汽车底盘测功机试验数据分析与处理

+ M r1
d t′
( 13)
8 结论
( 1) 因底盘测功机滚筒扭振和其他干扰 ,滚筒圆周
有附加惯性力项时的理论行驶距离为
s = t Vd t = ∫ ∫ M + M
0 0
dt
r
( 14)
加速度有较大波动 , 影响试验精度 。在处理试验加载 和试验结果时 ,对不同的试验可采取下列措施消除这 种干扰的影响 。 ( 2) 求汽车 - 测功机系统滑行损耗功率时应先对 V - t 曲线进行多项式拟合 ,对其求导后再代入 ( 5) 式 。 ( 3) 加速或滑行试验时取消电磁阻力中的附加惯 性力项 ,加速时间用 ( 12) 式修正 ,加速距离用 ( 16) 式修 正。
汽车在测功机上总阻力应等于汽车 - 道路阻力
Fr 和道路加速阻力 Fj 之和 ,它又等于功率吸收装置的
施加阻力 ( 电磁阻力) 、 汽车 - 测功机系统阻力和加速 阻力之和 。 故电磁阻力应为 :
Fc = Fr + Fj - Fp - Fjp
・ ・
Ft = Fc + Fp + ( M e + M r1 ) V
摘 要: 在分析汽车底盘测功机运动方程的基础上 ,讨论了包括测功机损耗功率 、 测功机扭振 、 测功机 当量惯量和汽车质量差异等对试验精度有重要影响的几个问题 ,提出了提高试验数据处理精度的方法和修 正公式 。 关键词 : 汽车试验 ; 底盘测功机 中图分类号 :U46311 文献标识码 :B
2 2 2
( 1) ( 2)
式中 , V 为车速 ( mΠ s) , Pr 为汽车 - 道路系统滑行损耗 动能 ; T 为汽车功能 ( kgHale Waihona Puke Baidu・ mΠ s ) ; M 为汽车质量 ( kg) ;
收到日期 :2001212226 基金项目 : 四川省汽车工程重点学科建设项目 。
( 6)
式中 , V 为滚筒圆周切向速度 ( mΠ s) ,相当于车速 ; pp 为
( 3)
) ; CD 为空气阻 式中 : f 为滚动阻力系数 ;α 为坡道角 (°
2 力系数 ; A 为汽车迎风面积 ( m ) 。
汽车加速阻力为 :
・
Fj = ( M + M r ) V
( 4)
用计算法确定道路阻力对汽车轮胎、 造型 、 道路条 件不变的情况下的对比试验 ( 例如改变了发动机或燃 料) 是很方便的 。 汽车 - 测功机系统滑行阻力包括 : 驱动轮阻力 、 汽车传动系和测功机传动系阻力 ( 包括摩擦阻力和空 气动力阻力) 、 电涡流测功器冷却风扇空气阻力等。 通 常很难计算其大小 , 因此台架试验前应先进行汽车 测功机系统滑行阻车试验以得到其滑行阻力和车速的 关系 。 试验时功率吸收装置不加载 ,汽车加速到试验要 求的最高车速后挂空档松油门 , 记录滑行过程中的车 速 - 时间历程 。 汽车 - 测功机系统滑行损耗功率为 : 2 dT 1 d [ ( Me + M r1 ) V ] dV Pp = = = ( M e + M r1 ) V dt 2 dt dt ( 5)
0 前言
底盘测功机 ( 以下简称为测功机) 是一种检测汽车 整车性能的设备 ,便于模拟道路行驶阻力 ,控制行驶状 况 ,能进行符合实际工况的复杂试验 ,广泛用于汽车的 动力性 、 油耗和排放等性能的检测 。 作者进行汽车整车性能试验时 , 发现原配套的试 验软件采用的试验和数据处理方法不当 , 如忽视测功 机本身的损耗功率 、 不考虑对测试结果有重要影响的 测功机旋转部分当量惯量和汽车质量差异的处理等 , 以致台架试验结果和道路试验相差甚远 , 失去了应有 的精度 。为此作者提出了提高用测功机进行整车性能 试验精度的方法 ,重新研制了相应的试验软件 ,取得了 满意的效果 。文章介绍了改进的试验方法 , 并进行了 分析 。文中涉及的测功机为电涡流式 、 双滚筒 、 带多个 飞轮 、 无反拖装置 。
这里 t′ 不能用 ( 11) 计算 , 而是加速时间的实测值 。 试 验中取消了电磁阻力中的不可靠的附加惯性力项 , 和 理想结果相比 , 它有误差 。 用 ( 12) 式对其修正可消除 这种误差 ,得到较准确的加速时间 t 。
