汽車(chē)滑行阻力數(shù)據(jù)處理方法及軟件實(shí)現(xiàn)

赫圣杰唐曉莉

（1.天津一汽夏利汽車(chē)股份有限公司2.天津外國(guó)語(yǔ)大學(xué)）

汽車(chē)在道路上的行駛阻力對(duì)能耗排放等性能的研究具有重要意義，其測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性對(duì)排放數(shù)據(jù)和燃料消耗量的真實(shí)性有直接影響[1]。GB18352.5—2013《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第Ⅴ階段）》的附件CH中規(guī)定了測(cè)量車(chē)輛道路行駛阻力的方法[2]。為滿足試驗(yàn)規(guī)程中的統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確度要求，道路試驗(yàn)員必須進(jìn)行多次試驗(yàn)以便試驗(yàn)工程師有足夠的數(shù)據(jù)樣本用于篩選出有效試驗(yàn)數(shù)據(jù)組。在數(shù)據(jù)篩選時(shí)，試驗(yàn)工程師難免會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)過(guò)現(xiàn)有數(shù)據(jù)樣本中已合格的試驗(yàn)數(shù)據(jù)組而進(jìn)行追加試驗(yàn)補(bǔ)數(shù)的情況。文章提出了一種自篩選算法，并以Matlab為平臺(tái)編制了獨(dú)立的滑行阻力測(cè)量軟件予以實(shí)現(xiàn)。運(yùn)用該軟件進(jìn)行汽車(chē)道路滑行阻力的數(shù)據(jù)處理可以有效杜絕上述現(xiàn)象的發(fā)生，從而提高工作效率。

1 道路滑行試驗(yàn)條件和規(guī)程

滑行阻力測(cè)量試驗(yàn)的試驗(yàn)條件和規(guī)程詳見(jiàn)文獻(xiàn)[2]。按照文獻(xiàn)[2]要求重復(fù)試驗(yàn)數(shù)次，使平均值的統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確度（p）不再超過(guò)2%（p≤2%），統(tǒng)計(jì) p的定義詳見(jiàn)式（1）～（3）。

式中：t——系數(shù)，詳見(jiàn)文獻(xiàn)[2]；

s——標(biāo)準(zhǔn)偏差；

n——試驗(yàn)次數(shù)，次。

按式（4）計(jì)算滑行阻力功率（P/kW）：

式中：V——試驗(yàn)車(chē)速，m/s；

ΔV——車(chē)速偏差，m/s；

M——基準(zhǔn)質(zhì)量，kg；

T——時(shí)間，s。

在道路上測(cè)定的滑行阻力功率（P）應(yīng)按式（5）和式（6）進(jìn)行校正至基準(zhǔn)狀態(tài)下的滑行阻力功率（P校正）：

式中：RR——速度V時(shí)的滾動(dòng)阻力，N；

R空氣——速度V時(shí)的空氣阻力，N；

RT——總運(yùn)行阻力，RT=RR+R空氣，N；

KR——滾動(dòng)阻力的溫度校正系數(shù)，取8.64×10-3/℃；

t——道路試驗(yàn)時(shí)大氣溫度，℃；

t0——基準(zhǔn)大氣溫度，20℃；

ρ——試驗(yàn)條件下空氣體積質(zhì)量，kg/m3；

ρ0——基準(zhǔn)狀態(tài)（20℃，1 000 kPa）下空氣體積質(zhì)量，kg/m3。

RR/RT和R空氣/RT的比值應(yīng)由汽車(chē)制造廠商根據(jù)公司的正常數(shù)據(jù)來(lái)確定。

如果沒(méi)有這些數(shù)據(jù)，可以根據(jù)制造廠和檢測(cè)機(jī)構(gòu)的協(xié)商，采用式（7）得出RR/RT的比值。

式中：a，b——各車(chē)速下的系數(shù)，詳見(jiàn)文獻(xiàn)[2]。

2 數(shù)據(jù)處理

2.1 人工篩選法

首先將滑行數(shù)據(jù)錄入到原始數(shù)據(jù)表中，然后在計(jì)算判定表中找出各車(chē)速下的p≤2%的數(shù)據(jù)組，該組數(shù)據(jù)即為有效數(shù)據(jù)組。利用有效數(shù)據(jù)組求得汽車(chē)滑行時(shí)間擬合方程以及汽車(chē)滑行阻力擬合方程。該方法雖然簡(jiǎn)單可行，但存在以下2個(gè)問(wèn)題。

