汽车动力性试验系统数据处理

汽车动力性试验系统数据处理摘要:介绍了汽车动力性试验系统数据处理程序,阐述了动态测试中车速、时间、距离、燃料消耗量和道路行驶阻力的计算方法,对采样时间的自适应调节作了简要分析。前言目前,国内市售汽车动力性试验系统测试仪器存在以下问题:体积笨重、操作复杂,对新的试验标准适应性差,数据处理软件升级困难;试验直观性差,显示信息量少;试验数据不能保存,试验结束后不能回放试验曲线,也不能重新进行试验数据分析;不能测量道路阻力等。我们自行开发的一套完善的汽车动力性、制动性、燃料经济性道路试验系统和试验软件克服了以上缺点,还能在试验过程中改变一次采样的脉冲个数,提高测试精度。汽车动力性试验测试系统由传感器、数据采集仪、数据分析和处理软件、笔记本电脑以及电源组成。被测信号经信号输入通道进入数据采集与预处理接口,通过RS2232总线接口与笔记本电脑相连。下文就汽车动力性试验系统数据处理程序的功能作简单的介绍,着重对车速、时间,距离,燃料消耗量和滑行阻力等的计算进行讨论。1汽车动力性试验系统数据处理程序的功能数据处理程序用VisualBasic610开发完成。能够实现数据的接收、示波、分析、计算和绘图,试验数据和结果的保存,曲线的光标读数,图形的缩放,试验图形回放等功能。可以分析处理下列试验数据:动力性试验(直接档加速能力、起步连续换档加速能力、最高车速、最低稳定车速,滑行),制动性试验(制动距离、时间、制动减速度),等速百公里燃料消耗量试验,道路阻力试验。2测试参数的选择及其基本算法根据试验系统的要求,程序要实现数据的接收、示波、分析、计算和实时绘图。实时绘图就是要绘出每一次试验汽车行驶速度与测试时间的关系(V-T)曲线(图1),汽车行驶速度与行驶距离的关系(V2S)曲线(图2)。该曲线能够动态反映试验过程的汽车运动状况,因此对曲线上每一点对应的车速、时间和距离的准确计算和分析非常重要。2.1汽车行驶速度V(kmΠh)的计算曲线上每一点的汽车的行驶车速是该点所对应的采样段内的汽车的平均车速。采样段是每隔一段时间的脉冲个数。数据采集仪通过RS2232口将一字符串传到PC机,每一个字符串包括一个采样段的信息,包含一个采样段开始和采样结束时刻、该采样段内的距离脉冲个数、燃料流量计的总脉冲个数、制动开始信号等信息,曲线上的各点速度在处理该字符串后取得。为了便于理解,下文中把采样段的中点称为采样点。一个采样段的平均速度即为采样点的速度,也就是曲线上V(n)点。每一个采样点汽车行驶速度V由采样时间、本次采样段的距离脉冲个数和速度传感器灵敏度系数确定:V=c×Nt×316(1)式中:V—当前车速采样值,kmΠh;c—速度传感器灵敏度系数,mΠ脉冲;对于OES2Ⅱ型非接触式车速传感器,c=01004mΠ脉冲;N—本次采样脉冲个数,个;t—一个采样段内的时间长度,st=[(d2-d1)×65535+(t2-t1)+(m2+n2-m1-n1)×6-22]×121105912×10002(2)式中:d1—采样开始时刻定时器T0的中断次数;d2—采样结束时刻定时器T0的中断次数;t1—采样开始时刻定时器T0的读数值;t2—采样结束时刻定时器T0的读数值;n1—采样开始时刻定时器T0的读数值的飞读次数;n2—采样结束时刻定时器T0的读数值的飞读次数;m1—采样开始时刻定时器T0的中断次数的飞读次数;m2—采样结束时刻定时器T0的中断次数的飞读次数。2.12汽车行驶时间T(s)的计算数据采集仪器传递给PC机的字符串中包含了时间信息,其中包括采样时间，采样开始时刻和结束时刻读数的延后时间、中断响应时间、硬件电路的响应时间。处理数据时可以不依托PC机的系统时间就可以实时处理数据,而且精度高。汽车行驶时间T(s)即总的试验时间由下式计算:T=[d1×65535+t1-(m1+n1-2)×6+15]×121105912×10002(3)式中d1,t1,m1,n1意义同前。2.13汽车行驶距离S(m)的计算根据两个相邻采样点的汽车速度和两个相邻采样点之间的时间差,用积分方法算得两个采样点之间的距离ΔS(见图2)。