帶風(fēng)速風(fēng)向補(bǔ)償?shù)能囕v道路滑行阻力虛擬測(cè)試系統(tǒng)

張小龍 劉鵬飛 汪旭明 白俊超 陳 彬 吳 媞

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 合肥 230036； 2.安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心， 合肥 230601)

帶風(fēng)速風(fēng)向補(bǔ)償?shù)能囕v道路滑行阻力虛擬測(cè)試系統(tǒng)

張小龍1劉鵬飛1汪旭明2白俊超2陳 彬2吳 媞1

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 合肥 230036； 2.安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心， 合肥 230601)

設(shè)計(jì)了能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)速風(fēng)向和道路坡度補(bǔ)償?shù)能囕v道路滑行阻力虛擬測(cè)試系統(tǒng)，以滿足減少環(huán)境因素影響并提高滑行測(cè)試精度和效率的測(cè)試要求。首先，以美國SAE J-2263法規(guī)和我國六階段油耗測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了以美國NI嵌入式控制器cRIO為核心的測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)風(fēng)向風(fēng)速、道路坡度、輪胎壓力溫度等測(cè)試方法和傳感器布置等進(jìn)行了系統(tǒng)闡述。其次，從分段滑行數(shù)據(jù)拼接、風(fēng)速校正、異常數(shù)據(jù)剔除，以及基于本測(cè)試系統(tǒng)的滑行模型構(gòu)建等方面給出了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法。最后，將設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用于某乘用車上并進(jìn)行了系統(tǒng)的滑行試驗(yàn)，試驗(yàn)驗(yàn)證了測(cè)試系統(tǒng)工作可靠，測(cè)試精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明風(fēng)速風(fēng)向和道路補(bǔ)償后的試驗(yàn)車空載滑行阻力重復(fù)性為2.2%，與不進(jìn)行補(bǔ)償?shù)幕凶枇Φ南到y(tǒng)偏差為3.7%。滑行阻力測(cè)試系統(tǒng)有效提高了滑行測(cè)試精度，為轉(zhuǎn)轂臺(tái)架上進(jìn)行整車性能試驗(yàn)補(bǔ)償整車阻力提供了有效手段。

車輛； 滑行測(cè)試； 風(fēng)速風(fēng)向補(bǔ)償； 坡度補(bǔ)償； 測(cè)試系統(tǒng)； 道路試驗(yàn)

引言

汽車整車滑行能力通過滑行阻力來表征，一般通過道路滑行試驗(yàn)來測(cè)定?；凶枇删C合體現(xiàn)底盤運(yùn)行阻力和車身外形結(jié)構(gòu)對(duì)汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的影響[1-2]，是臺(tái)架轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)?zāi)M和補(bǔ)償?shù)缆纷枇Φ囊罁?jù)[3-4]?；凶枇Π▊鲃?dòng)系內(nèi)阻、輪胎滾動(dòng)阻力、坡度阻力和空氣阻力等。道路試驗(yàn)時(shí)受風(fēng)速風(fēng)向、道路坡度、輪胎溫度、車流變化等多種因素影響[5-6]，滑行阻力測(cè)試精度不高。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中通過傳動(dòng)系和輪胎熱車、限制道路坡度在0.1%以內(nèi)等措施提高測(cè)試結(jié)果的一致性。但試驗(yàn)過程中的自然風(fēng)多以陣風(fēng)形式出現(xiàn)，風(fēng)速風(fēng)向不確定，雖然法規(guī)中通過限制最大自然風(fēng)速小于3 m/s、增加往返試驗(yàn)次數(shù)等措施來提高測(cè)試精度[7]，但綜合試驗(yàn)結(jié)果受氣象條件限制，一致性很難優(yōu)于3%，且試驗(yàn)成本高。當(dāng)前我國六階段輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法法規(guī)的實(shí)施，對(duì)道路滑行精確測(cè)試整車滑行阻力提出了更高的要求[8]。

國內(nèi)外對(duì)汽車滑行試驗(yàn)的研究主要集中于滑行阻力動(dòng)力學(xué)建模[9-11]、小風(fēng)速下的分段滑行試驗(yàn)方法[4- 9]、轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)模擬道路滑行阻力方法[12]等。美國SAE J-2263法規(guī)給出了大風(fēng)速、不平路面滑行試驗(yàn)方法，縱向風(fēng)速不超過25 km/h均適用[13]，但相關(guān)測(cè)試系統(tǒng)及試驗(yàn)研究文獻(xiàn)未見報(bào)道，其中風(fēng)速風(fēng)向傳感器選型布置和風(fēng)速風(fēng)向校正補(bǔ)償是關(guān)鍵。