1）在實(shí)際試驗(yàn)中，由于無(wú)法實(shí)時(shí)對(duì)滑行數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，試驗(yàn)員一般都會(huì)多采集幾組數(shù)據(jù)進(jìn)行備選。假設(shè)試驗(yàn)員采集了8組數(shù)據(jù)，其中有且僅有4組數(shù)據(jù)符合統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確度判斷。一般情況下，道路試驗(yàn)工程師會(huì)依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)對(duì)8組滑行數(shù)據(jù)進(jìn)行挑選錄入原始數(shù)據(jù)表，一旦工程師在挑選數(shù)據(jù)時(shí)未準(zhǔn)確挑中真正有效的那4組數(shù)據(jù)時(shí)，則會(huì)逐步增加組數(shù)進(jìn)行錄入和判斷。但如果在這套數(shù)據(jù)中無(wú)法找出合格的數(shù)據(jù)組，此時(shí)就需要試驗(yàn)員繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集，直至工程師找到合格的有效數(shù)據(jù)。這不但增加了試驗(yàn)員的工作強(qiáng)度而且提高了試驗(yàn)成本，同時(shí)，也是滑行阻力試驗(yàn)檢驗(yàn)周期長(zhǎng)的主要原因之一。

2）原始數(shù)據(jù)可能需要手工錄入到Excel表格中，數(shù)據(jù)錄入耗用時(shí)間長(zhǎng)而且錄入過(guò)程中還有數(shù)據(jù)輸錯(cuò)的可能。

2.2 自篩選算法

自篩選算法的核心思想是窮舉法，是將所有滑行數(shù)據(jù)組視為一個(gè)母集合，將集合內(nèi)的數(shù)組通過(guò)排列組合形成子集合，逐個(gè)對(duì)各子集合進(jìn)行判定，從中挑選出符合判定的子集合，子集合內(nèi)的數(shù)組即為有效數(shù)據(jù)組。

以試驗(yàn)員采集8組數(shù)據(jù)為例，存在的全部子集合個(gè)數(shù)，如表1所示。

表1 汽車(chē)滑行阻力數(shù)據(jù)子集合個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)表

首先對(duì)4組子集合內(nèi)70個(gè)組合的滑行數(shù)據(jù)進(jìn)行逐個(gè)判定，找到合格的數(shù)據(jù)組，該數(shù)據(jù)組即為有效數(shù)據(jù)；若不存在合格數(shù)據(jù)再對(duì)5組子集合內(nèi)56個(gè)組合的滑行數(shù)據(jù)進(jìn)行判定，以此類推，直至找到合格數(shù)據(jù)。當(dāng)全部163個(gè)組合數(shù)據(jù)篩選判定均不合格時(shí)，則需要追加試驗(yàn)采錄數(shù)據(jù)。自篩選算法遍歷所有滑行數(shù)據(jù)的組合，不存在遺漏項(xiàng)，比人工篩選法更為可靠。

3 實(shí)例分析

3.1 試驗(yàn)車(chē)參數(shù)

以國(guó)內(nèi)某品牌轎車(chē)為試驗(yàn)車(chē)，基準(zhǔn)質(zhì)量1 300 kg。且運(yùn)行狀況良好，磨合3 000 km后調(diào)整完畢，輪胎花紋符合試驗(yàn)要求，其余項(xiàng)目均已確認(rèn)。

