崔紅雨

(同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院，上海 201804)

Cruise中滑行數(shù)據(jù)替代行駛阻力的處理方法

崔紅雨

(同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院，上海 201804)

分析汽車道路滑行試驗的數(shù)據(jù)處理方法，論述了整車阻力的獲得方法，著重闡述如何簡單有效地在Cruise軟件中設(shè)置較為準(zhǔn)確的整車阻力數(shù)據(jù)的一種方法。

滑行數(shù)據(jù)；整車阻力；Cruise軟件

0 引言

AVL Cruise 軟件是用于車輛系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析的高級軟件，可以輕松實現(xiàn)對復(fù)雜車輛動力傳動系統(tǒng)的仿真分析：車輛在不同配置參數(shù)和整車阻力下運(yùn)行，計算動力經(jīng)濟(jì)性，經(jīng)過分析從而得到最優(yōu)配置，降低設(shè)計強(qiáng)度、縮短試驗周期，車輛配置參數(shù)由廠家準(zhǔn)確提供。所以車輛整車阻力的設(shè)定直接影響著模擬分析輸出的準(zhǔn)確性，是至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)。

眾所周知，汽車在行駛中有滾動阻力、空氣阻力、坡道阻力、加速阻力以及車輛內(nèi)部摩擦損耗，在車速較低時，空氣阻力較小，整車阻力以滾動阻力為主；隨車速升高，空氣阻力所占比例加大。一般情況下通過添加滾動阻力和空氣阻力經(jīng)驗值進(jìn)行仿真，誤差較大，所以為使模擬分析更加準(zhǔn)確，必須輸入準(zhǔn)確的整車阻力。所以準(zhǔn)確地獲得整車阻力對降低汽車油耗具有重要的意義。

一般情況下測定整車阻力有兩種方案：第一種方案是分別測試滾動阻力和空氣阻力，然后疊加計算整車阻力；第二種是通過滑行實驗反向計算整車阻力。第一種是在轉(zhuǎn)鼓試驗臺上精確測定滾動阻力，在風(fēng)洞內(nèi)精確測定空氣阻力，但相應(yīng)的阻力測量會耗費大量的資源，并且相關(guān)測量對試驗設(shè)備的要求非常高。第二種方案成本低, 可靠性較高, 實用性強(qiáng)。因此, 國內(nèi)外仍然大量采用第二種路面滑行試驗法來測定汽車的行駛阻力。路面滑行試驗不能直接得到整車阻力，所以通過測試數(shù)據(jù)計算整車阻力至關(guān)重要。下面來討論如何處理滑行試驗得到的數(shù)據(jù)，在AVL Cruise應(yīng)用中如何準(zhǔn)確地設(shè)定整車阻力，力求準(zhǔn)確模擬車輛運(yùn)行狀況的問題。

1 汽車道路滑行試驗的數(shù)據(jù)處理

1.1 滑行數(shù)據(jù)采樣分析

整車滑行試驗數(shù)據(jù)一般有時間、速度和里程采樣3種。而最容易得到的數(shù)據(jù)是距離與速度或速度與時間的關(guān)系。下面針對一組距離與速度數(shù)據(jù)來分析相關(guān)阻力獲取方法。

1.2 除異點

理論上整車阻力是滾動阻力、空氣阻力、坡道阻力、加速阻力組成的，如下式[1]：

Ft=Ff+Fw+Fi+Fj

如果假設(shè)路面是平整的不存在坡度，那么坡道阻力可以忽略；車輛滑行時處于空擋，不存在加速阻力，那么可以認(rèn)為此時的加速度反映的是滾動阻力、空氣阻力。眾所周知，滾動阻力和空氣阻力都和車速呈單調(diào)關(guān)系的，所以理論上滑行試驗過程整車阻力和車速呈單調(diào)關(guān)系;而加速度本質(zhì)上反映了汽車滑行過程中的整車阻力，所以理論上加速度和車速呈單調(diào)關(guān)系?；羞^程，車速必然隨時間降低，即速度和時間為單調(diào)關(guān)系，所以加速度和時間是單調(diào)關(guān)系。但是，通過實際數(shù)據(jù)分析加速度和時間并非單調(diào)關(guān)系，有很多點出現(xiàn)了不合理的跳躍情況，稱之為異點。

分析原因，是因為在滑行過程中除滾動阻力和空氣阻力外，汽車還受到許多隨機(jī)激勵，如路面上微小的凸起和凹坑、水泥接縫、偶爾陣風(fēng)等。這些隨機(jī)激勵對加速度的數(shù)值產(chǎn)生影響。滑行數(shù)據(jù)(圖1)受隨機(jī)激勵影響，使得a-t曲線(圖2)波動較大。因此，擬合前要剔除異點，即把明顯不合理的數(shù)據(jù)刪除。某數(shù)值與其相鄰的兩數(shù)平均值相比，若超過2倍或小于50%，則視為異點。如圖1是某車型滑行數(shù)據(jù)，根據(jù)該組數(shù)據(jù)作者求解原始a-t曲線(圖2),剔除不可信點后，得到處理后的a-t曲線(圖3)。

