ZQ500底盤測試臺電慣性模擬參數(shù)試驗研究

肖啟瑞，黃學翾，石本改，易東旭

（1.廣東機電職業(yè)技術學院汽車學院，廣東 廣州 510515；2廣州地下鐵道集團公司運營事業(yè)總部車輛中心，廣東 廣州 510000；3.廣汽集團研究院底盤工程技術部，廣東 廣州 510000；）

0 引 言

進行汽車多工況法排氣污染物測試，要求底盤測試系統(tǒng)不僅能模擬汽車等速行駛時的道路阻力，也要能模擬汽車加減速行駛時的慣性力。目前國內汽車動力性試驗用底盤測試系統(tǒng)，汽車慣量通常用機械飛輪組來模擬，不能實現(xiàn)無級調整，模擬精度不高。而采用機械慣量電模擬技術，能達到較好的綜合性能，在進行機械慣量電模擬系統(tǒng)設計時，由于車輛處于相對靜止狀態(tài)，需要由底盤測試系統(tǒng)電慣量模擬的行駛阻力包括兩部分：一部分由滾動阻力與空氣阻力組成，通稱為路面阻力；另一部分為汽車加速時產(chǎn)生的慣性力。本文結合ZQ500車輛底盤測試臺的設計，就車輛底盤測試系統(tǒng)的理論計算方法以及利用汽車滑行試驗法進行汽車路面阻力參數(shù)的獲取方法展開討論。

1 汽車行駛受力分析

1.1 汽車在道路上行駛受力分析

通過對行駛中的汽車進行受力分析。驅動力由發(fā)動機經(jīng)傳動系傳至驅動輪上得到。行駛阻力包括滾動阻力、空氣阻力、加速阻力和坡度阻力?？山⑵嚨男旭偡匠淌絒1-2]：

式（1）展開得：

式中：G——車輛總重；

Ff——滾動阻力；

Fw——空氣阻力；

Fi——上坡阻力；

f——滾動阻力系數(shù)；

δ——汽車旋轉質量換算系數(shù)。

對于4×2的普通車輛，δ主要與發(fā)動機飛輪、車輪的轉動慣量及傳動比有關，可以表示為[2]

代入式（1）可得：

式中：Iq——兩前輪轉動慣量；

Ih——兩后輪轉動慣量；

If——發(fā)動機飛輪轉動慣量；

i——傳動比；

r——車輛半徑。

1.2 車輛在測試系統(tǒng)上行駛受力分析

本文采用單滾筒型測試系統(tǒng)，由車輛驅動輪驅動滾筒，而從動輪靜止，其無法模擬滾動阻力及相應慣性質量。

在測試系統(tǒng)上進行試驗時，式（1）中的Fw=0及Fi=0[3]，展開得：

式中：Ir——測試系統(tǒng)滾筒的轉動慣量；

ωr——滾筒的角速度；

ωf——發(fā)動機飛輪角速度。

設車輛驅動輪與測試系統(tǒng)滾筒間為純滾動，有：

代入式（5）得：

為了在測試系統(tǒng)上較準確地模擬道路行駛狀態(tài)，所以式（4）與式（6）的差應當由測試系統(tǒng)加載電慣量模擬實現(xiàn)[3]（假設道路試驗為平直0坡度路面，即 Fi=0）：

注意到在進行有坡度道路模擬試驗時，必須考慮Fi的作用，可由計算機控制測試系統(tǒng)加載實現(xiàn)模擬坡道阻力。

從式（7）中可以看出，需要由底盤測試系統(tǒng)電慣量模擬的行駛阻力包括兩部分：一部分由滾動阻力與空氣阻力組成，即F1=Gf+Fw，稱為路面阻力[4]；另一部分為括號內的慣性力F2。

2 汽車路面阻力參數(shù)的獲取計算

由于新車型阻力參數(shù)為經(jīng)驗數(shù)據(jù)，通常不太準確，且汽車滾動阻力系數(shù)f也應由道路試驗測得。因此，應首先對車輛進行空檔滑行試驗，利用最小二乘法得到車輛在平直道路上路面阻力與車速關系式，可實時調整測試系統(tǒng)的加載值，以準確動態(tài)模擬車輛行駛阻力[5]。

在進行汽車理論動力性計算時，為粗略估算滾動阻力值，可認為滾動阻力為車速的一次函數(shù)，但空氣阻力不宜就一次函數(shù)估算。本文是討論利用汽車滑行試驗法反求路面阻力與車速的函數(shù)關系，為精確起見，設路面阻力為車速的二次函數(shù)，令其函數(shù)表達式為

a、b、c均為待定系數(shù)，可由滑行試驗反求獲得。具體根據(jù)GB/T 12536-1990《汽車滑行試驗方法》進行滑行試驗，試驗內容如下：

（1）試驗儀器。測量儀器使用國產(chǎn)zqy195智能五輪儀，該五輪儀與傳統(tǒng)接觸式五輪儀不同，非接觸式五輪儀以計算機為核心部件，配以相應的I/O接口及外設，不需要路面接觸。它采用光電相關濾波技術，安裝在車上的光電路面探測器（簡稱光電頭）照射路面，把路面圖像變換為頻率信號，用于汽車動力性、制動性和燃油經(jīng)濟性能的測試。具有較高的測量精度和抗干擾能力[6]。

