05-AVL CRUISE应用之滑行数据的处理及整车阻力的设定_通用五菱

AVL CRUISE应用之滑行数据的处理及整车阻力的设定
杨晓巫绍宁
上汽通用五菱汽车股份有限公司广西柳州市河西路18号摘要：本文主要讨论了在汽车模拟仿真软件A VL CRUISE的应用过程中整车阻力的设定，论述了整车阻力的获得方法，着重阐述在处理汽车滑行试验数据时应注意的问题及利用A VL CRUISE软件将处理好的滑行参数转换成整车阻力。

关键词：滑行数据整车阻力
主要软件：A VL CRUISE
1. 前言
众所周知，汽车在行驶中有滚动阻力，空气阻力，坡道阻力和加速阻力等四种阻力，在车速较低时，空气阻力较小，行驶阻力以滚动阻力为主。

随车速升高，空气阻力所占比例加大。

汽车的滚动阻力和空气阻力是消耗性行驶阻力。

方便，快捷，准确的测定汽车的这两项阻力对降低汽车油耗具有重要的意义。

精确测定滚动阻力多在转鼓试验台进行，精确测定空气阻力多在风洞内进行，同时这两种阻力也可以用道路滑行试验的方法进行。

风洞试验条件稳定, 1∶1 模型风洞试验测量，空气阻力系数效果真实, 但试验所需费用较高, 限制了一般条件的工厂应用. 滑行试验成本低, 可靠性较高, 实用性强; 因此, 国内外仍然大量采用路面滑行试验法来测定汽车的空气阻力系数。

下面我们来讨论一下如何处理滑行试验得到的数据，在AVL CRUISE的应用中如何准确的设定整车阻力，力求准确模拟车辆运行状况的问题。

2．汽车道路滑行试验的数据处理
2．1．滑行数据采样分析
一般汽车动力性试验的采样模式有时间采样、速度采样和里程采样三种。

为提高试验精度，选取采样模式应以高速段采点较多、低速段采点相对较少为原则。

采样步长对试验精度也有影响。

步长过大，采点少，精度必然低。

但若步长过小，由于数据波动大，有高频波成分，反而降低了拟合精度。

以下面的试验数据为例（图2-1），速度采样步长为5km/h，拟合时约有25个有效点。

在滑行试验中，五轮仪记录了如下4个参数的数值：序号NO、时间t、车速v 和里程s。

此这4个
数组的数据一般不能直接用来拟合，需进行处理。

2．1．1 除异点
平均减速度本质上反应了汽车滑行过程中的受力。

除滚动阻力和空气阻力外，汽车还受许多随机激励。

如路面上微小的凸起和凹坑、水泥接缝、偶尔阵风等等。

这些随机激励对平均减速度的数值产生影响。

采样数据受随机激励影响，使得v—t 曲线波动较大。

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。

剔除异点要慎重。

因为每剔除一个异点，就会引起该处的速度间隔比别处大一倍，拟合点也少一个。

如图2-1中粉红色的这组与其他数据相比，其滑行到0时的时间（133.6s）比其他组的都小，在起始滑行速度差不多的时候，这个数值就明显的不合理，故在拟合前应去掉这组数据。

另外在同一组数据中也有可能出现波动较大的点，在进行拟合前应仔细检查并删除。

2．1．2 插值
如表2中的第一组数据，试验得到的车速的间隔并不是均匀的，这需要插值，由于车速与时间的关系，一般采用线性插值。

尽量使车速的间隔变化均匀， 图2-2 图2-3 。

同理可以对每组滑行数据进行插值，下图是某款车型的滑行试验的数据（图2-4），
图2-4 滑行数据
插值后得到的结果（图2-5）
图2-5 插值结果
2．1．3 看是否单调。

比较两相邻车速间的时间变化量△T(s)，如果△T(s) 单调递增的话则可以保证滑行曲线是平滑的。

如图5中△T(s)是单调递增的，则对应的V-T 平均的关系是平滑的曲线。

如图2-6
图2-6 V-T
平滑曲线
或者把滑行数据中的速度和时间作如下的处理：图2-7.在此亦要保证△T (s)是单调的，v ～t 关系曲线才是平滑的。

在代入cruise 进行计算是在属性中选择from deceleration Interval characteristic，图2-10。

此时输入cruise 的v ～t 关系中的v 应是△T 对应的相邻两车速的平均值。

图2-7
2．2．Cruise的convention功能
插值完成，并检查△T(s)单调后可以把往返两个方向的时间t 取平均，得
到处理好的数据t-v关系代入cruise进行计算。

图2-8 属性选项
图2-9 滑行特性
图2-10 属性选项
图2-11 deceleration Interval characteristic
要注意这个时候的参考载荷应该是参考车型做滑行试验时的载荷，此时
Frontal Area , Drag Coefficient 都不起作用。

