基于LabVIEW的汽車穩態回轉試驗數據分析

趙鵬舉

（武漢理工大學汽車工程學院，湖北 武漢 430070）

基于LabVIEW的汽車穩態回轉試驗數據分析

趙鵬舉

（武漢理工大學汽車工程學院，湖北 武漢 430070）

汽車操縱穩定性試驗包含的項目較多，穩態回轉試驗是表征及評價汽車操縱穩定性的一個重要的基本試驗。文章以某轎車為例，對汽車操縱穩定性試驗項目中的穩態回轉做了實車試驗，通過LabVIEW圖形化的編程語言對試驗數據進行處理得到了關系曲線各2條。通過對曲線的分析并結合相關法規找出中性轉向點的側向加速度an、不足轉向度U及車身側傾度Kφ三個參數，從而得到了對該汽車的穩態回轉性能的綜合評價。這種處理方法提高了效率和精度，給測試帶來了方便。

穩態回轉試驗；LabVIEW；數據分析；性能評價

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

操縱穩定性試驗包含的項目較多，穩態回轉試驗是表征及評價汽車操縱穩定性的一個十分重要的基本試驗[1]，而試驗數據處理和分析成為穩態回轉試驗的一個重要組成部分。LabVIEW是美國NI公司研制的一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言。它能夠較易實現數據的處理、實時顯示以及過程控制等功能[2]。這些都是在汽車試驗中必須實現的基本過程，因此LabVIEW在汽車測試中已經得到了廣泛的應用。基于虛擬儀器LabVIEW軟件對試驗數據處理并實時顯示曲線，這樣得到的曲線更加精確和科學。

1、汽車穩態回轉試驗概述

1.1 穩態回轉試驗的檢測原理

汽車穩態回轉試驗需要分別對中性轉向點的側向加速度、不足轉向度和車身側傾度等參數進行檢測和評估，并據此3項指標綜合評價汽車的穩態回轉性能[3]。

在符合試驗要求的場地上，被測汽車向左或向右行駛3次，直接測量出：汽車行駛速度、橫擺角速度和車身側傾角，從而計算出側向加速度、轉彎半徑以及前后軸側偏角之差。然后在LabVIEW中根據得到的試驗數據作出(RiRo)-ay、(δ1-δ2)-ay、φ-ay關系曲線各2條。

1.2 穩態回轉試驗的評價標準

根據文獻[4]中，中性轉向點的側向加速度an值，定義為(δ1-δ2)-ay關系曲線上斜率為零處的側向加速度值，在所試的側向加速度值范圍內，未出現中性轉向點時，an值用最小二乘法按無常數項的三次多項式擬合曲線進行推算，然后計算出an的評價計分值Na；不足轉向度定義為(δ1-δ2)-ay關系曲線上側向加速度 2m/s2處的平均斜率（縱坐標值除以橫坐標值），在確定了不足轉向度的U值后，計算出U評價計分值NU，車身側傾度Kφ按φ-ay關系曲線上側向加速度值為2m/s2處的平均斜率（縱坐標值除以橫坐標值）計算， 在確定了車身側傾度Kφ值后，計算出Kφ的評價計分值Nφ。最后對3個計分值求平均值即得出穩態回轉試驗的綜合評價計分值Nω。

2、穩態回轉試驗數據分析軟件設計

2.1 軟件流程設計

該試驗數據分析軟件設計流程如圖1所示，首先進入用戶界面，初始值設置完畢，進入等待測試狀態，若條件滿足，開始測試，進入數據和曲線的顯示階段，若分析完成即可結束測試，并保存曲線和數據。保存的數據可用于數據處理后對汽車的穩態回轉性能的分析和評價。

2.2 實時曲線顯示程序

在LabVIEW 8.6中程序框圖先后經過了數據的讀入和轉換輸出以及提取需要的數據，最后經過處理之后的數據按照數學運算實現了實時顯示。

3、實車試驗數據分析及性能評價

3.1 試驗數據的截取

對于實車試驗得到的試驗數據可能隨著側向加速度的增加，穩態響應特性發生變化，不能維持圓周行駛[5,6]，會發生側滑,出現轉向半徑迅速增大或減少的情況，因此對于這一情況應對采集到的數據進行截取，這樣對得到有效的試驗數據進行分析得出相應的實時曲線。下面由速度曲線對數據作對應的截取，曲線如圖3所示。

