Z) (voir l'ISO 8855).
L'emplacement de l'origine du référentiel véhicule (X , Y , Z ) est le point de référence et il convient donc qu'il
V V V
soit indépendant de l'état de charge. Il est fixe, dans le plan de symétrie longitudinal, à la moitié de
l'empattement et à une hauteur par rapport au sol égale à la hauteur du centre de gravité correspondant à la
masse du véhicule complet en ordre de marche (voir l'ISO 1176).
5 Paramètres
Les paramètres suivants doivent être déterminés:
l'angle au volant, δ ;
H
l'accélération transversale, a ;
Y
la vitesse de lacet, ψ ;
la vitesse longitudinale, v .
X
Suivant les besoins, les paramètres suivants peuvent être déterminés:
l'angle de roulis, φ;
l'angle de dérive, β;
la vitesse transversale, v ;
Y
le couple au volant, M .
H
Ces paramètres, définis dans l'ISO 8855, ne sont pas censés constituer une liste exhaustive.
6 Équipement de mesure
6.1 Description
Les paramètres à déterminer conformément à l'Article 5 doivent être mesurés à l'aide de capteurs appropriés.
Leur variation en fonction du temps doit être enregistrée au moyen d'un système d'enregistrement multicanal
avec base de temps.
Les plages types de fonctionnement et les erreurs maximales recommandées des capteurs et du système
d'enregistrement sont indiquées dans le Tableau 1.
6.2 Installation des capteurs
Les capteurs doivent être installés conformément aux instructions du fabricant, si elles existent, de manière
que les paramètres correspondant aux termes et définitions de l'ISO 8855 puissent être déterminés.
Si le capteur ne mesure pas directement le paramètre, des modifications appropriées doivent être apportées
au système de référence.
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6.3 Traitement des données
6.3.1 Généralités
La plage de fréquences applicable pour ces essais est comprise entre 0 Hz et la fréquence maximale utilisée,
f , égale à 5 Hz. En fonction de la méthode choisie pour le traitement des données (traitement analogique
max
ou numérique), les dispositions données en 6.3.2 ou en 6.3.3 doivent être respectées.
6.3.2 Traitement analogique des données
La largeur de bande de l'ensemble de la chaîne de mesure ne doit pas être inférieure à 8 Hz.
Pour effectuer le filtrage nécessaire des signaux, des filtres passe-bas d'ordre quatre ou plus doivent être
utilisés. La largeur de la bande passante (de 0 Hz à la fréquence f à − 3 dB) ne doit pas être inférieure à 9 Hz.
0
Les erreurs d'amplitude doivent être inférieures à ± 0,5 % dans la plage de fréquences applicable, comprise
entre 0 Hz et 5 Hz. Tous les signaux analogiques doivent être traités à l'aide de filtres possédant des
caractéristiques de phase suffisamment similaires pour garantir que les déphasages dus au filtrage soient
compris dans les limites de l'exactitude requise pour le mesurage du temps.
NOTE Pendant le filtrage analogique de signaux ayant des composantes fréquentielles différentes, des déphasages
peuvent se produire. C'est pourquoi, une méthode numérique de traitement des données, comme celle décrite en 6.3.3,
est préférable.
Tableau 1 — Paramètres, plages types de fonctionnement et erreurs maximales recommandées
Erreur maximale recommandée
Paramètre Plage type de fonctionnement
de la chaîne de mesure
a
Angle au volant − 180° à + 180° ± 1°
2 2 2
Accélération transversale − 15 m/s à + 15 m/s ± 0,15 m/s
Vitesse de lacet − 50°/s à + 50°/s ± 0,5°/s
Angle de dérive − 15° à + 15° ± 0,3°
Vitesse longitudinale 0 m/s à 50 m/s ± 0,5 m/s
Vitesse transversale − 10 m/s à + 10 m/s ± 0,1 m/s
Angle de roulis − 15° à + 15° ± 0,15°
. . .
Couple au volant − 30 N m à + 30 N m ± 0,3 N m
Pour certains des paramètres indiqués ci-dessus, les capteurs ne sont pas largement répandus et leur utilisation n'est pas généralisée.
