基于LabVIEW的汽車(chē)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

趙鵬舉

（武漢理工大學(xué)汽車(chē)工程學(xué)院，湖北 武漢 430070）

基于LabVIEW的汽車(chē)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

趙鵬舉

（武漢理工大學(xué)汽車(chē)工程學(xué)院，湖北 武漢 430070）

汽車(chē)操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)包含的項(xiàng)目較多，穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)是表征及評(píng)價(jià)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的一個(gè)重要的基本試驗(yàn)。文章以某轎車(chē)為例，對(duì)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)項(xiàng)目中的穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)做了實(shí)車(chē)試驗(yàn)，通過(guò)LabVIEW圖形化的編程語(yǔ)言對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到了關(guān)系曲線各2條。通過(guò)對(duì)曲線的分析并結(jié)合相關(guān)法規(guī)找出中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)的側(cè)向加速度an、不足轉(zhuǎn)向度U及車(chē)身側(cè)傾度Kφ三個(gè)參數(shù)，從而得到了對(duì)該汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能的綜合評(píng)價(jià)。這種處理方法提高了效率和精度，給測(cè)試帶來(lái)了方便。

穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)；LabVIEW；數(shù)據(jù)分析；性能評(píng)價(jià)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.11.033

CLC NO.: U461.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)11-99-04

引言

操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)包含的項(xiàng)目較多，穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)是表征及評(píng)價(jià)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的一個(gè)十分重要的基本試驗(yàn)[1]，而試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析成為穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)的一個(gè)重要組成部分。LabVIEW是美國(guó)NI公司研制的一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言。它能夠較易實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、實(shí)時(shí)顯示以及過(guò)程控制等功能[2]。這些都是在汽車(chē)試驗(yàn)中必須實(shí)現(xiàn)的基本過(guò)程，因此LabVIEW在汽車(chē)測(cè)試中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。基于虛擬儀器LabVIEW軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理并實(shí)時(shí)顯示曲線，這樣得到的曲線更加精確和科學(xué)。

1、汽車(chē)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)概述

1.1 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)的檢測(cè)原理

汽車(chē)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)需要分別對(duì)中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)的側(cè)向加速度、不足轉(zhuǎn)向度和車(chē)身側(cè)傾度等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估，并據(jù)此3項(xiàng)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能[3]。

在符合試驗(yàn)要求的場(chǎng)地上，被測(cè)汽車(chē)向左或向右行駛3次，直接測(cè)量出：汽車(chē)行駛速度、橫擺角速度和車(chē)身側(cè)傾角，從而計(jì)算出側(cè)向加速度、轉(zhuǎn)彎半徑以及前后軸側(cè)偏角之差。然后在LabVIEW中根據(jù)得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)作出(RiRo)-ay、(δ1-δ2)-ay、φ-ay關(guān)系曲線各2條。

1.2 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)文獻(xiàn)[4]中，中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)的側(cè)向加速度an值，定義為(δ1-δ2)-ay關(guān)系曲線上斜率為零處的側(cè)向加速度值，在所試的側(cè)向加速度值范圍內(nèi)，未出現(xiàn)中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)時(shí)，an值用最小二乘法按無(wú)常數(shù)項(xiàng)的三次多項(xiàng)式擬合曲線進(jìn)行推算，然后計(jì)算出an的評(píng)價(jià)計(jì)分值Na；不足轉(zhuǎn)向度定義為(δ1-δ2)-ay關(guān)系曲線上側(cè)向加速度 2m/s2處的平均斜率（縱坐標(biāo)值除以橫坐標(biāo)值），在確定了不足轉(zhuǎn)向度的U值后，計(jì)算出U評(píng)價(jià)計(jì)分值NU，車(chē)身側(cè)傾度Kφ按φ-ay關(guān)系曲線上側(cè)向加速度值為2m/s2處的平均斜率（縱坐標(biāo)值除以橫坐標(biāo)值）計(jì)算， 在確定了車(chē)身側(cè)傾度Kφ值后，計(jì)算出Kφ的評(píng)價(jià)計(jì)分值Nφ。最后對(duì)3個(gè)計(jì)分值求平均值即得出穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)的綜合評(píng)價(jià)計(jì)分值Nω。

2、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析軟件設(shè)計(jì)

2.1 軟件流程設(shè)計(jì)