4 加速试验时的行驶距离
从 ( 9) 和 ( 11) 可分别解出 : t′ V = F M e + M r1
115 %M 。
・
9
Ft = Fc + Fp + ( M e + M r1 ) V
・
= Fr + ( M + M r ) V
( 8)
式中 Ft 是轮胎驱动力 。 如果汽车质量 ( M + M r ) 和测 功机当量惯量 ( M e + M r1 ) 相等 ,电磁阻力项 Fc 中将不 包括与加速度有关的项 , 即附加惯量力项 ( M + M r ・
Fp = PpΠ V
1 汽车 - 道路和汽车 - 测功机系统行
驶阻力的测定
为了正确加载 , 汽车台架试验前均应进行汽车 道路和汽车 - 测功机系统阻力试验 。汽车 - 道路系统 阻力试验通常可按 GB18352 - 2001 附件 [ 1 ] 在道路上 用滑行法进行 :
Pr = dT 1 d [ M + M r) V ] dV = = ( M + Mr) V dt 2 dt dt Fr = PrΠ V
( 4) 多工况油耗或排放试验时 ,附加惯性力项中的
利用 ( 12) 式 ,对 ( 14) 式换元 ,得
t′
s =
F M ∫
0
t′
e
+ M r1
d
M + Mr t′ M e + M r1
( 15)
比较 ( 13) 和 ( 15) ,得 :
M + Mr s = s′ M e + M r1
( 16)
这样 ,对不考虑附加惯性力的试验行驶距离 s′ 进行上 述修正 ,可得出更准确的行驶距离 s 。 为了保证试验精 ( ) 度 ,汽车质量 M + M r 和测功机当量惯量 ( M e + M r1 ) 不应当相差太远 。
・
= Fr + ( M e + M r1 ) V
( 10)
( 7) 中的 dV Πdt 是测试值 ,而 ( 8) 、 ( 10) 中的 dV Πdt
= Fr + ( M + M r ) V - Fp - ( M e + M r1 ) V ( 7)
・
是理论加速度表达 , 二者意义不同 。 进行同样的推导 , 从 ( 10) 式可得 :
10
M + Mr t = t′ M e + M r1
四川工业学院学报 2002 年
( 12)
6 多工况油耗和排放试验
在测功机上按 GB12545 - 1990 “汽车燃料消耗量 试验方法” 或 GB1835211 - 2001 “汽车排放污染物限值 及测试方法” 进行多工况试验时 ,电磁阻力中应包括惯 性力项 ,但加速度不采用不稳定的测试值 ,改而采用标 准中的规定值 。 对等速油耗试验 ,因加速度为零 ,不必考虑惯性力 项。
生一些问题 。 如前所述 ,由于转鼓扭振和其他干扰的影 响 , dV Πdt 的测试值不宜直接用于模拟汽车行驶加速 度。 用三点或五点实时平滑效果也不佳。 同时又因 ( 7) 式必须实时确定 ,也不能事后再拟合处理。 另一方面 , 测功机飞轮个数有限 , 当量惯量不可能适合每一种车 型 ,附加惯性力项的处理是不可避免的 。 为此下面讨论 不同试验情况下这一问题的解决方法。
V
式中 ,
Fjp = ( M e + M r1 ) V
是测功机加速阻力 。 汽车 - 道路阻力 Fr 和汽车 ・ 测功 机系统阻力 Fp 现在都是已知的速度函数 。 模拟道路试 验的运动方程为 :
t′= ( M e + M r1 )
F (V) ∫
V0 t
dV
Fr ( V )
( 11)
式中 t′ 是电磁阻力中无附加惯性力项时车速从 V 0 加 速到 V 所需的时间 。 比较 ( 9) 和 ( 11) 可得 :
= F
t M + Mr
t′ t′
7 底盘测功试验
(12)
因此 ,无附加惯性力项时的试验实际行驶距离为
s′= V d t′= M ∫ ∫
0 0
t t
t′
e
底盘测功试验一般是在恒速 、 油门开度最大状态 下进行 ,加载自动进行 。应注意的一点是底盘输出功 率应是功率吸收装置所吸收的功率与测功机损耗功率 Pp [ 见 ( 5) 式 ] 之和 。