Les utilisateurs développent de nombreux instruments de ce genre. Si une erreur du système dépasse la valeur maximale
recommandée, cette valeur et l'erreur maximale réelle doivent être consignées sous les données générales, dans le rapport d'essai (voir
Annexe A).
a
Dans l'hypothèse d'un système de direction conventionnel.
6.3.3 Traitement numérique des données
6.3.3.1 Généralités
La préparation des signaux analogiques prend en compte l'atténuation de l'amplitude du filtre et la fréquence
d'échantillonnage pour éviter des erreurs de repliement de spectre, des retards de phase du filtre et des
temporisations. L'échantillonnage et la numérisation doivent prendre en compte l'amplification de pré-
échantillonnage des signaux pour réduire autant que possible les erreurs de numérisation, le nombre de bits
par échantillon, le nombre d'échantillons par cycle, l'amplification échantillonnage-blocage et l'espacement
temporel des échantillons. Les facteurs à prendre en compte pour un filtrage numérique supplémentaire sans
phase comprennent la sélection de bandes passantes et de bandes coupées, l'atténuation et l'ondulation
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admissible de chacune d'elles et la correction des retards de phase du filtre antirepliement. Chacun de ces
facteurs doit être pris en compte pour obtenir une exactitude globale de l'acquisition des données de ± 0,5 %.
6.3.3.2 Erreurs de repliement de spectre
Pour éviter des repliements de spectre impossibles à corriger, les signaux analogiques doivent être filtrés de
façon appropriée avant l'échantillonnage et la numérisation. L'ordre des filtres utilisés et leur bande passante
doivent être choisis en fonction de la planéité requise dans la plage de fréquences applicable et de la
fréquence d'échantillonnage. Les caractéristiques minimales du filtre et de la fréquence d'échantillonnage
doivent être telles que
dans la plage de fréquences applicable, comprise entre 0 Hz et f = 5 Hz, l'atténuation soit inférieure à
max
la résolution du système d'acquisition des données, et
à la moitié de la fréquence d'échantillonnage (c'est-à-dire à la fréquence de Nyquist ou de «repliement du
spectre»), les grandeurs de toutes les composantes fréquentielles du signal ou du bruit soient réduites à
un niveau inférieur à la résolution du système.
Pour les systèmes d'acquisition de données à 12 bits possédant une résolution de 0,05 %, l'atténuation du
filtre doit être inférieure à 0,05 % jusqu'à 5 Hz, et supérieure à 99,95 % à toutes les fréquences supérieures à
la moitié de la fréquence d'échantillonnage.
NOTE Pour un filtre de Butterworth, l'atténuation est donnée par
1
2
A =
2n
f
max
1+
f
0
et
1
2
A =
2n
f
N
1+
f
0
où
n est l'ordre du filtre;
f est la fréquence la plus élevée (5 Hz) de la plage de fréquences applicable;
max
f est la fréquence de coupure du filtre;
0
f est la fréquence de Nyquist ou de «repliement du spectre»;
N
f est la fréquence d'échantillonnage = 2 × f .
s N
Par exemple, pour un filtre d'ordre quatre:
pour A = 0,999 5, f = 2,37 × f = 11,86 Hz;
0 max
pour A = 0,000 5, f = 2 × (6,69 × f ) = 158 Hz.
s 0
6.3.3.3 Déphasages du filtre et temporisations pour un filtrage antirepliement de spectre
Un filtrage analogique excessif doit être évité et tous les filtres doivent avoir des caractéristiques de phase
suffisamment similaires pour garantir que les différences de temporisation se situent dans les limites
d'exactitude requises pour le mesurage du temps.
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NOTE Pour la plage de fréquences dans laquelle les caractéristiques d'amplitude du filtre demeurent plates, le
déphasage, φ, d'un filtre de Butterworth peut être approché par
φ = 81° × (f/f ) pour un filtre d'ordre 2,
0
φ = 150° × (f/f ) pour un filtre d'ordre 4,
0
φ = 294° × (f/f ) pour un filtre d'ordre 8.
0
La temporisation de tous les ordres de filtres est t = (φ/360°) × (1/f )
0
6.3.3.4 Échantillonnage et numérisation des données
À 5 Hz, l'amplitude change d'une valeur pouvant atteindre jusqu'à 3 %/ms. Pour limiter à 0,1 % les erreurs
dynamiques causées par des entrées analogiques changeantes, la durée d'échantillonnage ou de
numérisation doit être inférieure à 32 µs. Toutes les paires ou tous les ensembles d'échantillons de données à
comparer doivent être relevés simultanément ou pendant une période suffisamment courte.
