A汽车底盘测功机

汽车底盘测功机
一、底盘测功机的功能
底盘测功机是模拟汽车在道路上行驶时受到的阻力，仅进行汽车性能测试的设备。

可以在汽车底盘测功机完成的试验主要有:
①动力性能试验。

②经济性能试验。

③汽车排放试验。

④模拟爬坡试验。

⑤牵引性能试验。

⑥滑行试验。

二、底盘测功机的基本结构及工作原理
1．汽车底盘测功机的基本结构
汽车底盘测功机主要由道路模拟系统、数据采集与控制系统、安全保障系统及引导系统等构成。

道路模拟系统主要由测功机、转鼓、制动器、扭矩仪、测速电机等构成。

图1 底盘测功机系统组成简图
(1)转鼓转鼓为48英寸圆筒形,由厚钢板焊接而成, 表面光滑；系统由两根短滚筒组成，其特点是支承轴承少，台架的机械损失小；转鼓质量小、转动惯量大。

滚筒的半径r 越大，在车轮滚动时轮胎的变形量就越小，也就是说弹性迟滞损失就越小。

滚筒表面喷涂有耐磨硬质合金。

滚筒表面的附着系数在到0.8左右，接近于一般路面的附着系数，可以避免滑拖现象。

(2)电力测功机本试验台采用的是200马力的交流电力测功机。

电力测功机由负载电机和变频器组成。

电力测功机作为负载时，它通过发电来吸收功率，其功用相当于发电机；当作为驱动机械之用时，它输出功率，其功用相当于电动机。

电力测功机有两个重要特点：其一、运用直接转矩控制技术对电力测功机实行转矩控制；其二、电力测功机处于发电状态时将电能送回电网。

电力测功机由于其具有控制结构简单、系统的转矩响应迅速且无超调、电能可通过其回馈单元回馈电网等众多优点。

(3)制动器选用鼓式气压制动器,作用于汽车减速时。

(4)扭矩传感器在弹性轴的两端安装有两只信号齿轮，在两齿轮的上方各装有一组信号线圈，在信号线圈内均装有磁钢与信号齿轮组成磁电信号发生器。

当信号齿轮随弹性轴转动时，由于信号齿轮的齿顶及齿谷交替周期性的扫过磁钢的底部使气隙磁导产生周期性的变化，线圈内部的磁通量亦产生周期性变化，使线圈中感生出近似正弦波的交流电信号。