本文擬以美國SAE J-2263法規(guī)和我國六階段油耗測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，以有風(fēng)和路面坡度補(bǔ)償為目標(biāo)，基于虛擬儀器構(gòu)建汽車道路滑行測(cè)試系統(tǒng)，完成對(duì)自然風(fēng)風(fēng)速風(fēng)向、道路坡度、輪胎壓力溫度、車速、車身航向角等參數(shù)同步測(cè)試，構(gòu)建風(fēng)速風(fēng)向和道路坡度補(bǔ)償?shù)恼嚮凶枇δＰ?，并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)對(duì)

模型有效性進(jìn)行驗(yàn)證。

1 測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)基于美國NI公司的嵌入式控制器cRIO 9030構(gòu)建[14]，基于LabVIEW實(shí)現(xiàn)控制器和上位機(jī)編程，完成高精度、多通道同步數(shù)據(jù)采集和分析。測(cè)試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括傳感器組、數(shù)據(jù)采集器和上位機(jī)等。其中傳感器組包括差分GPS系統(tǒng)、風(fēng)速風(fēng)向儀、輪胎壓力溫度傳感器等。硬件主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。系統(tǒng)采樣頻率20 Hz，各項(xiàng)功能均達(dá)到和超過SAE J-2263標(biāo)準(zhǔn)要求。測(cè)試系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

圖1 測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Test system structure

表1 測(cè)試系統(tǒng)性能參數(shù)Tab.1 Performance parameters of test system

圖2 系統(tǒng)測(cè)試原理圖Fig.2 System test schematic diagram1.風(fēng)速風(fēng)向儀 2.支架 3.GPS天線1 4.GPS天線2

1.1 汽車航向與道路坡度測(cè)試

自然風(fēng)對(duì)汽車行駛阻力有直接影響，特別是投影到汽車行駛方向的風(fēng)速分量。測(cè)試系統(tǒng)要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)自然風(fēng)速和風(fēng)向，以及車身滑行速度和滑行方向的測(cè)試，以便提取汽車滑行方向風(fēng)速分量。

對(duì)車輛滑行車身航向角，即車身縱向?qū)ΨQ面在地面投影線與正北方向夾角(圖2中的α角)，采用雙天線GPS測(cè)試單元實(shí)時(shí)獲取。系統(tǒng)選用美國Trimble BD982構(gòu)建移動(dòng)站，選用Trimble SPS985構(gòu)建GPS差分基準(zhǔn)站?；居布到y(tǒng)集成GPS天線、GPS接收機(jī)、電臺(tái)和電池，體積小巧，現(xiàn)場(chǎng)安裝配置極為方便[15]。

在試驗(yàn)場(chǎng)地布置GPS基站，設(shè)置移動(dòng)站為載波相位差分模式，可獲得高精度位置信息。測(cè)試系統(tǒng)能以一定距離內(nèi)的高度變化和水平行駛距離計(jì)算坡度[16]。

為在滑行試驗(yàn)過程中實(shí)時(shí)給駕駛員提供速度信息，選用美國Trimble Juno T41設(shè)計(jì)的速度顯示裝置[17](下文簡(jiǎn)稱PDA)。對(duì)其LabVIEW 編程實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙方式實(shí)時(shí)接收上位機(jī)信息，并根據(jù)用戶需要進(jìn)行速度、航向角數(shù)值顯示和語音播報(bào)等。

1.2 風(fēng)速風(fēng)向測(cè)試

對(duì)自然風(fēng)水平速度及其風(fēng)向測(cè)試采用風(fēng)速風(fēng)向儀構(gòu)建測(cè)試單元實(shí)現(xiàn)，其中風(fēng)速風(fēng)向儀在整車上的布置是關(guān)鍵。通過仿真分析可知，汽車高速滑行時(shí)車身和氣流的相對(duì)作用使得車體前方有高壓區(qū)、車體后方有真空區(qū)[18]，在高壓和真空區(qū)盡量不要布置傳感器。對(duì)于小型乘用車，風(fēng)速風(fēng)向儀安裝在距車最前端2 m的位置比較合適，如圖2所示。