該試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析軟件設(shè)計(jì)流程如圖1所示，首先進(jìn)入用戶界面，初始值設(shè)置完畢，進(jìn)入等待測(cè)試狀態(tài)，若條件滿足，開(kāi)始測(cè)試，進(jìn)入數(shù)據(jù)和曲線的顯示階段，若分析完成即可結(jié)束測(cè)試，并保存曲線和數(shù)據(jù)。保存的數(shù)據(jù)可用于數(shù)據(jù)處理后對(duì)汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能的分析和評(píng)價(jià)。

2.2 實(shí)時(shí)曲線顯示程序

在LabVIEW 8.6中程序框圖先后經(jīng)過(guò)了數(shù)據(jù)的讀入和轉(zhuǎn)換輸出以及提取需要的數(shù)據(jù)，最后經(jīng)過(guò)處理之后的數(shù)據(jù)按照數(shù)學(xué)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)顯示。

3、實(shí)車(chē)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及性能評(píng)價(jià)

3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的截取

對(duì)于實(shí)車(chē)試驗(yàn)得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可能隨著側(cè)向加速度的增加，穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性發(fā)生變化，不能維持圓周行駛[5,6]，會(huì)發(fā)生側(cè)滑,出現(xiàn)轉(zhuǎn)向半徑迅速增大或減少的情況，因此對(duì)于這一情況應(yīng)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行截取，這樣對(duì)得到有效的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出相應(yīng)的實(shí)時(shí)曲線。下面由速度曲線對(duì)數(shù)據(jù)作對(duì)應(yīng)的截取，曲線如圖3所示。

由圖3可知當(dāng)速度達(dá)到最大時(shí)之前的數(shù)據(jù)都是有效數(shù)據(jù)，當(dāng)速度由最大開(kāi)始減少時(shí)汽車(chē)此時(shí)不再是穩(wěn)態(tài)的狀態(tài)，這一部分?jǐn)?shù)據(jù)不應(yīng)該選取。同時(shí)對(duì)于采集到的其他兩組數(shù)據(jù)也應(yīng)做相應(yīng)的截取。

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的表述與分析

經(jīng)過(guò)處理后的數(shù)據(jù)就可以通過(guò)LabVIEW的讀取電子表格的形式讀取，根據(jù)的文獻(xiàn)[3]的處理要求需要輸出(RiRo)-ay、(δ1-δ2)-ay、φ- ay關(guān)系曲線各2條。

3.2.1 轉(zhuǎn)彎半徑比RiRo與側(cè)向加速度ay關(guān)系

曲線如下圖4和5所示。

在圖2中子VI分別如圖6和7所示。

由圖4和圖5中可以看出，此車(chē)為不足轉(zhuǎn)向汽車(chē)，轉(zhuǎn)向半徑始終大于R0。

3.2.2 前后側(cè)偏角差值(δ1-δ2)與側(cè)向加速度ay關(guān)系

曲線如圖8和9所示。

圖2中子VI如圖10所示。

注：在前后側(cè)偏角差值(δ1-δ2)—ay關(guān)系曲線的程序框圖中，圖2中的子VI-2因與圖7中子VI相同，故在這里不再以圖的形式表示出來(lái)。

從圖8和9中可以看出前輪的側(cè)偏角在側(cè)向加速度下的增長(zhǎng)率要大于后輪的側(cè)偏角在側(cè)向加速度下的增長(zhǎng)率，說(shuō)明該車(chē)具有不足轉(zhuǎn)向特性。

3.2.3 車(chē)身側(cè)傾角φ與側(cè)向加速度ay關(guān)系

曲線如圖11和12所示。

圖2中子VI分別如圖13所示。

注：在車(chē)身側(cè)傾角φ—ay關(guān)系曲線的程序框圖中，圖2中的子VI-2因與圖7中子VI相同，故在這里也不再以圖的形式表示出來(lái)。

從圖11和12中可以看出車(chē)身側(cè)傾角相對(duì)于側(cè)向加速度的變化有較好的斜率，避免了由于側(cè)傾角變化過(guò)大所造成的不穩(wěn)定、不安全及變化過(guò)小所造成的平順性差等情況的發(fā)生。

3.3 汽車(chē)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能評(píng)價(jià)

據(jù)文獻(xiàn)[4]中的定義和要求，an值越大說(shuō)明轉(zhuǎn)向過(guò)程中汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性越好，轉(zhuǎn)向翻車(chē)的可能性越?。籥n值越小則說(shuō)明汽車(chē)會(huì)過(guò)快地出現(xiàn)過(guò)度轉(zhuǎn)向而導(dǎo)致翻車(chē)。U是對(duì)汽車(chē)不足轉(zhuǎn)向“量”大小的評(píng)價(jià)，雖然汽車(chē)都應(yīng)該具有不足轉(zhuǎn)向特性，但不足轉(zhuǎn)向的“量”，并非是越大越好，因?yàn)椴蛔戕D(zhuǎn)向量越大，轉(zhuǎn)向的側(cè)向力減弱，對(duì)操縱性不利；越小則在轉(zhuǎn)向時(shí)汽車(chē)會(huì)較早進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)。Kφ指的是轉(zhuǎn)向過(guò)程中車(chē)身的側(cè)傾度，Kφ越大汽車(chē)越不安全，側(cè)傾過(guò)大將直接導(dǎo)致車(chē)輛的失控。