五輪儀測量速度范圍：5～120km/h，準確度0.5%；測量距離范圍：0～99 999 m，準確度0.5%；最小距離≥20m。使用溫度：-10～40℃；環(huán)境濕度：20%～85%（無露滴）；供電電源：AC 220～250 V，試驗車輛由車載DC-AC逆變器電源供電。

試驗條件及試驗車輛的準備全部滿足GB/T 12534-1990《汽車道路試驗方法通則》的規(guī)定，即：試驗道路除另有規(guī)定外，應在清潔、干燥、平坦的，用瀝青或混凝土鋪裝的直線道路上進行。道路長2～3km，寬≥8 m，縱向坡度在0.1%以內，風速≤3 m/s，特別注意輪胎氣壓必須滿足廠家出廠規(guī)定氣壓，否則將造成測量誤差。

（2）試驗方法。在長約1000m的平直試驗路段兩端立上標桿作為滑行區(qū)段，汽車在進入滑行區(qū)段前車速應稍大于80km/h。汽車駛入滑行區(qū)段前，駕駛員將變速器排擋放入空擋（松開離合器踏板），汽車開始滑行。當車速為80km/h時（汽車應進入滑行區(qū)段），使用第五輪儀進行記錄，直至汽車完全停住為止。在滑行過程中，駕駛員不得轉動方向盤。記錄滑行初速度（應為80km/h±0.3km/h）和滑行距離，試驗至少往返各滑行一次，往返區(qū)段盡量重合[7]。

試驗樣車選取國產(chǎn)某新型試制轎車，整車整備質量1350kg，為前置前驅型。汽車空擋滑行時由驅動車輪反拖傳動系旋轉，取旋轉質量轉換系數(shù)δ=0.04，輪胎型號為185/65R14子午線輪胎，前輪空載額定氣壓為260kPa，后輪空載額定氣壓為230kPa。

試驗采用速度模式，利用動態(tài)測試記錄儀按等速度間隔記錄速度、時間間隔。試驗時，風阻及滾動阻力隨滑行速度成正相關，故滑行速度試驗精度有很大影響，滑行初速度不應過低，試驗時定為80km/h。最終得到試驗數(shù)據(jù)列于表1。由表1中的數(shù)據(jù)可知，隨著試驗車速的升高，車輛所受到的路面阻力隨之增大，說明路面阻力是與車速正相關的，同時由于滑行試驗時車輛減速度完全由路面阻力產(chǎn)生，因此，車輛減速度也應與車速正相關，這與試驗結果完全一致。

表1 滑行法試驗數(shù)據(jù)列表

由表1數(shù)據(jù)可以得到車速與減速度及車速與路面阻力的擬合曲線，如圖1、圖2所示。由圖1的擬合曲線可知車輛滑行減速度隨車速降低而減小，二者之間近似于線性關系，這是由于路面阻力隨車速變化的結果。由圖2可知路面阻力隨車速增加而增加，所以，通常在進行汽車動力性計算時，如果汽車以低速行駛，汽車行駛阻力主要表現(xiàn)為輪胎滾動阻力，而空氣阻力較小，路面阻力整體數(shù)值仍然較小，隨著車速升高，路面阻力上升較快，試驗車輛車速為80km/h時路面阻力可達到322.9N，其中以空氣阻力成分為主。但要區(qū)分滾動阻力及空氣阻力二者具體數(shù)值的話，一般僅由路面滑行試驗無法獲得[8]。

圖1 車速與減速度試驗擬合曲線

圖2 車速與路面阻力試驗擬合曲線

對表1中路面阻力數(shù)據(jù)利用最小二乘法擬合，可以得到車輛在平直道路上路面阻力與車速計算經(jīng)驗公式：

3 工程測試系統(tǒng)參數(shù)的選擇

電機的功率應滿足試驗車輛發(fā)動機最大功率的要求，根據(jù)試驗車輛功率范圍確定電機拖動功率為150kW。電機具體參數(shù)如下：

轉鼓表面額定切向力：

電機額定轉矩為

電機額定轉速[9]：

根據(jù)上述理論分析，廠家已進行雙轉鼓底盤測試系統(tǒng)的樣機試制。

4 結束語

本文介紹了利用汽車滑行試驗法進行汽車路面阻力參數(shù)的獲取方法，試驗獲取了滑行法汽車減速度和路面阻力數(shù)據(jù)，通過擬合得到路面阻力與車速之間的工程經(jīng)驗公式，可為底盤測功系統(tǒng)電慣量基本參數(shù)計算提供了一定參考依據(jù)。

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