由圖3可知當速度達到最大時之前的數據都是有效數據，當速度由最大開始減少時汽車此時不再是穩態的狀態，這一部分數據不應該選取。同時對于采集到的其他兩組數據也應做相應的截取。

3.2 試驗數據的表述與分析

經過處理后的數據就可以通過LabVIEW的讀取電子表格的形式讀取，根據的文獻[3]的處理要求需要輸出(RiRo)-ay、(δ1-δ2)-ay、φ- ay關系曲線各2條。

3.2.1 轉彎半徑比RiRo與側向加速度ay關系

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，此車為不足轉向汽車，轉向半徑始終大于R0。

3.2.2 前后側偏角差值(δ1-δ2)與側向加速度ay關系

曲線如圖8和9所示。

圖2中子VI如圖10所示。

注：在前后側偏角差值(δ1-δ2)—ay關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。

從圖8和9中可以看出前輪的側偏角在側向加速度下的增長率要大于后輪的側偏角在側向加速度下的增長率，說明該車具有不足轉向特性。

3.2.3 車身側傾角φ與側向加速度ay關系

曲線如圖11和12所示。

圖2中子VI分別如圖13所示。

注：在車身側傾角φ—ay關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。

從圖11和12中可以看出車身側傾角相對于側向加速度的變化有較好的斜率，避免了由于側傾角變化過大所造成的不穩定、不安全及變化過小所造成的平順性差等情況的發生。

3.3 汽車穩態回轉性能評價

據文獻[4]中的定義和要求，an值越大說明轉向過程中汽車的操縱穩定性越好，轉向翻車的可能性越小；an值越小則說明汽車會過快地出現過度轉向而導致翻車。U是對汽車不足轉向“量”大小的評價，雖然汽車都應該具有不足轉向特性，但不足轉向的“量”，并非是越大越好，因為不足轉向量越大，轉向的側向力減弱，對操縱性不利；越小則在轉向時汽車會較早進入不穩定狀態。Kφ指的是轉向過程中車身的側傾度，Kφ越大汽車越不安全，側傾過大將直接導致車輛的失控。

（1）由圖8和9知曲線上均未出現斜率為零的點，而且隨著側向加速度的增大，曲線的斜率也越來越大，所以可以認為該車沒有中性轉向點，即是中性轉向點的側向加速度值的評價計分值為100分。

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

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

故該汽車的穩態回轉特性的評分及評價結果如表1所示。

表1 穩態回轉性能評價

這些評定分數以圖表的形式直觀地表征了穩態回轉性能的好壞，分數越高表示該項目越好。從該表中分析可以得到：不足轉向度U這項指標性能不高，偏離了理想值，這樣能夠有針對性的進行改進和參數調整，使其接近理想值，最終提高汽車操縱穩定性。

4、結論

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

（2）通過對三對曲線的分析，得出試驗汽車具有不足轉向特性，并通過中性轉向點的側向加速度an，不足轉向度U及車身側傾度Kφ三個參數，計算得到穩態回轉試驗的綜合評價計分值，計算說明了從穩態回轉試驗方面考慮該車的操縱穩定性良好。

（3）論文研究為以后試驗數據處理分析提供了參考，并對汽車操縱穩定性的提高做出針對性改進和參數的調整提供了依據。

[1] 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業出版社,2011.

[2] 陳錫輝，張銀鴻.LabVIEW 8.20程序設計從入門到精通[M].北京：清華大學出版社，2012.

[3] GB/T6323.6-94,汽車操縱穩定性試驗方法穩態回轉試驗[S].

[4] GB/T13047,汽車操縱穩定性指標與評價方法[S].

[5] 鄭紅梅.汽車穩態回轉試驗信號實時處理系統的研究[J].合肥工業大學學報(自然科學版).2000,23(2):241.

[6] 劉翰東.汽車操縱穩定性的評價與試驗[J].客車技術與研究.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汽車工程學院。研究方向：車輛新能源及其動力裝置。