一种汽车悬架运动学特性和动力学特性数据的处理方法

摘要

本发明提供一种汽车悬架运动学特性和动力学特性数据的处理方法，包括：获得在不同工况项目下进行仿真和实验测试所得到的仿真文件与实验文件；将获得的所述仿真文件和实验文件导入MATLAB中，并在MATLAB中提取出仿真数据和实验数据；根据所述仿真数据和实验数据，获得所述反映悬架K&C特性的多个工况项目的仿真曲线和实验曲线，以及所对应参数的零点值或零点梯度值；根据计算出的零点值或零点梯度值生成K&C特性参数表；根据数据处理的结果生成报告文件。本发明很好地解决了得到悬架性能分析报告耗时长、易出错的问题，很大程度上提高了汽车开发设计阶段研究仿真模型或者试验车的悬架性能的效率，节约了开发成本。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车底盘领域，尤其涉及一种汽车悬架运动学特性和动力学特性数据的处理方法。

背景技术

悬架的运动学特性（Kinematics，简称K特性）和动力学特性（Compliance，简称C特性）统称为悬架的K&C特性，研究的是在车轮与车身发生相对运动或者车轮受到来自路面的各种力和力矩的作用时，悬架的导向机构对汽车整车性能的影响。

悬架的K&C特性是汽车动力学特性的重要基础，影响着汽车操纵稳定性、行驶平顺性和行驶速度等整车性能。其试验方法有两种：一种是计算机软件仿真法，另一种是通过汽车悬架实验台，进行实车台架实验。通过悬架K&C性能的分析改进，可为整车性能的提升提供支持。

目前，对于反映悬架K&C特性的项目尚不统一，对于实验数据的处理方法也不统一，且准确度不高。另外，目前为得到一份悬架K&C仿真或者实验分析结果报告，需要在机械系统动力学自动分析软件ADAMS（全称Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems，是美国MDI公司开发的一款虚拟样机分析软件）后处理结果中导入实验和仿真文件，再选择所需要的悬架特性数据进行测量，最后将所得图片截图至相应的报告文件中，将所测量的数据逐个填入到相应的参数表中。如此繁琐的做法，不可避免地要花费大量的时间，且读取和填写结果数据时错误率很高，所生成的报告也很难保证其整洁与美观。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种汽车悬架运动学特性和动力学特性数据的处理方法，能够自动化准确处理悬架运动学特性和动力学特性实验与仿真数据，自动生成对应的整洁美观的PPT报告和K&C特性参数表。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种汽车悬架运动学特性和动力学特性数据的处理方法，包括：

获得在不同工况项目下进行仿真和实验测试所得到的仿真文件与实验文件，所述不同工况项目包括反映悬架K&C特性的多个工况项目；

将获得的所述仿真文件和实验文件导入MATLAB中，并在MATLAB中提取出所述仿真文件和实验文件中的仿真数据和实验数据；

根据提取的所述仿真数据和实验数据，进行曲线拟合获得所述反映悬架K&C特性的多个工况项目的仿真曲线和实验曲线，并根据所述曲线拟合获得的曲线多项式计算所述工况项目所对应参数的零点值或零点梯度值；

将同一工况项目的仿真曲线和实验曲线绘制在同一图片中；

将根据所述提取的仿真数据和实验数据所分别计算出的零点值或零点梯度值，导入到一xls文件中，生成K&C特性参数表；

根据数据处理的结果生成报告文件，所述报告文件包括PPT报告文件和xls文件，其中，所述PPT报告包括有所述各个工况项目的曲线图片，所述xls文件包括生成的所述K&C特性参数表。