6.3.3.5 Exigences relatives au système d'acquisition des données
Le système d'acquisition des données doit avoir une résolution minimale de 12 bits (± 0,05 %) et une
exactitude de 2 LSB (± 0,1 %). Les filtres antirepliement de spectre doivent être d'ordre quatre ou plus et la
plage de fréquences applicable doit être comprise entre 0 Hz et f .
max
Pour les filtres d'ordre quatre, f doit être supérieure à 2,37 × f si les erreurs de phase sont ensuite
0 max
ajustées par traitement numérique des données, et elle doit être supérieure à 5 × f dans les autres cas.
max
Pour les filtres d'ordre quatre, la fréquence d'échantillonnage des données, f , doit être supérieure à 13,4 × f .
s 0
Pour les filtres d'ordre différent de quatre, f et f doivent être choisies pour assurer une planéité appropriée et
0 s
la prévention des erreurs de repliement de spectre.
L'amplification du signal avant la numérisation doit être telle que l'erreur supplémentaire durant le processus
de numérisation soit inférieure à 0,2 %. La durée de l'échantillonnage et de la numérisation pour chaque canal
de données échantillonnées doit être inférieure à 32 µs.
6.3.3.6 Filtrage numérique
Pour le filtrage des données échantillonnées pendant l'évaluation des données, des filtres numériques à
déphasage nul doivent être utilisés conformément à ce qui suit (voir Figure 1):
la bande passante doit être comprise entre 0 Hz et 5 Hz;
la bande coupée doit commencer entre 10 Hz et 15 Hz;
le gain du filtre dans la bande passante doit être égal à 1 ± 0,005 (100 ± 0,5) %;
le gain du filtre dans la bande coupée doit être u 0,01 (u 1 %).
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a
Bande passante.
b
Bande coupée.
Figure 1 — Caractéristiques requises des filtres numériques sans phase
7 Conditions d'essai
7.1 Généralités
Les limites et les spécifications relatives au vent ambiant et aux conditions d'essai du véhicule sont définies
en 7.3 et 7.4 et doivent être maintenues pendant tout l'essai. Tous les écarts éventuels doivent être
mentionnés dans le rapport d'essai (voir Annexe A), comprenant les différents diagrammes de présentation
des résultats (voir Annexe B).
7.2 Piste d'essai
Tous les essais doivent être effectués sur une surface lisse, propre, sèche et uniforme d'une chaussée
revêtue. La pente de la surface revêtue ne doit pas dépasser 2,5 %, quelle que soit la direction, cette pente
étant mesurée sur tout intervalle de distance compris entre celui correspondant à la voie du véhicule et 25 m.
Pour chaque essai, l'état de la surface de la route et le matériau de revêtement doivent être consignés dans le
rapport d'essai (voir Annexe A).
Pour les conditions d'essai normalisées, il convient d'utiliser un revêtement lisse et sec d'asphalte ou de béton
de ciment ou encore une surface d'essai à coefficient de frottement élevé.
Pour les essais à entrée aléatoire, l'état de la surface d'essai doit être le même sur une largeur de piste
minimale de 8 m et sur une longueur suffisante pour permettre un parcours de 30 s au minimum à la vitesse
d'essai.
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7.3 Conditions ambiantes
Pendant les mesurages, la vitesse du vent ambiant ne doit pas dépasser 5 m/s, quelle que soit la direction du
vent.
La composante de la vitesse du vent perpendiculaire à la trajectoire du véhicule ne doit pas dépasser 4 m/s.
Pour chaque mode opératoire d'essai, les conditions ambiantes doivent être consignées dans le rapport
d'essai (voir Annexe A).
7.4 Véhicule d'essai
7.4.1 Pneumatiques
Pour des conditions d'essai normalisées, de nouveaux pneumatiques doivent être montés sur le véhicule
d'essai, conformément aux spécifications du constructeur. Les pneumatiques doivent avoir une profondeur de
sculpture d'au moins 90 % de la valeur d'origine dans les rainures principales sur 3/4 de la largeur de la
bande de roulement (conformément aux spécifications rel
...
Questions, Comments and Discussion
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