将整个试验过程中所有连续相邻采样点的ΔS相加,得到汽车行驶的距离S:S(n)=S(n-1)+ΔS(4)ΔS=(V(n)+V(n-1))×(T(n)-T(n-1))2×316(5)式中:ΔS-两个采样点之间的距离,m;V(n)-当前采样点的车速,kmΠh;V(n-1)-前一个采样点的车速,kmΠh;T(n)-当前采样点汽车行驶的时间,s;T(n-1)—前一个采样点汽车行驶的时间,s;S(n)-当前采样点的汽车行驶的距离,m;S(n-1)-前一个采样点的汽车行驶的距离m。曲线上第1点的距离和时间设置为0,即S(n-1)=0,T(1)=0;第1点速度由当前采样点的车速确定。有了车速、距离、时间这三个重要的数据,可以动态显示汽车运行状态,实时绘制汽车试验过程中汽车行驶速度与测试时间的关系(V2T)曲线,汽车行时速度与行驶距离的关系(V2S)曲线。2.14燃料消耗量Q(LΠ100km)的计算汽车以车速V(kmΠh)等速行驶,设试验开始时经过燃料流量传感器的脉冲个数为N1,试验结束时经过燃料流量传感器的脉冲个数为N2,汽车行驶距离为S,则汽车在该车速V下的等速百公里燃料消耗量Q(LΠ100km)为:Q=100×(N2-N1)×fS(6)式中:Q—在车速V(kmΠh)下汽车的燃料消耗量,LΠ100km;N1—在车速V(kmΠh)下,试验开始时刻的燃油脉冲个数;—在车速V(kmΠh)下,试验结束时刻的燃油脉冲个数;f—燃料流量传感器灵敏度系数,mLΠ脉冲;对于SFC-2型油耗传感器,f=010807mLΠ脉冲;S—测量路段长度,m。3计算道路滑行阻力进行汽车排放污染物与燃油消耗量测试,需要汽车道路阻力参数。本程序可以在道路试验中利用滑行能量变化法的原理测出汽车阻力功率,方法如下:设汽车从V2=V+△V减速滑行至V1=V-△V的时间为T。滑行车速与时间的关系在任一试验速度V下,汽车的阻力功率P为:P=M×V×dvdt×11000=M×V×ΔV500T(7)式中:P—功率,kW;V—选定的试验车速,mΠs;△V—与车速V的速度偏差,mΠs;△V≤5kmΠh。M—汽车的基准质量,kg;T—时间,s。根据任一车速下的阻力功率,可以确定该车速下其行驶阻力的等效阻力Fe,该等效阻力等于滚动阻力和空气阻力之和。Fe与P、V的关系如下:Fe=PV(8)式中:Fe—等效阻力,N;P—功率,W;V—选定的试验车速,mΠs。通过试验计算得到不同车速下的等效阻力,用最小二乘法拟合等效阻力与车速的关系,求出拟合系数a0,a1,a2,行驶阻力与车速的关系变为一简单二次曲线关系:Fe=a0+a1V+a2V2(9)这样就便于为汽车在底盘测功机上试验提供阻力参数。4改变一次采样脉冲个数,提高测试精度在试验进行的过程中,程序能够根据当前采样点的车速自动改变下一次采样的脉冲个数来调整采样频率,以达到采样点均匀、提高测量精度的目的。采样脉冲个数越多,采样频率降低,采样时间越长,采样点越稀疏。等速试验如最低稳定车速、最高车速和等速百公里燃料消耗量试验,相邻两采样点车速变化不大,不计算加速度,在不影响采样精度的情况下,每次采样的脉冲个数可以设置为常量。加速性能和制动性能试验时,相邻两采样点车速变化大,而且要计算加速度,所以一次采样的脉冲个数应该适当减少,以增加曲线上采样点的个数,提高测量精度。特别在采集制动试验数据时,试验时间(即制动时间)仅2～3秒,为了保证测速精度,应该将一次采样的脉冲个数设置为3～4为宜。采集“极限低车速”如滑行终了和制动停车终了的数据时,也应该把一次采样的脉冲个数减少,同时还要考虑到速度传感器的测速范围。另外,为了消除个别异常情况出现时产生的测量速度异常影响测距精度,如某次测量值与前几次记录的测量值相比超出了正常的变化范围,此时就认为本次采样点无效,不予记录。以上情况在程序中都做了相应的处理。5结束语在正式进行道路试验之前,程序的所有功能都用数学公式和信号发生器进行验算,数据的显示、图形的绘制、计算的结果与用理论方法计算的结果完全一致;在路上实车试验时,多次试验的数据重复性好。数据处理程序的设计合理可靠,计算方法正确,计算结果可信。操作界面美观,使用方便。