图2-12
点击convention 键就可以得到车辆的车速-阻力特性了（函数或者曲线特
性）。

等等虽然cruise里truncate left，truncate right功能，使曲线更平滑。

但是轻易不要截掉V-T关系曲线的任何一段，因为truncate left，truncate right 截去的是V-T关系曲线的两头，即低速段和高速段的曲线。

但是对于随车速变化的整车阻力而言这两段车速却是最敏感的，因为在低速段车辆主要表现为滚动阻力，在高速段则主要反映空气阻力，本身我们的V-T关系的采样点就不多，随便截去一两个点可能都会对我们拟合的结果造成影响V-T关系曲线。

而且UDC 和NEDC循环中有一段车速是在0-40km/h之间，这一车速段的阻力会对我们的最终油耗值有直接的影响。

而且在高速段的阻力会影响到最高车速的大小，如图2-13
图2-13
整车阻力与驱动力交点在4档156km/h左右，如果在做convention时截掉了高速段的曲线，则会影响拟合精度，最终反映到最高车速上就会有明显的变化。

故轻易不要截去处理好的滑行数据中的某一点。

如果滑行曲线处理的不平滑可以做适当调整，使其尽量平滑。

2.3 车辆的阻力的定义形式
车辆的阻力可以被定义成一个阻力函数 （三个影响因子）：参考车型的系数换算：Function：常数项： a一次项： b 二次项： c。

cruise的转换功能可以获得这个函数中的a，b，c或者直接获得整车的阻力曲线。

当我们知
道一参考车型的Function（a b c）时，要求现有车型的Function，可以这么做常数项系数a 和一次项系数 b 的校正是乘以车辆质量的比例系数
二次项系数 c 的校正是乘以车辆的空气阻力的比例系数 通常的做法，如果知道某车型的空载Function的 a，b，c，想了解其满载时的Function系数；或者是同一款造型的车不同配置，不同载荷时的Function系数，亦可通过上述a，b，c的校正来实现。

因为整车阻力可定义为 y = cv2 + bv + a. 而bv + a项主要反映整车的滚动阻力，其与车辆的载荷成正比，而cv2项则反映的是车辆的空气阻力，与车辆的造型直接相关，故二次项系数 c 的校正是乘以车辆的空气阻力的比例系数。

如果知道某车型的空载Function的 a，b，c，想了解其满载时的Function系数时可以认为c不变（造型不变），a，b乘以车辆质量的比例系数即可得到（不推荐）。

当然cruise可以自动计算阻力影响因子 a , b 和 c （函数模型）以及阻力特性（特性模型）。

3．AVL CRUISE中整车阻力的设定
3.1 Cruise 阻力定义1
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几种形式，不同车辆阻力的定义可以在车辆组件的属性窗口中进行选择常规模型的定义如下：
车辆组件中空气阻力参数的定义
迎风面积
空气阻力系数
滚动阻力是在车轮组件的Rolling Resistance中进行定义的，它有四个可供选择的项目：
根据车轮载荷定义滚动阻力
根据轮胎充气压力定义滚动阻力
根据车速定义滚动阻力 根据温度定义滚动阻力
ref act
corr m m a a ⋅=ref act corr m m b b ⋅=ref
ref W act act W corr A c A c c c ⋅⋅⋅=,,
这四个选项可以在车轮组件的属性窗口中激活，每个车轮的滚动阻力都必须单独定义，即在vehicle输入汽车迎风面积和空气阻力系数，如图3-1：并在wheel中设定轮胎的滚动阻力系数；如图3-2：
图3-1 汽车迎风面积和空气阻力系数
图3-2 wheel中设定轮胎的滚动阻力系数
3．2．Cruise 阻力定义2
另一种形式之一是特性模型定义，如前所述，要精确获得车辆的空气阻力系数要通过风洞试验，轮胎随车速变化的滚动因子也要试验得到，往往整车厂的车型比较多，而且没种车型装配的轮胎形式不一样。

故在设定整车阻力时使用更多的是通过滑行试验获得的整车阻力特性。

根据自身车型的不同特点及阻力形式定义整车阻力，如图3-3～图3-6。

图3-3 characteristic without reference vehicle
图3-4 function without reference vehicle
图3-5 function with reference vehicle
图3-6 characteristic with reference vehicle
在这要注意，当选择characteristic with reference vehicle 和 function with reference vehicle的时候，被激活的weight应该是参考车辆做试验时的质量。

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。

可见准确，快捷的收集和整理数据是A VL CRUISE能真实模拟整车性能的一个关键。

4. 结语
（1）通过对整车道路滑行数据的处理及利用A VL CRUISE 转换得到车辆的滑行阻力
（2）解决滑行数据处理中经常遇到的问题，力求获得准确反映整车阻力的阻力特性
（3）根据自身车型的实际情况在A VL CRUISE中整车阻力选择适合的设定形式。

5，致谢
在本文的完成得到了A VL 李斯特技术中心彭博士的指导和帮助，在此作者表示衷心的感谢！
参考文献
[1]AVL Cruise User’s Guide
[2] 韩宗奇 燕山大学 《用滑行试验法测定汽车空气阻力系数研究》。