其中，

所述前悬架的K特性工况包括：平行轮跳、侧倾、转向，对应的工况项目数依次为9、8、6；所述后悬架的K特性工况包括：平行轮跳、侧倾，对应的工况项目数依次为9、8；

所述前悬架和后悬架的C特性工况包括：同向回正力矩、反向回正力矩、同向侧向力、反向侧向力、纵向力，对应的工况项目数依次为2、2、3、3、3；

每一工况项目进一步分为左、右车轮。

其中，

所述仿真文件的命名方式为：XX_**_##.req，其中：XX指测试车辆型号；**指前\后simf\simr悬类型；##指实验类型；

所述实验文件的命名方式为：XX_**_##.xls，其中：XX指测试车辆型号；**指前\后expf\expr悬类型；##指实验类型；

所述实验类型包括：平行轮跳par、侧倾rol、转向ste；同向回正力矩alip、反向回正力矩alio、同向侧向力latp、反向侧向力lato、纵向力bra。

其中，所述提取出仿真数据具体包括：

找到所述仿真文件中第三行中的数字，再加一确定的数62，得到一个数字m，然后将所述仿真文件中从第一到第m行的数据去除；

从剩余的数据块中提取出各个仿真K&C特性请求REQ数据。

其中，所述从剩余的数据块中提取出各个仿真K&C特性请求REQ数据，具体包括：

按仿真步数S将剩余数据块的第二行数据提取出来，分别作为单独数据行；

将所述数据行按照仿真步数顺序由小到大组合成一个S×6数据矩阵，作为一个REQ数据矩阵；

将所述REQ数据矩阵的第一列数据作为所需工况的仿真数据提取出来。

其中，所述提取出实验数据具体包括：

读取所述整个实验文件，然后再按列提取出各个K&C特性REQ数据。

其中，所述按列提取是指将所述实验文件的第12列数据提取出来。

其中，从提取的各个REQ数据中分别提取出对应的一小段数据，用来绘制出反映曲线拟合和特性数值计算合理性的曲线。

其中，所述生成K&C特性参数表具体包括：

将根据所述提取的仿真数据和实验数据所分别计算出的零点值或零点梯度值存储在一个64×14实数矩阵，所述64×14实数矩阵进一步分为反映前悬架的35×14矩阵和反映后悬架的29×14矩阵；所述35×14矩阵分为8个矩阵块，用于填写反映前悬架K&C特性的参数值；所述29×14矩阵分为7个矩阵块，用于填写反映后悬架K&C特性的参数值；所述每一矩阵块按实验和仿真数据分别再分为两个N×7实数矩阵，N对应于所述工况项目数；

将所述零点值或零点梯度值导入到一个结构对应于所述64×14实数矩阵的xls文件中，所述xls文件包括数据导入区，用于导入计算出的零点值或零点梯度值；数据转换区，用于连接所述数据导入区中的数据和PPT报告中的表格数据。

本发明所提供的汽车悬架运动学特性和动力学特性数据的处理方法，通过采用MATLAB软件处理数据，代替ADAMS软件后处理功能，可以使得数据处理变成自动化过程；同时，由于预先确定需要测量的K&C特性工况项目，后续就自动化进行测量、作图、生成报告等，克服了原先在ADAMS后处理时只能一个一个选择工况项目来进行测量，从而导致的得到悬架性能分析报告耗时长、易出错的问题，比现有的逐张作图后截取的方法要节约90%以上的时间，很大程度上提高了汽车开发设计阶段研究仿真模型或者试验车的悬架性能的效率，节约了开发成本。另外，以简洁的PPT报告、K&C特性参数表作为输出形式，便于用户直观方便的观察悬架的各项K&C特性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一种汽车悬架运动学特性和动力学特性数据的处理方法的流程示意图。

图2是本发明实施例中K&C特性曲线示意图。

图3-4分别是本发明实施例中K&C特性参数表的部分内容。

图5是本发明实施例中PPT报告的页面形式示意图。

图6-8分别是本发明实施例中经简化的界面形式示意图。

具体实施方式

下面参考附图对本发明的优选实施例进行描述。

请参照图1所示，本发明一种汽车悬架特性数据处理方法，包括：

步骤1，获得在不同工况项目下进行仿真和实验测试所得到的仿真文件与实验文件，不同工况项目包括反映悬架K&C特性的多个工况项目。

本发明实施例对悬架K&C特性数据进行处理，首先需要确定反映悬架K&C特性的工况项目，其中：

前悬架：K特性工况：平行轮跳、侧倾、转向；C特性工况：同向回正力矩、反向回正力矩、同向侧向力、反向侧向力、纵向力。

后悬架：K特性工况：平行轮跳、侧倾；C特性工况：同向回正力矩、反向回正力矩、同向侧向力、反向侧向力、纵向力。

上述工况中，前悬架所对应的K&C特性项目数依次为：9、8、6、2、2、3、3、3，共35项；后悬架所对应的K&C特性项目数依次为：9、8、2、2、3、3、3，共29项。前、后悬架所对应的K&C特性项目数共64项，每一特性项目还有左、右车轮之分。以表格形式说明如下：

前悬架：

后悬架：

应当说明的是，工况项目的确定为预置步骤，确定之后即可按照确定的工况项目，反复进行本发明实施例汽车悬架特性的后续数据处理，因此不是每次实施本发明实施例汽车悬架特性的数据处理方法，均需先确定工况项目。