圖1 滑行數(shù)據(jù)

圖2 原始加速度a-時間t曲線

圖3 處理后的加速度a-時間t曲線

1.3 行駛阻力求解

根據(jù)GB/T 27840-2011《重型商用車燃料消耗量測量方法》中關(guān)于行駛阻力的求解方法：

計算行駛阻力如圖4所示。

圖4 整車阻力-車速曲線

2 AVL Cruise中整車阻力的設(shè)定

在汽車模擬仿真軟件AVL Cruise的應(yīng)用中，對整車阻力的設(shè)置一般以下3種形式：Physical(經(jīng)驗?zāi)Ｊ剑狠斎肟諝庾枇?、滾動阻力)，F(xiàn)unction(阻力函數(shù)法)，Characteristic(阻力曲線特性法)。根據(jù)掌握的汽車阻力數(shù)據(jù)情況，可以選擇不同的阻力設(shè)置方式。

可以在車輛組件的屬性窗口中選擇車輛阻力設(shè)置模式，如圖5所示。

圖5 Cruise整車阻力模式的設(shè)置界面

文中采用的是Characteristic方法，是直接設(shè)計輸入速度和對應(yīng)的阻力即v-F曲線，如圖6所示。

圖6 整車阻力表

見圖6，a列代表車速(km/h),b列代表阻力(N)，將車速、阻力一一對應(yīng)填進(jìn)去。其中車速-阻力曲線的獲取在第1.3節(jié)中已經(jīng)詳細(xì)介紹了，不再贅述。

當(dāng)完成數(shù)據(jù)的處理和準(zhǔn)備工作后，就可以利用Cruise來模擬車輛的動力性和經(jīng)濟(jì)性了。

3 計算

3.1 計算模型建立

計算模型建立的方法在Cruise手冊和各種文獻(xiàn)都有詳細(xì)描述，文中不再贅述。需要提醒的是，盡量多地使用通過試驗獲取的參數(shù)設(shè)定各模塊零部件。具體模型見圖7。

圖7 6×4牽引車配3軸掛車的整車模型

3.2 計算任務(wù)

按照設(shè)計要求在Cruise內(nèi)搭建滑行模型，在folder里面創(chuàng)建Brake/Coast/Thrust任務(wù)。folder設(shè)置阻力模式，要求阻力模式與圖5所示的Cruise整車阻力模式的設(shè)置界面內(nèi)設(shè)置的阻力

相互對應(yīng)；設(shè)置Without Gears(脫擋滑行)，設(shè)置初始車速為80 km/h、Load State為Full，其他設(shè)置按需要具體設(shè)置。

在Calculation Center里面進(jìn)行運(yùn)算，并且觀察是否有錯誤產(chǎn)生，如圖8顯示計算完成。

圖8 Cruise計算過程

3.3 計算結(jié)果

觀察Cruise模擬滑行的曲線圖。打開Result Manager中的 Velocity圖，可以得到速度和時間關(guān)系圖，即Cruise模擬滑行曲線圖，如圖9所示。

圖9 Cruise模擬滑行曲線圖

3.4 與滑行數(shù)據(jù)進(jìn)行對比

為了驗證Cruise計算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要對比滑行試驗數(shù)據(jù)和Cruise計算數(shù)據(jù)。

打開Result Manager中的 Velocity圖，找到Velocity-Distance曲線圖，并且導(dǎo)出速度-距離的曲線數(shù)據(jù)。利用Excel對比滑行試驗數(shù)據(jù)和Cruise計算數(shù)據(jù)，如圖10所示。

圖10 試驗數(shù)據(jù)和Cruise模擬滑行數(shù)據(jù)對比

通過數(shù)據(jù)對比能夠發(fā)現(xiàn)兩條滑行曲線吻合度非常高，其中高速段即風(fēng)阻值基本重合，低速段滾阻和內(nèi)摩擦損耗誤差小于1%。

4 結(jié)論

(1)通過s-v曲線轉(zhuǎn)化加速度曲線擬合整車阻力置信度較高。

(2)在剔除異點時，某數(shù)值與其相鄰的兩數(shù)平均值相比，若超過2倍或小于50%，那么該點及其前后兩點要進(jìn)行除異分析。

[1]何仁.汽車動力性燃料經(jīng)濟(jì)性模擬計算方法及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

[2]余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010．

[3]彭莫，刁增祥.汽車動力系統(tǒng)匹配及評價[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2009.

MethodforUsingVehicleSlidingDatatoReplaceVehicleResistanceinCruise

CUI Hongyu

(School of Automotive Studies, Tongji University, Shanghai 201804,China)

The data process method for vehicle sliding experiment was analyzed.The method of obtaining vehicle resistance from the vehicle sliding data was discussed.A simple and effective method how to set up the vehicle resistance more accurately in Cruise software was focused on.

Vehicle sliding data; Vehicle resistance; Cruise software

2017-07-27

崔紅雨(1978—)，男，在職碩士研究生。E-mail：reddy007@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.10.006

U462.3+1

A

1674-1986(2017)10-025-04