商用車(chē)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)截取方法研究*

陳德兵，張國(guó)振，曾柯，夏小均

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商用車(chē)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)截取方法研究*

陳德兵1，張國(guó)振2，曾柯1，夏小均1

（1.重慶車(chē)輛檢測(cè)研究院有限公司 國(guó)家客車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，重慶 401122； 2.工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)發(fā)展中心，北京 100846）

一般的數(shù)據(jù)截取方法沒(méi)有考慮到商用車(chē)低速時(shí)速度，側(cè)向加速度和橫擺角速度的不穩(wěn)定性，若將該不穩(wěn)定性引入到數(shù)據(jù)分析結(jié)果中會(huì)造成數(shù)據(jù)結(jié)果一致性差的問(wèn)題，提出了將側(cè)向加速度為0.5m/s2時(shí)作為截取閾值，排除側(cè)向加速度為0.5m/s2之前數(shù)據(jù)點(diǎn)的不穩(wěn)定性，試驗(yàn)證明該方法在準(zhǔn)確反映車(chē)輛穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)特性的基礎(chǔ)之上，可顯著提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果的一致性。

汽車(chē)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)；數(shù)據(jù)截??；數(shù)據(jù)一致性

引言

穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)是整個(gè)操穩(wěn)試驗(yàn)類(lèi)型中一個(gè)重要權(quán)重占比很大的試驗(yàn)，具有一票否決權(quán)[1]，但是在實(shí)際的過(guò)程應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)同一臺(tái)車(chē)在相同工況下試驗(yàn)重復(fù)性和數(shù)據(jù)分析結(jié)果一致性差的問(wèn)題，已有文獻(xiàn)[2]指出，操穩(wěn)試驗(yàn)中試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理是較大的難點(diǎn)，也有文獻(xiàn)[1]指出，對(duì)于試驗(yàn)條件、試驗(yàn)方法、及數(shù)據(jù)處理方法的微小差別，結(jié)果往往相差很大。趙鵬舉認(rèn)為當(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，因此提出了速度最大截取法[3]。時(shí)付偉在分析穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)選擇速度從零開(kāi)始到最大整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[4]。但是商用車(chē)低速時(shí)速度，側(cè)向加速度和橫擺角速度狀態(tài)不穩(wěn)定，若將該不穩(wěn)定性引入到數(shù)據(jù)分析結(jié)果中會(huì)造成數(shù)據(jù)結(jié)果一致性差的問(wèn)題，因此，本文基于標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法，細(xì)化各過(guò)程變量，分析了在0.5m/s2前車(chē)輛及對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定對(duì)最終數(shù)據(jù)處理的影響。通過(guò)將側(cè)向加速度為0.5m/s2時(shí)作為截取閾值，消除掉側(cè)向加速度為0.5m/s2之前的數(shù)據(jù)點(diǎn)的不穩(wěn)定性，該方法在不改變?cè)紲y(cè)量曲線所包含的重要信息基礎(chǔ)之上可以顯著提高數(shù)據(jù)分析結(jié)果一致性，后文將以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行說(shuō)明。

1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析方法

1.1 經(jīng)驗(yàn)截取方法

最初經(jīng)驗(yàn)截取方法沒(méi)有考慮太多的經(jīng)驗(yàn)積累，憑直覺(jué)從側(cè)向加速度從平緩開(kāi)始上升處到達(dá)到最大側(cè)向加速度的整個(gè)時(shí)間段進(jìn)行截取，例如某一次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的側(cè)向加速度如下圖1所示。

