汽車底盤測(cè)功行駛阻力模擬系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究

李廣府 白俊偉 劉松偉

(鄭州日產(chǎn)汽車有限公司，河南 鄭州 450016)

測(cè)試汽車的動(dòng)力性能的好壞的主要的裝置就是汽車底盤測(cè)功機(jī)，其可以通過汽車行駛的各種路段進(jìn)行試驗(yàn)，完成汽車的整體性能的測(cè)試，在開發(fā)了一款新的汽車之后，主要的就是通過汽車底盤測(cè)功機(jī)模擬系統(tǒng)進(jìn)相應(yīng)的測(cè)試，測(cè)試汽車是否能夠達(dá)到質(zhì)量要求的標(biāo)準(zhǔn)。使用汽車底盤測(cè)功機(jī)來進(jìn)行汽車性能的測(cè)試，達(dá)到的效果比一般的普通測(cè)試更精確，整體的測(cè)試成本也比較低，其測(cè)試到的數(shù)據(jù)的一致性也比較好。使用汽車底盤測(cè)功機(jī)可以完成相對(duì)來說復(fù)雜的測(cè)試，并且能夠達(dá)到良好的測(cè)試的效果。

1 汽車底盤測(cè)功行駛阻力模擬系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1 整體構(gòu)成

汽車底盤測(cè)功機(jī)的主要的系統(tǒng)構(gòu)成包含了:數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、相應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器和人機(jī)接口以及實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)所組成(如圖1 所示)。

圖1 汽車底盤測(cè)功機(jī)系統(tǒng)圖

1.2 測(cè)功裝置構(gòu)成

測(cè)功裝置的主要構(gòu)成包含了相應(yīng)的變頻裝置以及功率傳遞型的交流異步電機(jī)，其運(yùn)轉(zhuǎn)的過程如下:相應(yīng)的整流器通過從隔離的變壓器的后端從電網(wǎng)上吸收和向相應(yīng)的電網(wǎng)反饋有功功率，在此過程之中，還要保障相應(yīng)的單位功率的因數(shù)。在發(fā)電狀態(tài)下，主要的是由異步電機(jī)向電網(wǎng)反饋相應(yīng)的電能;而在電動(dòng)的狀態(tài)之下，異步電機(jī)的主要的作用就是從電網(wǎng)上吸收相應(yīng)的電能，從而也就實(shí)現(xiàn)了能量雙向流動(dòng)的過程，保障了測(cè)功機(jī)的順利運(yùn)行。功率傳遞型的異步電機(jī)相對(duì)來說，其在運(yùn)行的過程當(dāng)中發(fā)熱的現(xiàn)象大幅度的降低，并且可以使測(cè)功機(jī)的整體的效率得到有效的提高。

1.3 機(jī)械結(jié)構(gòu)

汽車底盤測(cè)功機(jī)的主要的機(jī)械結(jié)構(gòu)包含了傳動(dòng)軸、轉(zhuǎn)鼓、聯(lián)軸節(jié)以及相應(yīng)的支撐裝置，其主要是保障轉(zhuǎn)鼓和被測(cè)試車輛的驅(qū)動(dòng)輪之間能有比較大的附著力，從而在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候有效的保障試驗(yàn)汽車的的輸出的功率傳遞給相應(yīng)的測(cè)功機(jī)，保障測(cè)試工作的順利的進(jìn)行。在測(cè)試的時(shí)候，由于所使用的測(cè)功機(jī)為電功率傳遞型，在試驗(yàn)的時(shí)候完全的采用電慣量進(jìn)行模擬，從而也就省去了傳統(tǒng)的測(cè)功裝置當(dāng)中的飛輪慣量的模擬裝置，使其機(jī)械結(jié)構(gòu)變得更為簡(jiǎn)單，在進(jìn)行操作的時(shí)候更加的方便。

1.4 數(shù)據(jù)采集和傳感器系統(tǒng)

底盤測(cè)功機(jī)中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要的包含了相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集板、扭距傳感器、速度傳感器以及AD/DA 板等，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要的作用是能夠?qū)崟r(shí)的采集到測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速等相應(yīng)的電信號(hào)，并且可以將采集到的相應(yīng)的電信號(hào)以特定的格式傳送給實(shí)時(shí)監(jiān)控的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，從而形成相應(yīng)的閉環(huán)反饋的控制，保障整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定的運(yùn)行。

1.5 人機(jī)操作和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)

人機(jī)操作系統(tǒng)主要的作用是監(jiān)視整個(gè)測(cè)試的過程，主要是通過向下發(fā)送指令的方式來調(diào)節(jié)測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)，以便于查看相應(yīng)的測(cè)試報(bào)告和相關(guān)的數(shù)據(jù)等。實(shí)時(shí)監(jiān)控的系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心構(gòu)成，其主要的包含了可編程控制器、下位機(jī)以及相應(yīng)的模擬化控制單元，其主要的作用是對(duì)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處理過的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，然后再通過對(duì)于測(cè)功機(jī)勵(lì)磁電流的大小的改變來調(diào)節(jié)相應(yīng)的轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)矩，對(duì)其被測(cè)試的車輛進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載的過程，從而達(dá)到道路阻力模擬的進(jìn)行。

2 汽車行駛阻力力學(xué)模型的建立

2.1 行駛阻力

汽車在行駛的過程中受到的阻力為汽車車輪受到的滾動(dòng)阻力和相應(yīng)的空氣阻力的總和，其相應(yīng)的表達(dá)公式如下:

在上述的公式中，其中f 表示汽車在道路行駛中所受到的行駛阻力;a 表示二次多項(xiàng)式當(dāng)中的常數(shù)項(xiàng)系數(shù);b 表示二次多項(xiàng)式當(dāng)中的一次項(xiàng)系數(shù);c 表示二次多項(xiàng)式當(dāng)中二次項(xiàng)系數(shù);v 則表示汽車行駛的速度。

將公式(1)轉(zhuǎn)化成為底盤測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)鼓上施加的轉(zhuǎn)矩的形式，其表達(dá)式如下:

在公式(2)當(dāng)中，R 表示底盤測(cè)功機(jī)中轉(zhuǎn)鼓的半徑。

2.2 坡道阻力

汽車在行駛的過程中，還會(huì)受到行駛道路坡度的影響，所以在進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試的時(shí)候，要考慮到道路坡度的影響。假設(shè)相應(yīng)的道路坡度角為θ，并且－θmax≤θ≤θmax，其中θmax表示道路的最大的坡度角，相應(yīng)的坡道阻力的表達(dá)式為:

從而可以得到相應(yīng)的給測(cè)功機(jī)上的轉(zhuǎn)鼓上施加的轉(zhuǎn)矩，其表達(dá)式如下:

2.3 慣性阻力

在汽車行駛的過程中，還會(huì)受到慣性的影響，故而要克服汽車行駛過程中由于慣性因素所產(chǎn)生的阻力，然而在底盤測(cè)功機(jī)上進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候要將被測(cè)車輛進(jìn)行固定。所以為了達(dá)到汽車真實(shí)的行駛效果的模擬，就要考慮到相應(yīng)的慣性阻力的影響，為此我們提出用附加到測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)鼓上來代替相應(yīng)的慣性力的影響。

其中車輪的轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的角速度的關(guān)系表達(dá)式為:

經(jīng)過整理得出等值的慣性阻力值的表達(dá)式如下:

在上述公式中，其中m 表示測(cè)試車輛的質(zhì)量;r 表示測(cè)試車輛的車輪半徑;J 表示測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)的慣量;J'則表示被測(cè)試車輛的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的慣量。

綜上所述，被測(cè)試的車輛在底盤測(cè)功機(jī)上所受到的整體的阻力矩M 可以表示為:

3 汽車底盤測(cè)功行駛阻力模擬系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和數(shù)據(jù)分析

在進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)時(shí)，使用滑行法可以得到在相應(yīng)的道路上行駛中所受到的阻力，由此也就得到了公式(1)中所表示的行駛所受到的阻力值。在使用底盤測(cè)試機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的汽車臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)，其施加到底盤測(cè)功機(jī)上的道路行駛阻力和同道路試驗(yàn)當(dāng)中的阻力不完全等同，還需要去除由于相應(yīng)的車輪和底盤測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)鼓之間相應(yīng)的滾動(dòng)摩擦，另外也要去除底盤測(cè)功機(jī)系統(tǒng)傳送摩擦所引起的相應(yīng)的阻力，進(jìn)而可以對(duì)相應(yīng)系數(shù)a、b、c 進(jìn)行修正，保障測(cè)試數(shù)值的準(zhǔn)確度，相應(yīng)的系數(shù)修正流程圖(如圖2 所示)。然后再利用可視化的開發(fā)工具對(duì)于底盤測(cè)功機(jī)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，達(dá)到試驗(yàn)的目的。

數(shù)據(jù)表明，當(dāng)測(cè)試的車輛的負(fù)荷保持在一定程度上進(jìn)行低速運(yùn)行的時(shí)候，伴隨著汽車速度的不斷增大，加載到底盤測(cè)功機(jī)上的阻力矩呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，其負(fù)荷率越高下降的速率越慢;當(dāng)其負(fù)荷率在大于50%時(shí)，相應(yīng)的阻力矩隨著負(fù)荷增減的影響的變化是比較小的，并且會(huì)隨著車速的增加趨于平穩(wěn)狀態(tài)。

4 總結(jié)

通過對(duì)于汽車底盤測(cè)功行駛阻力模擬系統(tǒng)的研究分析，該系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確度是比較高的，并且提高了測(cè)試的效率，適用于當(dāng)前時(shí)代發(fā)展的需要，利于汽車行業(yè)的發(fā)展。

圖2 系數(shù)修正流程圖

［1］高萌，劉子銘.汽車底盤測(cè)功行駛阻力模擬系統(tǒng)的研究.車輛與動(dòng)力技術(shù)［J］.2012，02(04):12－24

［2］王洪禮，郭龍，高強(qiáng).基于VC＆ADO 的汽車底盤測(cè)功機(jī)行駛阻力模擬系統(tǒng)的研究［J］.機(jī)械設(shè)計(jì).2009，06(06):34－42

［3］盧若珊，嚴(yán)朝勇，羅振益.汽車底盤測(cè)功機(jī)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用［J］.機(jī)電工程技術(shù).2006，11(08):54－61

［4］嚴(yán)朝勇，蔣波，劉越琪，羅振益，盧若珊.汽車底盤測(cè)功機(jī)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程.2007，03(03):14－20

［5］陳龍.GB 7258－2012 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施與檢測(cè)系統(tǒng)軟件調(diào)整分析［J］.山西交通科技.2013，21(01):66－74

［6］翟歲團(tuán)，王臻.GB7258－2012 機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)新老版本差異對(duì)比［J］.摩托車技術(shù).2013，16(03):92－104