測(cè)試系統(tǒng)選用的風(fēng)速風(fēng)向傳感器精度、量程和可靠性等級(jí)均滿足測(cè)試要求。選型的風(fēng)速風(fēng)向儀基于超聲波測(cè)速原理[19-20]，體積小巧，測(cè)試精度高。選擇拖車牽引孔作為安裝支點(diǎn)，選用抗扭、抗彎、質(zhì)輕的鋁合金型材作為支架主體。采用3D打印技術(shù)制作傳感器殼體及安裝基座，有效降低了傳感器質(zhì)量和迎風(fēng)面積。支架設(shè)計(jì)充分考慮了不同車型的通用性。

風(fēng)速風(fēng)向儀安裝時(shí)需要將其布置在車輛縱向?qū)ΨQ面上，如圖2所示。XOY是車輛坐標(biāo)系，OX軸所在的垂直地面的平面是車輛縱向?qū)ΨQ面。2個(gè)GPS天線布置在車頂且在車輛縱向?qū)ΨQ面內(nèi)，保持一定距離，一般超過1.5 m以保證定向測(cè)試精度。首先基于車輛標(biāo)記點(diǎn)將2個(gè)GPS天線布置正確，由PDA記錄下此時(shí)車身航向角α0。然后固定GPS天線2，將GPS天線1隨風(fēng)速風(fēng)向儀一起在支架上移動(dòng)，直到航向角剛好等于先前測(cè)得的航向角α0，以此確定風(fēng)速風(fēng)向儀安裝位置。

風(fēng)速風(fēng)向儀的測(cè)量坐標(biāo)系為XWOWYW，其OWXW軸與支架的相對(duì)角度β是確定的，可在支架安裝完成后現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試確定。風(fēng)速風(fēng)向儀可實(shí)時(shí)輸出OWXW軸和OWYW軸上的風(fēng)速分量。通過GPS測(cè)得的車身航向角α和固定角度β，可計(jì)算得到風(fēng)速在車輛行駛方向投影ur及其側(cè)向投影uy。

1.3 輪胎壓力溫度測(cè)試

輪胎的滾動(dòng)阻力、傳動(dòng)系內(nèi)阻等與溫度相關(guān)，試驗(yàn)前需要對(duì)試驗(yàn)車進(jìn)行行車熱車。熱車過程中，隨著輪胎的滾動(dòng)，胎內(nèi)氣體溫度上升，輪胎接地遲滯性降低，滾動(dòng)阻力下降。保證輪胎和傳動(dòng)系零部件處于正常行車溫度，有利于提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)選用拆裝方便的輪胎壓力溫度測(cè)試單元實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)系和輪胎溫度的測(cè)試?；谠撔畔⑦€可以測(cè)試?yán)滠囅碌恼嚮凶枇Α?/p>

2 軟件設(shè)計(jì)

軟件基于LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境編寫，包括運(yùn)行在cRIO中的數(shù)據(jù)采集器軟件、運(yùn)行在PC中的上位機(jī)軟件和運(yùn)行在PDA中的速度航向角顯示軟件。上位機(jī)軟件界面如圖3所示。

圖3 上位機(jī)軟件界面Fig.3 Software interface of PC

數(shù)據(jù)采集器軟件實(shí)時(shí)采集各通道數(shù)據(jù)并通過UDP網(wǎng)絡(luò)傳送給上位機(jī)。上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、解析、顯示、記錄與分析，并將解析后的數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙傳送給PDA。PDA軟件實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙數(shù)據(jù)接收、顯示、語音播報(bào)等功能。數(shù)據(jù)采集器中運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，采用多線程、隊(duì)列、狀態(tài)機(jī)、FPGA技術(shù)等保證了系統(tǒng)任務(wù)分配均衡、實(shí)時(shí)準(zhǔn)確運(yùn)行，且對(duì)硬件資源要求低[21]。

上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)充分考慮到車載道路試驗(yàn)自動(dòng)化水平，如語音提醒駕駛操作、單次試驗(yàn)有效性判斷、快速數(shù)據(jù)處理與試驗(yàn)有效數(shù)據(jù)組數(shù)判斷、試驗(yàn)報(bào)告快速生成等，有效提高了滑行試驗(yàn)效率。