圖1 側(cè)向加速度隨時(shí)間變化曲線

從圖1中可以看出，初始截取點(diǎn)的選擇全憑經(jīng)驗(yàn)觀察，沒(méi)有定量的指標(biāo)去標(biāo)定。不同的實(shí)驗(yàn)員經(jīng)驗(yàn)不同，認(rèn)知不同，可能會(huì)截取出不同的數(shù)據(jù)段。那么采用該種截取方法截取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)以下六組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，初始變量狀態(tài)都為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，研究原始截取方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果及一致性的影響，選擇Data1，Data2，Data3，Data4，Data5，Data6共6組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其工況因素如下：車(chē)輛類(lèi)型為恒通公交車(chē)，Data1，Data2，Data3駕駛員為A，Data4，Data5，Data6駕駛員為B，陀螺儀安裝位置為質(zhì)心位置，實(shí)驗(yàn)前，前后軸邊胎胎壓均為6.3bar，輪胎類(lèi)型前軸為盧河、后軸為朝陽(yáng)，試驗(yàn)過(guò)程中方向盤(pán)固定，駕駛員加速過(guò)程采用緩慢加速縱向加速度維持在0.1m/s2左右，陀螺儀品牌為ADMA陀螺儀，回轉(zhuǎn)半徑為15m，載荷狀態(tài)為空載，每天的實(shí)驗(yàn)之前都經(jīng)過(guò)充分且穩(wěn)定的輪胎預(yù)熱，正式實(shí)驗(yàn)前輪胎胎壓處于穩(wěn)定狀態(tài)。

對(duì)上述6組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)截取方法來(lái)截取待分析段數(shù)據(jù)，以研究數(shù)據(jù)截取方法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致性的影響，如表1所示。Data1，Data2，Data3三組數(shù)據(jù)為右轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從分析結(jié)果可以看出，計(jì)算得到的R0最大最小值之間存在0.41m的誤差，不足轉(zhuǎn)向度U最大值與最小值之間存在0.19（deg/(m/s2)）的誤差，誤差都相對(duì)較大，而這三組實(shí)驗(yàn)工況的變量因素都相同，唯一存在不確定性的是截取數(shù)據(jù)時(shí)沒(méi)有統(tǒng)一的量化指標(biāo)而憑經(jīng)驗(yàn)截取，這種截取方法本身是沒(méi)有考慮到車(chē)輛啟動(dòng)初期速度和橫擺角速度存在不穩(wěn)定性，這種不穩(wěn)定性會(huì)引入到數(shù)據(jù)分析過(guò)程，因此數(shù)據(jù)截取的目的就是要避免這一因素影響。同樣的取另外三組數(shù)據(jù)Data4，Data5，Data6，這三組數(shù)據(jù)與Data1，Data2，Data3三組數(shù)據(jù)為同一工況，也即變量因素相同，不同的是回轉(zhuǎn)方向?yàn)樽筠D(zhuǎn)，可以看出R0在Data5和Data6兩組實(shí)驗(yàn)下完全一樣，不足轉(zhuǎn)向度U也相差不大，但是Data4下的R0為13.6m與Data5和Data6相差了0.6m左右，同時(shí)不足轉(zhuǎn)向U差別也較大，值得注意的是不足轉(zhuǎn)向在三次實(shí)驗(yàn)下均超過(guò)1.1（deg/(m/s2)），從駕駛員和實(shí)驗(yàn)員的主觀評(píng)價(jià)來(lái)看車(chē)輛并沒(méi)有這么大的不足轉(zhuǎn)向度，與實(shí)際不符。

表1 經(jīng)驗(yàn)截取方法數(shù)據(jù)分析結(jié)果

1.2 側(cè)向加速度截?cái)喾?/h3>

要分析1.1節(jié)不足轉(zhuǎn)向度一致性不好的原因，我們首先從標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6323-2014中計(jì)算不足轉(zhuǎn)向度的理論公式出發(fā)進(jìn)行推導(dǎo)，由標(biāo)準(zhǔn)可知不足轉(zhuǎn)向度為前后軸側(cè)偏角差與側(cè)向加速度關(guān)系曲線上側(cè)向加速度為2m/s2處的平均斜率（縱坐標(biāo)值除以橫坐標(biāo)值計(jì)算），于是1.1節(jié)Data4，Data5，Data6三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的前后軸側(cè)偏角差與側(cè)向加速度關(guān)系曲線如下圖2所示，從圖2中可以看出側(cè)向加速度為2m/s2處的前后軸側(cè)偏角差的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2中紅色豎線所示，Data5，Data6兩組數(shù)據(jù)在2m/s2處的前后軸側(cè)偏角差基本吻合，Data4與上述兩組相差較大，因此計(jì)算得到的不足轉(zhuǎn)向度Data5和Data6基本吻合，而Data4會(huì)有較大偏差。

