Cruise中滑行数据替代行驶阻力的处理方法

崔红雨

(同济大学汽车学院，上海 201804)

Cruise中滑行数据替代行驶阻力的处理方法

崔红雨

(同济大学汽车学院，上海 201804)

分析汽车道路滑行试验的数据处理方法，论述了整车阻力的获得方法，着重阐述如何简单有效地在Cruise软件中设置较为准确的整车阻力数据的一种方法。

滑行数据；整车阻力；Cruise软件

0 引言

AVL Cruise 软件是用于车辆系统动力学仿真分析的高级软件，可以轻松实现对复杂车辆动力传动系统的仿真分析：车辆在不同配置参数和整车阻力下运行，计算动力经济性，经过分析从而得到最优配置，降低设计强度、缩短试验周期，车辆配置参数由厂家准确提供。所以车辆整车阻力的设定直接影响着模拟分析输出的准确性，是至关重要的一个环节。

众所周知，汽车在行驶中有滚动阻力、空气阻力、坡道阻力、加速阻力以及车辆内部摩擦损耗，在车速较低时，空气阻力较小，整车阻力以滚动阻力为主；随车速升高，空气阻力所占比例加大。一般情况下通过添加滚动阻力和空气阻力经验值进行仿真，误差较大，所以为使模拟分析更加准确，必须输入准确的整车阻力。所以准确地获得整车阻力对降低汽车油耗具有重要的意义。

一般情况下测定整车阻力有两种方案：第一种方案是分别测试滚动阻力和空气阻力，然后叠加计算整车阻力；第二种是通过滑行实验反向计算整车阻力。第一种是在转鼓试验台上精确测定滚动阻力，在风洞内精确测定空气阻力，但相应的阻力测量会耗费大量的资源，并且相关测量对试验设备的要求非常高。第二种方案成本低, 可靠性较高, 实用性强。因此, 国内外仍然大量采用第二种路面滑行试验法来测定汽车的行驶阻力。路面滑行试验不能直接得到整车阻力，所以通过测试数据计算整车阻力至关重要。下面来讨论如何处理滑行试验得到的数据，在AVL Cruise应用中如何准确地设定整车阻力，力求准确模拟车辆运行状况的问题。

1 汽车道路滑行试验的数据处理

1.1 滑行数据采样分析

整车滑行试验数据一般有时间、速度和里程采样3种。而最容易得到的数据是距离与速度或速度与时间的关系。下面针对一组距离与速度数据来分析相关阻力获取方法。

1.2 除异点

理论上整车阻力是滚动阻力、空气阻力、坡道阻力、加速阻力组成的，如下式[1]：

Ft=Ff+Fw+Fi+Fj

如果假设路面是平整的不存在坡度，那么坡道阻力可以忽略；车辆滑行时处于空挡，不存在加速阻力，那么可以认为此时的加速度反映的是滚动阻力、空气阻力。众所周知，滚动阻力和空气阻力都和车速呈单调关系的，所以理论上滑行试验过程整车阻力和车速呈单调关系;而加速度本质上反映了汽车滑行过程中的整车阻力，所以理论上加速度和车速呈单调关系。滑行过程，车速必然随时间降低，即速度和时间为单调关系，所以加速度和时间是单调关系。但是，通过实际数据分析加速度和时间并非单调关系，有很多点出现了不合理的跳跃情况，称之为异点。

分析原因，是因为在滑行过程中除滚动阻力和空气阻力外，汽车还受到许多随机激励，如路面上微小的凸起和凹坑、水泥接缝、偶尔阵风等。这些随机激励对加速度的数值产生影响。滑行数据(图1)受随机激励影响，使得a-t曲线(图2)波动较大。因此，拟合前要剔除异点，即把明显不合理的数据删除。某数值与其相邻的两数平均值相比，若超过2倍或小于50%，则视为异点。如图1是某车型滑行数据，根据该组数据作者求解原始a-t曲线(图2),剔除不可信点后，得到处理后的a-t曲线(图3)。