3 數(shù)據(jù)處理與滑行阻力模型

3.1 分段滑行數(shù)據(jù)拼接

高速滑行時(shí)試驗(yàn)場(chǎng)地長度不夠，通常采用分段滑行方式進(jìn)行。分段滑行試驗(yàn)數(shù)據(jù)根據(jù)試驗(yàn)時(shí)間及滑行方向信息拼接成整段滑行數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)選擇時(shí)遵循試驗(yàn)時(shí)間就近原則，以降低不同分段滑行時(shí)環(huán)境變化的影響。分段滑行數(shù)據(jù)間重疊部分采用平均方式處理。

3.2 風(fēng)速校正

風(fēng)速風(fēng)向傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)可能會(huì)受到車前端高壓區(qū)的影響，使得測(cè)量數(shù)據(jù)存在偏差，需要進(jìn)行補(bǔ)償[13]。假設(shè)自然風(fēng)大小、方向恒定不變，車速曲線應(yīng)該位于逆向滑行風(fēng)速曲線與正向滑行風(fēng)速曲線中間。具體補(bǔ)償公式為

(1)

式中ur1——正向滑行相對(duì)車速與滑行車速差值的絕對(duì)值，其中相對(duì)車速為汽車滑行方向車身相對(duì)風(fēng)的速度

ur2——逆向滑行相對(duì)車速與滑行車速差值的絕對(duì)值

ua——滑行車速

a、b——最小二乘法獲得的系數(shù)

3.3 異常值剔除

對(duì)實(shí)際采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，剔除風(fēng)速與汽車滑行方向夾角超過20°的數(shù)據(jù)點(diǎn)，以及滑行方向投影風(fēng)速小于5 km/h的數(shù)據(jù)點(diǎn)。根據(jù)滑行車速計(jì)算整車加速阻力，并對(duì)加速阻力時(shí)間曲線進(jìn)行擬合，對(duì)與擬合曲線偏差大于3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的點(diǎn)的數(shù)據(jù)予以剔除。

3.4 滑行阻力計(jì)算

將處理后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入滑行阻力模型[13]

(2)

式中Fa——加速阻力，N

Fw——空氣阻力，N

Fm——機(jī)械阻力，N

Fi——坡道阻力，N

me——整車裝備質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，kg

ρ——空氣密度，kg/m3

A——迎風(fēng)面積，m2

ur——相對(duì)車速，km/h

a0、a1、a2、a3、a4——空氣阻力相關(guān)的擬合系數(shù)

θ——風(fēng)向角，即水平風(fēng)速與汽車滑行方向夾角，rad

am、bm、cm——機(jī)械阻力系數(shù)

m——整車裝備質(zhì)量，kg

g——重力加速度，9.8 m/s2

h——高度，ms——滑行距離，m

在汽車滑行方向，整車加速阻力Fa與空氣阻力Fw、機(jī)械阻力Fm、坡道阻力Fi構(gòu)成平衡力。其中空氣阻力與風(fēng)向角θ呈4階多項(xiàng)式，a0代表無風(fēng)條件下的空氣阻力系數(shù)；機(jī)械阻力與滑行速度呈2階多項(xiàng)式。

將機(jī)械阻力Fm和空氣阻力Fw對(duì)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度20℃、大氣壓98.21 kPa進(jìn)行校正，其計(jì)算公式為

(3)

式中F′m——校正后機(jī)械阻力，N

F′w——校正后空氣阻力，N

T——實(shí)測(cè)環(huán)境溫度，℃

p——實(shí)測(cè)大氣壓力，kPa

4 試驗(yàn)與結(jié)果分析

將設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)安裝于江淮汽車某車型上，并在定遠(yuǎn)縣總裝汽車試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試。為了進(jìn)行系統(tǒng)精度對(duì)比，同時(shí)在試驗(yàn)車上布置了獨(dú)立的VBOX滑行測(cè)試設(shè)備。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖4所示。

圖4 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)Fig.4 Test scenes

分別進(jìn)行了空載和滿載滑行試驗(yàn)，試驗(yàn)環(huán)境溫度5℃左右，最大風(fēng)速2 m/s左右，天氣陰天，無雨無霧，符合國標(biāo)滑行試驗(yàn)法規(guī)要求和SAE J-2263滑行試驗(yàn)法規(guī)要求。