（1）由圖8和9知曲線上均未出現(xiàn)斜率為零的點(diǎn)，而且隨著側(cè)向加速度的增大，曲線的斜率也越來(lái)越大，所以可以認(rèn)為該車(chē)沒(méi)有中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)，即是中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)的側(cè)向加速度值的評(píng)價(jià)計(jì)分值為100分。

（2）由圖8和9可以得到當(dāng)側(cè)向加速度值an為2m/s2時(shí)，(δ1-δ2)均為1.1°，所以不足轉(zhuǎn)向度U=0.55°/m/s2。

（3）由圖11和12可以得到當(dāng)側(cè)向加速度值an為2 m/s2時(shí)，φ值分別為0.3°、1.96°，所以車(chē)身側(cè)傾度Kφ分別為0.15°/m/s2、0.98°/m/s2。

故該汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)特性的評(píng)分及評(píng)價(jià)結(jié)果如表1所示。

表1 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能評(píng)價(jià)

這些評(píng)定分?jǐn)?shù)以圖表的形式直觀地表征了穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能的好壞，分?jǐn)?shù)越高表示該項(xiàng)目越好。從該表中分析可以得到：不足轉(zhuǎn)向度U這項(xiàng)指標(biāo)性能不高，偏離了理想值，這樣能夠有針對(duì)性的進(jìn)行改進(jìn)和參數(shù)調(diào)整，使其接近理想值，最終提高汽車(chē)操縱穩(wěn)定性。

4、結(jié)論

（1）把LabVIEW用于數(shù)據(jù)的分析和處理，可大大的減少了數(shù)據(jù)處理的工作量，同時(shí)變大量的手工作圖為基于LabVIEW的虛擬儀器技術(shù)作圖，提高了效率,同時(shí)做出的曲線更加的精確，也更加科學(xué)、可信。

（2）通過(guò)對(duì)三對(duì)曲線的分析，得出試驗(yàn)汽車(chē)具有不足轉(zhuǎn)向特性，并通過(guò)中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)的側(cè)向加速度an，不足轉(zhuǎn)向度U及車(chē)身側(cè)傾度Kφ三個(gè)參數(shù)，計(jì)算得到穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)的綜合評(píng)價(jià)計(jì)分值，計(jì)算說(shuō)明了從穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)方面考慮該車(chē)的操縱穩(wěn)定性良好。

（3）論文研究為以后試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析提供了參考，并對(duì)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的提高做出針對(duì)性改進(jìn)和參數(shù)的調(diào)整提供了依據(jù)。

[1] 余志生.汽車(chē)?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

[2] 陳錫輝，張銀鴻.LabVIEW 8.20程序設(shè)計(jì)從入門(mén)到精通[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

[3] GB/T6323.6-94,汽車(chē)操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)[S].

[4] GB/T13047,汽車(chē)操縱穩(wěn)定性指標(biāo)與評(píng)價(jià)方法[S].

[5] 鄭紅梅.汽車(chē)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)的研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2000,23(2):241.

[6] 劉翰東.汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)與試驗(yàn)[J].客車(chē)技術(shù)與研究.2008，（4）：48.

LabVIEW Based Data Analysis for Automobile Steady Static Circular Test

Zhao Pengju
( School of Automobile Engineering, Wuhan University of Technology, Hubei Wuhan 430070 )

Taking a car as an example，this paper discusses the real vehicle test on steady static circular as a item of the controllability and stability test. Through the graphical programming language of Labview software, I deal with the experimental data and obtained each of twocurve. Through the analysis of curve and according to related regulations to find out an、U andKφ, so we could get the car's steady static circular performance comprehensive evaluation value. From this, I realize that this method increase the efficiency and precision, at the same time also bring convenient for the test.

Steady static circular test; LabVIEW; Data analysis; Performance evaluation

U461.6

A

1671-7988(2015)11-99-04

趙鵬舉，就讀于武漢理工大學(xué)汽車(chē)工程學(xué)院。研究方向：車(chē)輛新能源及其動(dòng)力裝置。