圖2 前后軸側(cè)偏角差隨側(cè)向加速度變化曲線

圖3 側(cè)向加速度隨時(shí)間變化曲線

造成上述偏差的原因可以層層追溯，一般來(lái)說(shuō)駕駛員的操控細(xì)則在給定的情況下加速過(guò)程是基本一致的，如下圖3所示，Data4，Data5，Data6三組實(shí)驗(yàn)的側(cè)向加速度隨時(shí)間變化曲線，從圖3中可以看出三條側(cè)向加速度曲線只是存在一定的相位差，但是變化趨勢(shì)基本一致。側(cè)向加速度趨勢(shì)一致，那問(wèn)題就落在了前后軸側(cè)偏角差上。

根據(jù)前后軸側(cè)偏角差的計(jì)算公式，如下式，可知第k點(diǎn)轉(zhuǎn)彎半徑R主要由速度v和橫擺角速度γ共同決定，R0為初始轉(zhuǎn)彎半徑，即側(cè)向加速度與轉(zhuǎn)彎半徑擬合曲線側(cè)向加速度為零處的值，R0值主要影響前后軸側(cè)偏角差值的整體大小。

分析Data4，Data5，Data6三組實(shí)驗(yàn)的Rk曲線如下圖4所示，從圖4中同樣可以看出三組實(shí)驗(yàn)Rk隨時(shí)間的變化趨勢(shì)基本一致，再一次印證了三次實(shí)驗(yàn)駕駛員加速過(guò)程的一致性。

Rk的一致性已經(jīng)保證的前提下，前后軸側(cè)偏角差唯一的影響因素就是R0，從表1中可以看出Data4組的R0為13.60m，Data5，Data6的R0為12.97m，理論上講R0會(huì)影響前后軸側(cè)偏角差在Y軸方向的高低，從圖4所反映的曲線高低也可以得到印證，Data5，Data6基本重合，而Data4組的曲線相對(duì)上移。由此可見(jiàn)造成Data4不足轉(zhuǎn)向度一致性差的主要原因是由于R0值偏差較大。下面將分析Data4，Data5，Data6三組實(shí)驗(yàn)初始半徑R0的計(jì)算過(guò)程，下圖5為Data4，Data5，Data6三次實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)彎半徑Rk與側(cè)向加速度關(guān)系曲線，圖中紅色曲線為擬合后的結(jié)果。

圖5 轉(zhuǎn)彎半徑Rk隨側(cè)向加速度變化曲線

根據(jù)擬合曲線取側(cè)向加速度為0m/s2時(shí)的Rk作為初始半徑R0值，所得結(jié)果如表1所示分別為13.60m，12.97m和12.97m，可以看出Data4，Data5，Data6的R0值不同是由于轉(zhuǎn)彎半徑Rk與側(cè)向加速度擬合曲線的偏差導(dǎo)致的，進(jìn)一步分析圖5可以看出，在側(cè)向加速度0-0.5m/s2區(qū)間，轉(zhuǎn)彎半徑Rk隨側(cè)向加速度存在較大的波動(dòng)，這主要是由于商用車(chē)體積質(zhì)量大，其在低速時(shí)候速度、橫擺角速度和側(cè)向加速度都不穩(wěn)定，存在較大的波動(dòng)性，當(dāng)速度逐漸提升后上述三個(gè)測(cè)量物理量的關(guān)系才會(huì)逐漸趨于穩(wěn)定，從圖中可以看出基本上在0.5m/s2后會(huì)趨于穩(wěn)定。