本发明实施例选取不同工况，共64个底盘工况项目，能综合全面地反映前、后悬架的K&C特性。

确定工况项目后，则须得到相应的仿真和实验文件，即分别在ADAMS软件中对仿真模型，在K&C试验台上对测试车辆，针对上述工况进行仿真和实验测试，得到实验与仿真文件。其中所得到文件按如下方式命名：

实验文件（.xls）的命名方式为：XX_**_##.xls，其中：XX指前缀，可命名为任意英文名，通常为测试车辆型号；**指前\后（expf\expr）悬类型；##指实验类型，即上述工况中各个实验的代称，包括：平行轮跳（par）、侧倾（rol）、转向（ste）；同向回正力矩（alip）、反向回正力矩（alio）、同向侧向力（latp）、反向侧向力（lato）、纵向力（bra）。例如：AF_expf_par.xls，意义为AF车型前悬架平行轮跳实验数据文件。

实验文件（.xls）的工作薄sheet的命名方式为：XX_**_##（例如：Passat_expf_par），是指对应实验文件名全称去掉扩展名后的部分。

仿真文件（.req）的命名方式为XX_**_##.req，其中：XX指前缀，可命名为任意英文名，通常为测试车辆型号；**指前\后（simf\simr）悬类型；##指实验类型。例如：AF_simf_par.req，意义为AF车型前悬架平行轮跳仿真数据文件。

上述文件的命名方式仍可改变，但不能出现汉语字符，且命名中要出现“_”。这种命名方法是为了软件能够更好地识别文件，进而读取和处理其中的数据。

步骤2，提取仿真和实验数据

2.1提取仿真数据

将仿真所得的结果数据文件按步骤1中规定方式命名保存在指定目录下，在MATLAB（美国MathWorks公司出品的商业数学软件）中打开存在该目录下的文件，完成导入，后续即在MATLAB中进行仿真数据的提取。采用MATLAB软件处理数据，代替ADAMS软件后处理功能，可以使得数据处理变成自动化过程。提取过程分为两个阶段：首先需要去除无用数据，找到对应仿真结果数据文件中第三行中的数字，再加一确定的数62（此数字是由ADAMS仿真结果文件格式规律中找出，不可更改），得到一个数字m，然后将文件从第一到第m行去除，剩余的数字块即为待提取的仿真结果数据。例如，AF_simf_par.req文件中，第三行中的数字为140，加上62得到数字m为202，即第1行到第202行的数据为无用数据，自第203行开始为待提取数据。

第二阶段是从剩余的数据块中提取出各个仿真K&C特性REQ（请求）数据，以备接下来曲线拟合和结果计算来用。例如，要从上述文件中找到左轮轮跳变化的REQ数据，需将各个数据块的第二行数据提取出来，作为单独的一行数据，此处共有101个（即仿真步数S，具体步数可由用户设定）数据行，再将这些数据行按照仿真步数顺序由小到大组合成一个新的101x6数据矩阵，作为一个REQ数据矩阵，再将该矩阵的第一列数据提取出来，作为一个新的数据列，即为左轮轮跳变化的仿真数据。

2.2提取实验数据

将实验所得的结果数据文件按步骤1中规定方式命名保存在指定目录下，在MATLAB中打开存在该目录下的文件，完成导入，后续即在MATLAB中进行实验数据的提取。采用MATLAB软件处理数据，代替ADAMS软件后处理功能，可以使得数据处理变成自动化过程。提取过程为：首先，读取整个数据文件，然后再按列提取出各个K&C特性REQ数据。例如，要从AF_expf_par.xls文件中找到左轮轮跳变化的REQ数据，需将该文件的第12列实数数据提取出来，作为一个新的数据列，即为左轮轮跳变化的REQ数据。

再从提取的各个REQ数据中分别提取出对应的一小段数据，用来绘制出反映曲线拟合和特性数值计算的合理性的曲线。以图2所示为例，在对平行轮跳实验和仿真数据处理时，闭合的实线是表明前悬架轴距随轮跳的变化情况，对应的短实线即为对该闭合曲线数据进行最小二乘法曲线拟合的拟合曲线的中间一段。其中，图2中横坐标指轮胎接地点垂向跳动量，纵坐标指右前轮轮距变化量。此处选择一小段的长度是可调的，在图8中实验数据起止拟合点的数值即为该段曲线对应横坐标的正值。此处选择一小段，是为更清楚直观的反映实验数据拟合的良好情况。

