基于LabVIEW的汽车稳态回转试验数据分析

赵鹏举

（武汉理工大学汽车工程学院，湖北 武汉 430070）

基于LabVIEW的汽车稳态回转试验数据分析

赵鹏举

（武汉理工大学汽车工程学院，湖北 武汉 430070）

汽车操纵稳定性试验包含的项目较多，稳态回转试验是表征及评价汽车操纵稳定性的一个重要的基本试验。文章以某轿车为例，对汽车操纵稳定性试验项目中的稳态回转做了实车试验，通过LabVIEW图形化的编程语言对试验数据进行处理得到了关系曲线各2条。通过对曲线的分析并结合相关法规找出中性转向点的侧向加速度an、不足转向度U及车身侧倾度Kφ三个参数，从而得到了对该汽车的稳态回转性能的综合评价。这种处理方法提高了效率和精度，给测试带来了方便。

稳态回转试验；LabVIEW；数据分析；性能评价

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

操纵稳定性试验包含的项目较多，稳态回转试验是表征及评价汽车操纵稳定性的一个十分重要的基本试验[1]，而试验数据处理和分析成为稳态回转试验的一个重要组成部分。LabVIEW是美国NI公司研制的一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。它能够较易实现数据的处理、实时显示以及过程控制等功能[2]。这些都是在汽车试验中必须实现的基本过程，因此LabVIEW在汽车测试中已经得到了广泛的应用。基于虚拟仪器LabVIEW软件对试验数据处理并实时显示曲线，这样得到的曲线更加精确和科学。

1、汽车稳态回转试验概述

1.1 稳态回转试验的检测原理

汽车稳态回转试验需要分别对中性转向点的侧向加速度、不足转向度和车身侧倾度等参数进行检测和评估，并据此3项指标综合评价汽车的稳态回转性能[3]。

在符合试验要求的场地上，被测汽车向左或向右行驶3次，直接测量出：汽车行驶速度、横摆角速度和车身侧倾角，从而计算出侧向加速度、转弯半径以及前后轴侧偏角之差。然后在LabVIEW中根据得到的试验数据作出(RiRo)-ay、(δ1-δ2)-ay、φ-ay关系曲线各2条。

1.2 稳态回转试验的评价标准

根据文献[4]中，中性转向点的侧向加速度an值，定义为(δ1-δ2)-ay关系曲线上斜率为零处的侧向加速度值，在所试的侧向加速度值范围内，未出现中性转向点时，an值用最小二乘法按无常数项的三次多项式拟合曲线进行推算，然后计算出an的评价计分值Na；不足转向度定义为(δ1-δ2)-ay关系曲线上侧向加速度 2m/s2处的平均斜率（纵坐标值除以横坐标值），在确定了不足转向度的U值后，计算出U评价计分值NU，车身侧倾度Kφ按φ-ay关系曲线上侧向加速度值为2m/s2处的平均斜率（纵坐标值除以横坐标值）计算， 在确定了车身侧倾度Kφ值后，计算出Kφ的评价计分值Nφ。最后对3个计分值求平均值即得出稳态回转试验的综合评价计分值Nω。

2、稳态回转试验数据分析软件设计

2.1 软件流程设计

该试验数据分析软件设计流程如图1所示，首先进入用户界面，初始值设置完毕，进入等待测试状态，若条件满足，开始测试，进入数据和曲线的显示阶段，若分析完成即可结束测试，并保存曲线和数据。保存的数据可用于数据处理后对汽车的稳态回转性能的分析和评价。

2.2 实时曲线显示程序

在LabVIEW 8.6中程序框图先后经过了数据的读入和转换输出以及提取需要的数据，最后经过处理之后的数据按照数学运算实现了实时显示。

3、实车试验数据分析及性能评价

3.1 试验数据的截取

对于实车试验得到的试验数据可能随着侧向加速度的增加，稳态响应特性发生变化，不能维持圆周行驶[5,6]，会发生侧滑,出现转向半径迅速增大或减少的情况，因此对于这一情况应对采集到的数据进行截取，这样对得到有效的试验数据进行分析得出相应的实时曲线。下面由速度曲线对数据作对应的截取，曲线如图3所示。

由图3可知当速度达到最大时之前的数据都是有效数据，当速度由最大开始减少时汽车此时不再是稳态的状态，这一部分数据不应该选取。同时对于采集到的其他两组数据也应做相应的截取。