(5)转速传感器汽车车轮在光滚筒上滚动时，带动测速电机旋转，测速电机产生的电压正比于滚筒的转速，通过A/D采集可得到车速信号。

2.工作原理
汽车在行驶过程中存在滚动阻力、空气阻力、加速阻力和坡道阻力，要在试验台上模拟汽车道路运行工况，首先要模拟汽车整车的运动惯量和行驶阻力。

本试验台是利用电磁加载来模拟汽车旋转质量的转动惯量及汽车直线运动质量的惯量，其准确度满足汽车的惯量模拟要求。

汽车在行驶过程中所受的空气阻力、非驱动轮的滚动阻力及爬坡阻力等，则采用功率吸收加载装置来模拟。

汽车整车的运动惯量和行驶阻力的模拟是通过滚筒来实现的，即以滚筒的表面取代路面。

通过控制系统可对加载装置及惯性模拟系统进行自动控制。

汽车道路行驶阻力确定方法一般采用滑行法进行。

滑行试验方法确定的汽车道路行驶阻力由汽车滚动阻力、空气阻力和传动摩擦阻力三部分组成。

试验道路应选择干燥、平直且具有足够长度，坡读必须在±0.1%范围内；试验应在没有雨、雪、雾的天气进行,试验时平均风速必须小于3m/s。

试验时汽车先在道路上直线加速,达到一定的速度ｖ0后,松开油门踏板,变速器挂空挡,让汽车直线滑行,记录车速与滑行时间。

一般要作多次往返滑行,然后取其平均值,得到道路ｖ—ｔ滑行曲线。

设汽车滑行时所受的阻力为Ｆ,则
Ｆ=M*ｄｖ/ｄｔ(1)
式中M为将汽车的平动质量的动能及转动惯量的动能转化为总平动动能后的汽车总等效平动质量。

根据式(1)和ｖ—ｔ曲线,就可以求得汽车道路行驶阻力Ｆ—ｖ曲线。

这就是汽车底盘测功机阻力要模拟的目标函数,通常Ｆ可写为ｖ的二次三项式Ｆ=A+B*v+C*v2。

图2、3分别为某种汽车在某工况下的道路滑行曲线及道路行驶阻力曲线。

图2 道路滑行曲线图3 道路行驶阻力曲线
汽车在汽车底盘测功机上滑行时的受力分析
汽车在汽车底盘测功机上进行滑行试验时,汽车发动机熄火,变速器挂空档。

首先电机驱动转鼓并带动汽车加速,达到ｖ0时汽车进行滑行。

此时人为地让电机给转鼓施加与转鼓旋转方向相反的可控扭矩Ｍd。

这样汽车在转鼓上滑行时所受的总阻力Ｆ′由四部分组成: Ｆ′=Ｆg′+Ｆf′+Ｆl+Ｆd(2)
式中:Ｆg′为汽车传动系摩擦阻力矩的等效阻力; Ｆf′为汽车与转鼓间的滚动阻力;Ｆl 为汽车底盘测功机内部各运动部分的摩擦阻力矩的等效阻力;Ｆd为直流电机提供的可调阻力, Ｆd=Ｍd/Ｒ,Ｒ为转鼓半径。

Ｆd的调节是通过主控系统改变电机的激磁电流和电枢电流来改变Ｍd的大小实现的。

为便于数学处理,上述各项阻力均写成ｖ的二次三项式Ｆ′=A′+B′*v+C′*v2。

汽车底盘测功机的阻力模拟
模拟的目标就是要使汽车在汽车底盘测功机上受到的阻力(Ｆ′)等于在道路行驶的阻力(Ｆ),即Ｆ=Ｆ′(3)
所以有Ｆ=Ｆg′+Ｆf′+Ｆl+Ｆd (4)
Ｆg′、Ｆf′、Ｆl均属于机械摩擦阻力,是ｖ的单值函数。

要在试验台上将它们分别测出有
一定难度,但试验时可以很方便地测出它们的合成量。

因此将三者合写为ＦH′,即ＦH′=Ｆg′+Ｆf′+Ｆl(5)
测量ＦH′的方法是让汽车、转鼓加速达到ｖ0后开始滑行;此时直流电机与试验台脱档,既不施加驱动力也不提供阻力,让汽车在ＦH′作用下滑行,由速度、扭矩传感器得出ＦH′—ｖ关系曲线。

这样式(4)可改写为
Ｆ=ＦH′+Ｆｄ(6)
Ｆ是由道路试验得到的已知量,也是要模拟的目标函数; ＦH′是可以测得的量;因此由主控系统调节Ｆd的大小,就可以使汽车转鼓滑行阻力与道路滑行阻力相等。

调节过程如下:
首先使直流电机提供初始阻力Ｆd1进行滑行,则汽车转鼓滑行总阻力为Ｆ1′=ＦH′+Ｆd1;目标函数(道路行驶阻力Ｆ)与Ｆ1′之间的差值为ΔＦ1。

即
Ｆ-(ＦH′+Ｆd1)=ΔＦ1(7)
若ΔＦ1>0,则增加电机阻力,使Ｆd1+ΔＦ1=Ｆd2;若ΔＦ1<0,则减少电机阻力,使Ｆd1-ΔＦ=Ｆd2,再次滑行。

计算ΔＦ2=Ｆ-(ＦH′+Ｆd2),重复上述过程,直到ΔＦi=Ｆ-(ＦH′+Ｆi)在规定1
的误差范围之内结束。

最后输出的Ｆd就称为试验台模拟道路行驶阻力的模拟函数,模拟过程见图4。

3.安全保障系统
安全保障系统包括系留装置、车偃、冷却风机，其作用如下:
(l）系留装置是指地面上的固定盘与车辆相连，以防车辆高速行驶时，由于滚筒的卡死飞出滚筒；
(2)车偃的作用之一是防止车辆在运行过程中，车体前后移动，同时也达到与系留作用相同的功能；
(3）冷却风机是防止车辆在运行过程中发动机和车轮过热。

4.引导系统
引导系统也称司机助，其作用是引导驾驶员按照提示进行操作。

三、影响底盘测功机测试精度的因素
1.机械阻力对汽车底盘输出功率测定值的影响
汽车底盘测功机的台架机械损失主要包括支承轴承、联轴器、等，这些部件在车轮带动滚筒旋转过程中，由于摩擦力的存在将消耗一定的功率，为此采用倒拖方法可以测出不同车速下底盘测功机台架的机械阻力所消耗的阻力功率。