3.2 試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)場(chǎng)地

試驗(yàn)設(shè)備名稱和參數(shù)，如表2所示。試驗(yàn)場(chǎng)地為交通部公路交通試驗(yàn)場(chǎng)（北京試驗(yàn)場(chǎng)）的性能試驗(yàn)道路（長(zhǎng)直線）。

表2 道路滑行試驗(yàn)設(shè)備參數(shù)表

3.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

滑行試驗(yàn)的起始車(chē)速為125 km/h，結(jié)束車(chē)速為5 km/h。在實(shí)際試驗(yàn)中，起始車(chē)速最高可達(dá)130 km/h，結(jié)束車(chē)速為0。受試驗(yàn)場(chǎng)地長(zhǎng)度限制，滑行試驗(yàn)一般都分2段進(jìn)行[3]。本次試驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度為18℃，大氣壓力為102.4 kPa，高速段取125～75 km/h，低速段取75～5 km/h，試驗(yàn)員在高低速段分別進(jìn)行了8次滑行試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表3所示。

表3 滑行時(shí)間原始數(shù)據(jù)表 s

3.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

3.4.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

按1.1節(jié)中試驗(yàn)規(guī)程，得到減速時(shí)間表，如表4所示[4]。

表4 滑行減速時(shí)間表 s

3.4.2 自篩選算法實(shí)現(xiàn)

借助Matlab軟件，編程實(shí)現(xiàn)自篩選算法，部分程序如下[5]：

在自篩選算法程序的基礎(chǔ)上結(jié)合VBoxTools軟件，編寫(xiě)滑行阻力測(cè)量GUI程序，并打包轉(zhuǎn)換成可在計(jì)算機(jī)上獨(dú)立運(yùn)行的EXE程序（滑行阻力測(cè)量軟件）用于篩選合格數(shù)據(jù)。程序主界面，如圖1所示。

3.4.3 數(shù)據(jù)處理

1）通過(guò)VBoxTools軟件觀察原始數(shù)據(jù)，并在報(bào)告生成器找到所需的滑行數(shù)據(jù)導(dǎo)出為“*.txt”文件。

2）打開(kāi)滑行阻力測(cè)量軟件，按高低速段分別導(dǎo)入報(bào)告生成器輸出的“*.txt”文件，進(jìn)行有效數(shù)據(jù)的篩選，程序運(yùn)行結(jié)果顯示界面，如圖2所示。

3）高速段合格數(shù)據(jù)為第 1，5，7，8 組數(shù)據(jù)；低速段合格數(shù)據(jù)為第3，5，6，8組數(shù)據(jù)。對(duì)應(yīng)的原始滑行數(shù)據(jù)可以在自動(dòng)生成的“*_滑行試驗(yàn)結(jié)果_高/低速.xls”文件中獲取。

4）進(jìn)一步進(jìn)行滑行時(shí)間和滑行阻力的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯示界面，如圖3和圖4所示。

此次試驗(yàn)的數(shù)據(jù)同2.1節(jié)中舉例的情況，有且僅有4組合格數(shù)據(jù)。人工篩選法不一定能準(zhǔn)確找到有效數(shù)據(jù)，而采用自篩選算法，用滑行阻力測(cè)量軟件在數(shù)分鐘內(nèi)就完成了數(shù)據(jù)處理工作。

4 結(jié)論

文章提出的以Matlab為平臺(tái)，自篩選算法為核心編制的滑行阻力測(cè)量軟件在進(jìn)行滑行阻力數(shù)據(jù)處理時(shí)，不再需要手工錄入原始數(shù)據(jù)，避免了產(chǎn)生錯(cuò)誤的可能，排除了人工篩選法可能存在的遺漏現(xiàn)象，大大縮短了數(shù)據(jù)錄入的時(shí)間，提高了工作效率，降低了道路試驗(yàn)工程人員的工作量，也降低了試驗(yàn)成本。并且可以在繁多的滑行數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確快速地找到合格、有效的數(shù)據(jù)。