3.2 试验数据的表述与分析

经过处理后的数据就可以通过LabVIEW的读取电子表格的形式读取，根据的文献[3]的处理要求需要输出(RiRo)-ay、(δ1-δ2)-ay、φ- ay关系曲线各2条。

3.2.1 转弯半径比RiRo与侧向加速度ay关系

曲线如下图4和5所示。

在图2中子VI分别如图6和7所示。

由图4和图5中可以看出，此车为不足转向汽车，转向半径始终大于R0。

3.2.2 前后侧偏角差值(δ1-δ2)与侧向加速度ay关系

曲线如图8和9所示。

图2中子VI如图10所示。

注：在前后侧偏角差值(δ1-δ2)—ay关系曲线的程序框图中，图2中的子VI-2因与图7中子VI相同，故在这里不再以图的形式表示出来。

从图8和9中可以看出前轮的侧偏角在侧向加速度下的增长率要大于后轮的侧偏角在侧向加速度下的增长率，说明该车具有不足转向特性。

3.2.3 车身侧倾角φ与侧向加速度ay关系

曲线如图11和12所示。

图2中子VI分别如图13所示。

注：在车身侧倾角φ—ay关系曲线的程序框图中，图2中的子VI-2因与图7中子VI相同，故在这里也不再以图的形式表示出来。

从图11和12中可以看出车身侧倾角相对于侧向加速度的变化有较好的斜率，避免了由于侧倾角变化过大所造成的不稳定、不安全及变化过小所造成的平顺性差等情况的发生。

3.3 汽车稳态回转性能评价

据文献[4]中的定义和要求，an值越大说明转向过程中汽车的操纵稳定性越好，转向翻车的可能性越小；an值越小则说明汽车会过快地出现过度转向而导致翻车。U是对汽车不足转向“量”大小的评价，虽然汽车都应该具有不足转向特性，但不足转向的“量”，并非是越大越好，因为不足转向量越大，转向的侧向力减弱，对操纵性不利；越小则在转向时汽车会较早进入不稳定状态。Kφ指的是转向过程中车身的侧倾度，Kφ越大汽车越不安全，侧倾过大将直接导致车辆的失控。

（1）由图8和9知曲线上均未出现斜率为零的点，而且随着侧向加速度的增大，曲线的斜率也越来越大，所以可以认为该车没有中性转向点，即是中性转向点的侧向加速度值的评价计分值为100分。

（2）由图8和9可以得到当侧向加速度值an为2m/s2时，(δ1-δ2)均为1.1°，所以不足转向度U=0.55°/m/s2。

（3）由图11和12可以得到当侧向加速度值an为2 m/s2时，φ值分别为0.3°、1.96°，所以车身侧倾度Kφ分别为0.15°/m/s2、0.98°/m/s2。

故该汽车的稳态回转特性的评分及评价结果如表1所示。

表1 稳态回转性能评价

这些评定分数以图表的形式直观地表征了稳态回转性能的好坏，分数越高表示该项目越好。从该表中分析可以得到：不足转向度U这项指标性能不高，偏离了理想值，这样能够有针对性的进行改进和参数调整，使其接近理想值，最终提高汽车操纵稳定性。

4、结论

（1）把LabVIEW用于数据的分析和处理，可大大的减少了数据处理的工作量，同时变大量的手工作图为基于LabVIEW的虚拟仪器技术作图，提高了效率,同时做出的曲线更加的精确，也更加科学、可信。

（2）通过对三对曲线的分析，得出试验汽车具有不足转向特性，并通过中性转向点的侧向加速度an，不足转向度U及车身侧倾度Kφ三个参数，计算得到稳态回转试验的综合评价计分值，计算说明了从稳态回转试验方面考虑该车的操纵稳定性良好。

（3）论文研究为以后试验数据处理分析提供了参考，并对汽车操纵稳定性的提高做出针对性改进和参数的调整提供了依据。

[1] 余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2011.

[2] 陈锡辉，张银鸿.LabVIEW 8.20程序设计从入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2012.

[3] GB/T6323.6-94,汽车操纵稳定性试验方法稳态回转试验[S].

[4] GB/T13047,汽车操纵稳定性指标与评价方法[S].

[5] 郑红梅.汽车稳态回转试验信号实时处理系统的研究[J].合肥工业大学学报(自然科学版).2000,23(2):241.

[6] 刘翰东.汽车操纵稳定性的评价与试验[J].客车技术与研究.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

赵鹏举，就读于武汉理工大学汽车工程学院。研究方向：车辆新能源及其动力装置。