本次試驗(yàn)依據(jù)滑行試驗(yàn)法規(guī)要求進(jìn)行，試驗(yàn)前進(jìn)行試驗(yàn)質(zhì)量調(diào)整，空載試驗(yàn)質(zhì)量1 830 kg，滿載2 260 kg，整備質(zhì)量1 660 kg，旋轉(zhuǎn)體有效質(zhì)量66.4 kg。試驗(yàn)分為3段進(jìn)行：90～120 km/h，50～95 km/h，5～55 km/h。將正向滑行3段數(shù)據(jù)和反向滑行3段數(shù)據(jù)合記為1組數(shù)據(jù)，滿載試驗(yàn)有效數(shù)據(jù)共6組，空載試驗(yàn)有效數(shù)據(jù)共7組。下文分析以空載為例。

4.1 數(shù)采功能實(shí)現(xiàn)

圖5 一組試驗(yàn)曲線Fig.5 One group of test curves

試驗(yàn)采集的一組90～120 km/h滑行數(shù)據(jù)如圖5所示。圖5c中GPS水平方向定位精度在10 mm以內(nèi)，定位精度高。圖5d為經(jīng)過坐標(biāo)變換計(jì)算得到的汽車行駛方向(縱向)相對(duì)風(fēng)速和側(cè)向相對(duì)風(fēng)速。圖5e航向角變化在1°以內(nèi)，表明汽車基本保持直線滑行。圖5f坡度在±0.2%范圍內(nèi)，表明路面水平度好。圖5g、5h表明該次滑行中輪胎胎壓和胎溫基本無變化。多組試驗(yàn)測(cè)試表明系統(tǒng)工作可靠，各項(xiàng)數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確，滿足數(shù)據(jù)采集要求。

4.2與VBOX對(duì)比驗(yàn)證試驗(yàn)

VBOX滑行測(cè)試時(shí)僅測(cè)試車速曲線，不考慮自然風(fēng)的影響。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的虛擬測(cè)試系統(tǒng)的速度測(cè)試精度和數(shù)據(jù)處理合理性，對(duì)其原始速度數(shù)據(jù)進(jìn)行等速度間隔(取5 km/h)提取，然后按照國標(biāo)要求處理得到滑行阻力系數(shù)，并與VBOX輸出的滑行阻力系數(shù)進(jìn)行對(duì)比。

兩套系統(tǒng)5 km/h等車速間隔的時(shí)間差數(shù)據(jù)如圖6a所示，滑行阻力對(duì)比如圖6b所示。由圖可知，虛擬測(cè)試系統(tǒng)與VBOX輸出的5 km/h等車速間隔時(shí)間相差在±0.02 s以內(nèi)，滑行阻力偏差0.25%?？梢姡疚脑O(shè)計(jì)的虛擬測(cè)試系統(tǒng)能夠滿足國標(biāo)測(cè)試需求。

圖6 虛擬系統(tǒng)與VBOX系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果對(duì)比Fig.6 Comparison between virtual system and VBOX

圖7 拼接車速曲線Fig.7 Smoothed speed curves

圖8 風(fēng)速校正曲線Fig.8 Compensated wind speed curves

4.3 滑行阻力分析

對(duì)空載7組試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,其中正向21段、反向21段，拼接得到正、反向共14次完整滑行數(shù)據(jù)，如圖7所示。風(fēng)速校正后曲線如圖8所示。

對(duì)風(fēng)速和坡度進(jìn)行補(bǔ)償處理得到的滑行阻力(簡(jiǎn)稱SAE模型阻力)結(jié)果如表2所示。去掉風(fēng)的影響，僅考慮SAE模型中系數(shù)am、bm、cm和a0，由此形成的滑行阻力FR為

表2 空載試驗(yàn)SAE模型滑行阻力系數(shù)Tab.2 Coastdown resistance coefficients of SAE model for no-load tests

(4)

式中f0、f1、f2——最小二乘擬合系數(shù)

式(4)進(jìn)行最小二乘擬合，擬合結(jié)果如表3所示，7組空載滑行試驗(yàn)重復(fù)性為2.2%，重復(fù)性很好。

表3 簡(jiǎn)化的SAE模型三系數(shù)空載滑行阻力系數(shù)Tab.3 Simplified SAE coastdown resistance coefficients with three coefficients for no-load tests

簡(jiǎn)化的SAE模型阻力和基于國標(biāo)得到的滑行阻力(簡(jiǎn)稱GB模型阻力)對(duì)比如表4所示，滑行阻力曲線如圖9所示。兩種結(jié)果在低速段吻合程度好，在高速段SAE模型滑行阻力稍微偏大。兩種結(jié)果的系統(tǒng)偏差為3.7%，為合理偏差。