M e - M r1 ) V ,这是最理想的情况 。 如果不相等 , 则会产
直接用 ( 5) ( 6) 式求阻力是有问题的 。 测功机滚筒 - 飞轮系统是一个典型的多自由度扭振系统 , 车轮对 滚筒的切向力可视作对此系统的动态输入载荷。 无论 该力是驱动力还是阻力 , 都不可能平滑变化 。 例如 , 车 轮偏心就会导致较大的周期性的干扰力。 根据振动理 论 ,这将导致系统的响应 — — —滚筒圆周速度 V 产生波 动 ( 图 1a ) 。 其大小和 V 本身相比虽然不大 , 但对加速 度 dV Πdt 的计算精度的影响却是致命的 。 例如 ,道路滑 行试验时恒为负值的加速度 , 在台架滑行试验时不但 可能数值忽大忽小 ,甚至可能在某些时刻变为正值 。 作 者多次进行的试验完全证实了这一点。 此外因汽车和 测功机传动部件的间隙等因素 , 也会导致转鼓运动叠 加不规则的扭振 。 因此 , 应对损耗功率 - 车速曲线进 行多项式拟合 , 消除上述波动的影响 ( 图 1b ) 。 但这属 于 “事后处理” 。 对于需要实时加速度数据的场合 ,不能 Δ Δ 直接用 V Π t 求 ( 5) 式中的加速度 , 需另行考虑解决 方法 ,详见后述 。
作者简介 : 巢凯年 (19462) ,男 ,江西省景德镇人 ,四川工业学院汽车与交通工程系教授 ,硕士 ,主要从事汽车测试 、 强度和振动等方向的研究 。
第 21 卷第 4 期 巢凯年 : 汽车底盘测功机试验数据分析与处理 汽车 - 测功机系统滑行损耗功率 ; T 为汽车 - 测功机 2 2 系统功能 ( kg ・ mΠ s ) ; M e 为测功机旋转部分 ( 滚筒 、 飞 轮、 电涡流测功器转子、 连轴节 、 轴等 ) 总当量惯量 ( kg) ,等于测功机各旋转部分折算到滚筒所在轴的转 动惯量之和与滚筒半径平方之比 ; M r1 为汽车从动轮 以 外 的 旋 转 部 分 当 量 惯 量 ( kg) , 一 般 取 M r1 =
M r 为汽车行驶时旋转部分的当量惯量 ( kg) , 一般取 M r = 3 %M ; Fr 为道路阻力 ( 包括空气阻力) (N ) 1
在无法进行道路试验的情况下 , 汽车 - 道路系统 阻力可按下式计算 :
Fr = f M g cosα + M g sinα + CDA ( 316 V )
2
21115
四川工业学院学报
J o u r n a l of S ic h u a n U nive r s i t y of S ci e nc e a n d Te c h n ol ogy
文章编号 : 100025722 ( 2002) 0420008203
汽车底盘测功机试验数据分析与处理
巢凯年
( 四川工业学院汽车与交通工程系 ,四川 成都 610039)
V
t = ( M + M r)
图 1 通工轻型客车功率损耗试验结果
F (V) ∫
V0 t
dV
Fr ( V )
( 9)
式中 t 是电磁阻力 ( 7) 式中有惯性力项时车速从 V 0 加 速到 V 所需的时间 。 如果试验时取消电磁阻力 ( 7) 式中附加惯量力 项 ,运动方程 ( 8) 变为
・
2 在测功机上对汽车 - 道路系统的模拟
3 加速时间
如上所述 ,转鼓加速度不能很好地反映汽车行驶 加速度 。 为此加速试验中索性取消电磁阻力 ( 7) 中的 附加惯量力项 ,试验后再对结果进行修正 。 下面推导修 正公式 。 运动方程 ( 8) 中轮胎驱动力 Ft 等于 Ft = Ttqη i Π r 式中 Ttq 是发动机扭矩 ; i 是汽车总传动比 ;η是汽车传 动系机械效率 , r 是轮胎半径 。 试验时要求在发动机达 到最大功率对应的车速换档 , 因此总传动比 i 仅是车 速的函数 。 作加速试验时要求油门全开 , 故 Ttq 和发动 机转速的关系即为发动机外特性 。 因此轮胎驱动力 Ft 只是车速 V ( 和发动机转速成比例) 的函数 。 汽车道路 阻力 Fr 也只是车速的函数 。 这样 ,从 ( 8) 式可得 :