圖6 轉(zhuǎn)彎半徑Rk隨側(cè)向加速度變化曲線

分析Data1，Data2，Data3三次實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)彎半徑Rk與側(cè)向加速度關(guān)系曲線同樣會(huì)發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的問(wèn)題，如圖6中紅色方框所示，在0-0.5m/s2下車(chē)輛的狀態(tài)不穩(wěn)定。

由此可以引出一種新的數(shù)據(jù)截取方法，即將0.5m/s2之前的數(shù)據(jù)截取掉，以0.5m/s2作為數(shù)據(jù)開(kāi)始截取點(diǎn)的閾值，終止點(diǎn)截取方法不變。采用新的數(shù)據(jù)截取方法，對(duì)Data1，Data2，Data3，Data4，Data5，Data6六組數(shù)據(jù)重新進(jìn)行處理。得到得結(jié)果如下表2所示，從表中可以看出相對(duì)于表1，數(shù)據(jù)的一致性得到較大的改觀。

表2 Rk值法截取數(shù)據(jù)后分析結(jié)果

2 結(jié)論

商用車(chē)在低速狀態(tài)下不穩(wěn)，在處理穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)過(guò)程中需要回避車(chē)輛速度不穩(wěn)的狀態(tài)，從大量的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)結(jié)果中可以總結(jié)出將側(cè)向加速度0.5m/s2作為車(chē)輛從初始狀態(tài)到穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)渡的閾值，數(shù)據(jù)處理過(guò)程中就可以將側(cè)向加速度為0.5m/s2之前的數(shù)據(jù)截取掉，只分析從0.5m/s2之后到最大側(cè)向加速度之間的數(shù)據(jù)，這樣就可以從數(shù)據(jù)分析的角度提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性。

[1] 井廣紅,王鋒,宣晨陽(yáng).穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法研究[J].輕型汽車(chē)技術(shù),2015,（5): 35-7.

[2] 郭潤(rùn)清,姜兆娟,高明秋.汽車(chē)操縱穩(wěn)定性道路試驗(yàn)和評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].北京汽車(chē),2015, 1): 37-41.

[3] 趙鵬舉.基于LabVIEW的汽車(chē)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù),2015,11): 99-102.

[4] 時(shí)付偉.基于ADAMS的客車(chē)操縱穩(wěn)定性仿真及試驗(yàn)研究[D];長(zhǎng)安大學(xué),2014.

Research On The Influence of The Experimental Results On Data Interception Methodof Commercial Vehicle Steady Rotation Test

Chen Debing1, Zhang Guozhen2, Zeng Ke1, Xia Xiaojun1

（1.Chongqing Vehicle Test & Research Institute Co., Ltd., National Coach Quality Supervision and Test Center, Chongqing 401122; 2.Ministry of Industry and Information Technology Equipment Industry Development Center, Beijing 100846）

This paper analyses that the original data method does not take into account the instability of speed, lateral acceleration and yaw velocity of commercial vehicles at low speed. If the instability is introduced into the data analysis results, the problem of poor consistency of data results will be brought forward. When the lateral acceleration is 0.5m/s2, as the interception threshold, the instability of the data points before the lateral acceleration is 0.5m/s2is neglected. This method can improve the consistency of the experimental results from the perspective of data analysis.

vehicle steady rotation test; data Interception; data consistency

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1671-7988(2019)03-95-03

U467

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1671-7988(2019)03-95-03

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陳德兵，就職于重慶車(chē)輛檢測(cè)研究院有限公司，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事汽車(chē)整車(chē)領(lǐng)域測(cè)試技術(shù)研究。

重慶車(chē)輛檢測(cè)研究院有限公司科技發(fā)展基金項(xiàng)目（17AKC21）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.03.029