2.滚动阻力对汽车底盘输出功率测定值的影响分析
车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生法向、切向的相互作用力以及相应的轮胎和支承路面的相对刚度决定了变形的特点。

当弹性轮胎在硬质的钢制光滚筒上滚动时，轮胎的变形是主要的，此时由于轮胎内部摩擦产生弹性迟滞损失，使轮胎变形时对它做的功不能全
部收回，此能量消耗在轮胎各组成部分相互间的摩擦以及橡胶、帘线等物质的分子间的摩擦，最后转化为热能而消失在大气中。

这种损失即为弹性物质的迟滞损失。

因为滚动阻力系数与模拟路面的滚筒种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料、气压等有关，所以，对其影响因素分析是非常必要的，具体分析如下：
1.钢制光滚筒对滚动阻力系数的影响
(1)若滚筒的半径r越大，在车轮滚动时轮胎的变形量就越小，也就是说弹性迟滞损失就越小，故滚动阻力系数随滚筒半径的增大而减小。

(2)滚筒的加工精度越高，轮胎在滚筒上的运转就越平稳，当车速一定时滚动阻力系数的波动范围就越小，所以说，滚动阻力系数随滚筒加工精度的提高而减小。

四、汽车底盘测功机实验准备工作和注意事项
底盘测功机是整车汽车动力性能试验的必备设备，必须由专人负责管理，定期进行检查、使用与维护。

1.实验准备
(1)试验车辆使用前的准备工作
被测试车辆驶上汽车底盘测功机滚筒前，必须进行以下准备工作:
(a)车辆外部清洗干净；
(b)不容许轮胎花纹中夹有石粒；
(c）轮胎气压符合标准；
(d)发动机底壳机油油面应在允许范围内；
(e)发动机机油压力应在允许范围内；
(f)发动机冷却系统的工作应正常；
(g)自动变速器(液力变扭器)的液面应在规定的范围内。

(h)汽车发动机和底盘经过维护，供油系和点火系处于最佳工作状态。

(i)汽车应该磨合行驶。

(2)测功机的准备
(a)接通电源，预热测功机。

(b）将车辆用专用设备固定在滚筒上，保证轮胎与滚筒对中。

用专用夹具抵住停在地面上的车轮，防止汽车在测试中由于误操作而冲出去。

(c)为防止发动机过热，将一台冷却风扇置于被检汽车前方约0.5m处，对发动机吹风。

(d)使用测功机以5km/h的速度拖动汽车运行，观察有无异常。

2.汽车底盘测功机的使用注意事项
(1)开机前必须按使用说明书的要求，对底盘测功机作好准备工作；
(2)按规定程序进行操作；
(3) 突然停电时，引车驾驶员应即刻松油门并挂空档；
(4）驾驶员必须严格按引导系统提示操作。

(5)试验时，应密切注意各种异响和发动机水温。

(6)被检车前严禁站人，以确保安全。

3.定期检查/标定
(1)润滑系统是否有漏油现象；
(2)检查滚筒轴承、电机轴承是否有过热现象；
(3)检查地沟是否有漏油、漏水及杂物；
(4)各部螺栓紧固情况(紧固）；
(5)系统各润滑点按使用说明书的要求进行润滑；
(6)扭矩传感器一次/年。

附录:四轮驱动底盘测功机技术参数
a、形式：四轮驱动
b、转鼓直径—1219.2mm±0.3mm(48inch)
c、鼓面宽—635mm(25inch)
d、鼓间距：910mm(36inch)
e、轴距：2000—3600mm
f、滚筒表面粗糙度—<5mm(100μin)
g、吸收功率≥140kw(200HP)×2
h、最高试验速度220km/h
i、速度精确度:≤±0.03km/h
j、扭矩测量范围±6510N.m
k、扭矩测量精度±0.1%F.S.
l、扭矩0—90%响应时间—<100ms
m、时间限制—0.01s
n、时间精确度—0.003%
o、基础惯量：1362kg
p、质量惯量模拟范围：454-5448kg(1000—12000磅lb) q、惯量模拟精度: ≤±1.0%
r、电惯量响应时间≤100ms。