表4 兩種模型的滑行阻力系數(shù)Tab.4 Coastdown resistance coefficients of two models

圖9 SAE模型與GB模型滑行阻力曲線對(duì)比Fig.9 Coastdown resistance curves comparison between SAE model and GB model

5 結(jié)論

(1)基于虛擬儀器構(gòu)建的滑行阻力測(cè)試系統(tǒng)，以美國SAE J-2263法規(guī)和我國六階段油耗測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了道路滑行試驗(yàn)過程中對(duì)自然風(fēng)速風(fēng)向和道路坡度的補(bǔ)償，有效提高了滑行測(cè)試精度，為轉(zhuǎn)轂臺(tái)架上進(jìn)行整車性能試驗(yàn)補(bǔ)償整車阻力提供了有效手段。

(2)在滑行阻力計(jì)算模型中實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)速和坡度補(bǔ)償，減少了環(huán)境因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，降低了對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)地的要求，提高了道路滑行試驗(yàn)效率。系統(tǒng)場(chǎng)地試驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性和可靠性。其中7組空載滑行試驗(yàn)重復(fù)性為2.2%，與GB模型對(duì)比滑行阻力偏差為3.7%。

(3)系統(tǒng)采用的虛擬儀器開發(fā)方案，通過軟硬件選型和設(shè)計(jì)有效提高了試驗(yàn)效率。系統(tǒng)集成了輪胎胎壓和胎溫信息測(cè)試，為冷車工況下測(cè)試整車滑行阻力等提供了依據(jù)。

1 PETRUSHOV V. Coast down method in time and distance variables for tire rolling resistance determination [C]. SAE Technical Paper 2009-01-0072, 2009.

2 KIM C, LEE H, PARK Y, et al. Study on the criteria for the determination of the road load correlation for automobiles and an analysis of key factors [J]. Energies, 2016, 9(8): 575.

3 GUAN D, YAM L, ZHANG A, et al. Modeling of tire rolling properties by using experimental modal parameters [C]. SAE Technical Paper 2000-01-0361, 2000.

4 劉昭度，崔海峰，王仁廣，等. 汽車底盤測(cè)功機(jī)加載滑行測(cè)試研究[J]. 汽車工程，2006,28(12)：1129-1132.

LIU Zhaodu, CUI Haifeng, WANG Renguang, et al. A study on thecoast down of vehicle chassis dynamometer [J]. Automotive Engineering, 2006, 28(12): 1129-1132. (in Chinese)

5 THOMAS J, HUFF S, WEST B. Fuel economy and emissions effects of low tire pressure, open windows, roof top and hitch-mounted cargo, and trailer [J]. Exteriors, 2014, 7(2):862-872.

6 DUNN A, UHLENHAKE G, GUENTHER D, et al. Vehicle coast analysis: typical SUV characteristics [J]. SAE Internal Journal of Passenger Cars-Mechanical Systems, 2009, 1(1):526-535.

7 GB/T 12534—1990 汽車道路試驗(yàn)方法通則[S]. 1990.

8 GB18352.6—2016 輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法(中國第六階段)[S]. 2016.

9 荊忠倩. 基于臺(tái)架-車輛動(dòng)力學(xué)模型的汽車道路行駛阻力仿真研究[D]. 長春：吉林大學(xué), 2015.

JING Zhongqian. Research on simulation of driving resistance of vehicle based on the bench-vehicle dynamics model [D]. Changchun: Jilin University, 2015. (in Chinese)

10 韓宗奇, 李亮. 測(cè)定汽車滑行阻力系數(shù)的方法[J]. 汽車工程, 2002, 24(4):364-366.

HAN Zongqi, LI Liang. A method of determining coasting resistance coefficient [J]. Automotive Engineering, 2002, 24(4):364-366. (in Chinese)

11 HAUSMANN A, DEPCIK C. A cost-effective alternative to moving floor wind tunnels in order to calculate rolling resistance and aerodynamic drag coefficients [J]. SAE International Journal of Passenger Cars-Mechanical Systems, 2014, 7(2): 703-713.

12 BRACE C J, BURKE R, MOFFA J. Increasing accuracy and repeatability of fuel consumption measurement in chassis dynamometer testing [J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 2009, 223(9): 1163-1177.