步骤3，处理仿真和实验数据

3.1处理仿真数据

依据2.1中所得到的各个仿真K&C特性REQ数据，依据步骤1中反映悬架K&C特性的内容，选取不同REQ数据组合，以最小二乘法进行曲线拟合，得到反映悬架K&C特性各个工况项目的仿真曲线。例如，取REQ3第一列（左轮轮跳仿真数据）和REQ62（左轮垂向载荷仿真数据）两列数据，依次作为横、纵坐标，进行曲线拟合，得到反映左轮悬架刚度的曲线，以及该曲线的拟合多项式。由拟合的曲线多项式，计算出各工况项目对应参数的零点值或者零点梯度值。零点值，即悬架初始位置的K&C特性参数值；零点梯度值，即悬架初始位置的K&C特性参数的变化斜率值。

3.2处理实验数据

依据2.2第一段中所得到的各个实验K&C特性REQ数据，选取不同横、纵坐标以最小二乘法进行曲线拟合，得到反映悬架K&C特性各个工况项目的实验曲线，以及反映对实验数据处理效果的小段的曲线。由拟合的曲线多项式，计算出各工况项目对应参数的零点值或者零点梯度值。

3.3图片处理

将3.1与3.2中所得的同一因素的曲线绘制在同一图片中。图片中包含：曲线标签，横、纵坐标命名，图片名以及对应的K&C特性曲线。如前所述，前、后悬架所对应的K&C特性项目数共64项，每一特性项目还有左、右车轮之分，因此图片共有128张。

3.4处理结果数据

将3.1和3.2所得的结果数据（即各工况项目对应参数的零点值或者零点梯度值）存储在在一个矩阵内。该矩阵是一个64×14实数矩阵，分前、后悬架，该矩阵分为一个35×14矩阵（反映前悬架）和一个29×14矩阵（反映后悬架）。依据步骤1中反映悬架K&C特性的内容，35×14矩阵分为8个矩阵块，用于填写反映前悬架K&C特性的参数值；29×14矩阵分为7个矩阵块，用于填写反映后悬架K&C特性的参数值。这15个矩阵块，按实验和仿真数据分别再分为两个N×7实数矩阵。N对应于前述K&C特性项目数（即工况项目数），对于不同实验类型，N取不同数值，例如在平行轮跳实验，有9项反映悬架K&C特性的数值，则N=9。

最后再将上述数据导入到指定的xls文件中去。该文件为特别定义的xls文件，其结构对应上述3.4中的存储矩阵。该文件共有4个工作界面，分别为：数据导入区（依前、后悬架分两个界面），用于导入计算出的前、后悬架K&C数据；数据转换区（依前、后悬架分两个界面），用于连接数据导入区中的数据和PPT中表格数据，实现程序处理数据、K&C特性参数表xls文件数据、PPT中表格数据三者的数据链接与自动更新。文件中，各个数据的排序时依据程序中处理数据的顺序而定，两者的排序应保持一致，如需更改时，两者应同时更改，优选不更改。该xls文件最终形成一个K&C特性参数表xls文件，其部分内容如图3、4所示。

步骤4，根据数据处理的结果生成报告文件，报告文件包括PPT报告文件和xls文件，其中，PPT报告包括有各个工况项目的曲线图片，xls文件包括生成的K&C特性参数表。

具体为将上述过程中所绘出的曲线图片汇集到一个PPT报告中，并且实现PPT中的图片、数据和步骤3中所得数据、xls表格中数据同步更新。PPT报告的页面形式如图5所示。PPT报告页面中的表格为步骤3.4中K&C特性参数表内容的链接。

上述步骤2-4可以利用MATLAB软件中的图形用户界面（Graphical User Interface，GUI）功能，将复杂的过程处理成便于用户使用的简单界面。界面形式如图6~8所示。

上述步骤中，步骤2.1、2.2之间可调换；步骤3.1、3.2之间可调换；步骤3.1、3.2与3.4之间可并行（即在处理两种数据过程中，可以并行处理结果数据以生成特性参数表）；步骤3.1、3.2与3.3之间不可调换。

本发明所提供的汽车悬架运动学特性和动力学特性数据的处理方法，通过采用MATLAB软件处理数据，代替ADAMS软件后处理功能，可以使得数据处理变成自动化过程；同时，由于预先确定需要测量的K&C特性工况项目，后续就自动化进行测量、作图、生成报告等，克服了原先在ADAMS后处理时只能一个一个选择工况项目来进行测量，从而导致的得到悬架性能分析报告耗时长、易出错的问题，比现有的逐张作图后截取的方法要节约90%以上的时间，很大程度上提高了汽车开发设计阶段研究仿真模型或者试验车的悬架性能的效率，节约了开发成本。另外，以简洁的PPT报告、K&C特性参数表作为输出形式，便于用户直观方便的观察悬架的各项K&C特性。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。