图1 滑行数据

图2 原始加速度a-时间t曲线

图3 处理后的加速度a-时间t曲线

1.3 行驶阻力求解

根据GB/T 27840-2011《重型商用车燃料消耗量测量方法》中关于行驶阻力的求解方法：

计算行驶阻力如图4所示。

图4 整车阻力-车速曲线

2 AVL Cruise中整车阻力的设定

在汽车模拟仿真软件AVL Cruise的应用中，对整车阻力的设置一般以下3种形式：Physical(经验模式：输入空气阻力、滚动阻力)，Function(阻力函数法)，Characteristic(阻力曲线特性法)。根据掌握的汽车阻力数据情况，可以选择不同的阻力设置方式。

可以在车辆组件的属性窗口中选择车辆阻力设置模式，如图5所示。

图5 Cruise整车阻力模式的设置界面

文中采用的是Characteristic方法，是直接设计输入速度和对应的阻力即v-F曲线，如图6所示。

图6 整车阻力表

见图6，a列代表车速(km/h),b列代表阻力(N)，将车速、阻力一一对应填进去。其中车速-阻力曲线的获取在第1.3节中已经详细介绍了，不再赘述。

当完成数据的处理和准备工作后，就可以利用Cruise来模拟车辆的动力性和经济性了。

3 计算

3.1 计算模型建立

计算模型建立的方法在Cruise手册和各种文献都有详细描述，文中不再赘述。需要提醒的是，尽量多地使用通过试验获取的参数设定各模块零部件。具体模型见图7。

图7 6×4牵引车配3轴挂车的整车模型

3.2 计算任务

按照设计要求在Cruise内搭建滑行模型，在folder里面创建Brake/Coast/Thrust任务。folder设置阻力模式，要求阻力模式与图5所示的Cruise整车阻力模式的设置界面内设置的阻力

相互对应；设置Without Gears(脱挡滑行)，设置初始车速为80 km/h、Load State为Full，其他设置按需要具体设置。

在Calculation Center里面进行运算，并且观察是否有错误产生，如图8显示计算完成。

图8 Cruise计算过程

3.3 计算结果

观察Cruise模拟滑行的曲线图。打开Result Manager中的 Velocity图，可以得到速度和时间关系图，即Cruise模拟滑行曲线图，如图9所示。

图9 Cruise模拟滑行曲线图

3.4 与滑行数据进行对比

为了验证Cruise计算数据的准确性，需要对比滑行试验数据和Cruise计算数据。

打开Result Manager中的 Velocity图，找到Velocity-Distance曲线图，并且导出速度-距离的曲线数据。利用Excel对比滑行试验数据和Cruise计算数据，如图10所示。

图10 试验数据和Cruise模拟滑行数据对比

通过数据对比能够发现两条滑行曲线吻合度非常高，其中高速段即风阻值基本重合，低速段滚阻和内摩擦损耗误差小于1%。

4 结论

(1)通过s-v曲线转化加速度曲线拟合整车阻力置信度较高。

(2)在剔除异点时，某数值与其相邻的两数平均值相比，若超过2倍或小于50%，那么该点及其前后两点要进行除异分析。

[1]何仁.汽车动力性燃料经济性模拟计算方法及应用[M].北京：机械工业出版社，1996.

[2]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2010．

[3]彭莫，刁增祥.汽车动力系统匹配及评价[M].北京：北京理工大学出版社，2009.

MethodforUsingVehicleSlidingDatatoReplaceVehicleResistanceinCruise

CUI Hongyu

(School of Automotive Studies, Tongji University, Shanghai 201804,China)

The data process method for vehicle sliding experiment was analyzed.The method of obtaining vehicle resistance from the vehicle sliding data was discussed.A simple and effective method how to set up the vehicle resistance more accurately in Cruise software was focused on.

Vehicle sliding data; Vehicle resistance; Cruise software

2017-07-27

崔红雨(1978—)，男，在职硕士研究生。E-mail：reddy007@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.10.006

U462.3+1

A

1674-1986(2017)10-025-04