13 SAE J2263—2008 Road load measurement using on board anemometry and coastdown techniques [S]. 2008.

14 National Instruments Corporation. Operation instructions and specifications NI cRIO-9030 [M]. Austin, TX: National Instruments Corpation, 2014.

15 Trimble Navigation Limited. Trimble BD985 GNSS receiver module[M]. Sunnyvale, CA: Trimble Navigation Limited, 2014.

16 張小龍, 陳彬, 宋健, 等. 基于支持向量機(jī)的道路坡度實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)方法試驗(yàn)[J/OL]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2014, 45(11):14-19. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20141103amp;flag=1. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.003.

ZHANG Xiaolong, CHEN Bin, SONG Jian, et al.Experimental research on real-time prediction method for road slope based on support vector machine[J/OL].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2014, 45(11):14-19. (in Chinese)

17 Trimble Navigation Limited. Trimble Juno T41 handheld with Android operating system user guide [M]. Sunnyvale, CA: Trimble Navigation Limited, 2013.

18 WU Jun, GU Zhengqi, ZHONG Zhihua. Numerical simulation of airflow around the car body using SST turbulence model [J]. SAE Technical Paper 2002-01-2042, 2002.

19 吳宗玲, 閆連山, 曾德兵, 等. 基于ARM+CPLD的高精度超聲波風(fēng)速儀的設(shè)計(jì)[J]. 傳感器與微系統(tǒng)，2012,31(6)：101-103,107.

WU Zongling, YAN Lianshan, ZENG Debing, et al. Design of ultrasonic wave anemometer with highprecision based on ARM+CPLD [J]. Transducer and Microsystem Technologies, 2012,31(6)：101-103,107 (in Chinese)

20 Gill Instruments Ltd. WindObserver-65 ultrasonic anemometer user manual issue 1 [M]. Hampshire, UK: Gill Instruments Ltd, 2012.

21 張小龍, 潘登, 姜山, 等. 基于加速度的汽車懸架位移實(shí)時(shí)測(cè)試方法試驗(yàn)研究[J/OL]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2013, 44(10): 15-22. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view-abstract.aspx?file_no=20131003amp;flag=1amp;journal_id=jcsam. DOI: 10.6041/j.issn.1000- 1298.2013.10.003.

ZHANG Xiaolong, PAN Deng, JIANG Shan, et al. Experiment on real-time test method for automotive suspension distance based on acceleration[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2013, 44(10): 15-22. (in Chinese)

VirtualTestSystemforCoastdownResistanceofMotorVehiclewithCompensationofWindSpeedandDirection

ZHANG Xiaolong1LIU Pengfei1WANG Xuming2BAI Junchao2CHEN Bin2WU Ti1

(1.SchoolofEngineering,AnhuiAgriculturalUniversity,Hefei230036,China2.TechnicalCenterofAnhuiJianghuaiAutomobileGroupCo.,Ltd.,Hefei230601,China)

A vehicle road way coastdown virtual test system with compensation of wind speed amp; direction and road slope was developed to satisfy the requirements of reducing environmental influences and improving test accuracy and efficiency. Firstly, based on the American SAE J-2263 standard and the sixth stage’s fuel consumption test standard of China, the CompactRIO was employed in the test system as the key controller which was made by American National Instrument Company. The test method of wind speed and direction, road slope, tire pressure and temperature, etc., and the sensor layouts were systematically introduced. Secondly, the systematic data processing method was proposed, including the connection of segmented coastdown test data, the compensation of wind speed, the elimination of abnormal data, and the coastdown model building based on the test system. Finally, the test system was installed on a passenger car and the systematic coastdown tests were conducted. All the tests indicated that the test system worked reliably and met the test precision requirements. The processing results of the test data showed that the repetition of the coastdown resistances with the compensation of wind speed amp; direction and road slope was 2.2%. And the systematic deviation between the compensated and none compensated coastdown resistances was 3.7%. The designed coastdown system improved the test precision of coastdown resistance effectively and provided the means for vehicle resistance compensation for the vehicle performances test on the chassis dynamometer.

motor vehicle; coastdown test; compensation for wind speed and direction; compensation for road slope; test system; road way tests

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.11.048

U467.1

A

1000-1298(2017)11-0390-08

2017-03-05

2017-03-31

安徽省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(1608085ME109)和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51675005)

張小龍(1976—)，男，教授，博士，主要從事車輛測(cè)控與動(dòng)力學(xué)研究，E-mail: xlzhang@ahau.edu.cn