莫舒玥

（廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023）

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汽車(chē)運(yùn)行加載力模擬軟件的研究與開(kāi)發(fā)

莫舒玥

（廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023）

摘 要：為了精確的反應(yīng)車(chē)輛實(shí)際運(yùn)行的各種加載力，提高運(yùn)用底盤(pán)測(cè)功機(jī)檢測(cè)車(chē)輛動(dòng)力、排放、油耗等性能的準(zhǔn)確性，通過(guò)道路滑行試驗(yàn)和相關(guān)數(shù)學(xué)計(jì)算方法得出車(chē)輛實(shí)際運(yùn)行的各種加載力，開(kāi)發(fā)一套汽車(chē)運(yùn)行加載力模擬軟件，通過(guò)在底盤(pán)測(cè)功機(jī)上試驗(yàn)，證明該軟件能夠較精確的模擬車(chē)輛實(shí)際運(yùn)行的加載力，提高底盤(pán)測(cè)功機(jī)的檢測(cè)精度。

關(guān)鍵詞：加載力；滑行試驗(yàn)；道路模擬試驗(yàn)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.030

CLC NO.: U467.3Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)04-89-03

前言

由于底盤(pán)測(cè)功機(jī)進(jìn)行車(chē)輛性能檢測(cè)可以不受時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境等條件的制約，又具有成本低的優(yōu)勢(shì)。因此目前各種檢測(cè)機(jī)構(gòu)越來(lái)越普遍的運(yùn)用底盤(pán)測(cè)功機(jī)進(jìn)行車(chē)輛各種動(dòng)態(tài)性能的檢測(cè)。但是汽車(chē)在運(yùn)行的過(guò)程中存在運(yùn)動(dòng)慣性，在道路上行駛時(shí)要克服各種行駛阻力，并受環(huán)境等各種因素的影響，運(yùn)行過(guò)程比較復(fù)雜。因此研究和開(kāi)發(fā)一套汽車(chē)運(yùn)行加載力的模擬軟件，通過(guò)在試驗(yàn)臺(tái)上模擬汽車(chē)在道路上的運(yùn)行工況，模擬汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)慣性和各種行駛阻力，實(shí)現(xiàn)能用試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試汽車(chē)運(yùn)行狀況的動(dòng)態(tài)性能[1]。從而實(shí)現(xiàn)車(chē)輛動(dòng)力性能，排放性能、油耗性能等的測(cè)試。本文研究背景是廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院的科研課題《基于底盤(pán)測(cè)功機(jī)的車(chē)輛燃油油耗量測(cè)試研究》，項(xiàng)目編號(hào)：JZY2014BY05。

1、汽車(chē)運(yùn)行加載力模擬軟件開(kāi)發(fā)原理

利用軟件設(shè)置滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來(lái)模擬汽車(chē)運(yùn)動(dòng)慣量，模擬速度、扭矩或道路載荷等試驗(yàn)車(chē)輛在道路上行駛的各種阻力。還有汽車(chē)在行駛過(guò)程中所受的空氣阻力、非驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)阻力及爬坡阻力等，可通過(guò)功率吸收加載裝置來(lái)模擬完成[2]，如圖1所示。

圖1　底盤(pán)測(cè)功機(jī)試驗(yàn)臺(tái)工作原理

滾筒的表面即模擬路面，滾筒旋轉(zhuǎn)即相當(dāng)于車(chē)輛在路面上行駛。車(chē)輛有相應(yīng)的裝置固定在滾筒上方，車(chē)輪接觸滾筒，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模擬車(chē)輛的各種行駛工況，從而進(jìn)行汽車(chē)動(dòng)力性如加速性能、滑行性能、底盤(pán)輸出最大驅(qū)動(dòng)力、汽車(chē)底盤(pán)輸出功率的檢測(cè)[3]。

2、車(chē)輛運(yùn)行加載力模擬軟件介紹

測(cè)功機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用于精確模擬道路載荷。道路載荷主要通過(guò)操作計(jì)算機(jī)輸入各種車(chē)輛的道路載荷系數(shù)，并通過(guò)計(jì)算來(lái)確定和修改[4]。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)測(cè)試的需要，為測(cè)功電機(jī)輸入相關(guān)的指令，使得測(cè)功電機(jī)為測(cè)功機(jī)系統(tǒng)施加給測(cè)試車(chē)輛需要的測(cè)試車(chē)速和加速度，另外也根據(jù)試驗(yàn)要求給測(cè)試車(chē)輛施加所需的行駛阻力。

基于道路載荷數(shù)學(xué)計(jì)算公式，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，在計(jì)算機(jī)中編程該式，并建立相應(yīng)數(shù)模，通過(guò)該式能夠模擬計(jì)算道路載荷，實(shí)現(xiàn)道路載荷的模擬。

軟件的功能包括了：道路模擬試驗(yàn)；恒力運(yùn)行SAEJ2264測(cè)定試驗(yàn)；零點(diǎn)和寄生損失測(cè)定；基礎(chǔ)慣量測(cè)定；滑行試驗(yàn)；電機(jī)加載響應(yīng)測(cè)試等。

2.1 加載力軟件“SAEJ2264測(cè)定試驗(yàn)”舉例

SAEJ2264測(cè)定試驗(yàn)界面如圖2所示，此界面主要是用來(lái)測(cè)定測(cè)功機(jī)設(shè)定系數(shù)（DynoSet）和車(chē)輛損失系數(shù)（VehicleLoss）。SAE J2264推薦以下公式來(lái)設(shè)置測(cè)功機(jī)：

Dyno Set A = 0.5 ×Target A

Dyno Set B = 0.2×Target B

Dyno Set C = Target C

其中Target是車(chē)輛目標(biāo)系數(shù)，即車(chē)輛在真實(shí)路面上滑行出來(lái)的系數(shù)。

試驗(yàn)開(kāi)始使用預(yù)估的測(cè)功機(jī)設(shè)定（Dyno Set）系數(shù)作為施加力開(kāi)始滑行過(guò)程?；型瓿珊螅玫揭唤M滑行實(shí)測(cè)系數(shù)，把這組系數(shù)與車(chē)輛目標(biāo)系數(shù)相比較，其差值用來(lái)修正本次滑行的測(cè)功機(jī)設(shè)定系數(shù)后，作為下次滑行的測(cè)功機(jī)設(shè)定系數(shù)。每滑行一次，修正一次測(cè)功機(jī)設(shè)定系數(shù)。同時(shí)，車(chē)輛損失系數(shù)由以下公式求得：

VehilceLoss（車(chē)輛損失）=Measured Result(滑行實(shí)測(cè)系數(shù))-DynoSet（測(cè)功機(jī)設(shè)定系數(shù)）[5]。

圖2　SAEJ2264測(cè)定試驗(yàn)界面

2.2 加載力軟件“基礎(chǔ)慣量測(cè)定”舉例

基礎(chǔ)慣量測(cè)定界面如圖3所示，在這個(gè)界面中提供了可以設(shè)定速度范圍的參數(shù)，慣量將在設(shè)定的速度范圍內(nèi)測(cè)量。同時(shí)也可以通過(guò)設(shè)定四組不同的電機(jī)加載力（加速度）。在控制面板上可以看到每次和每組運(yùn)行的結(jié)果。各組結(jié)果的平均值將顯示在控制面板的“試驗(yàn)結(jié)果”部分。操作員可以點(diǎn)擊“更新”按鈕接受測(cè)定的結(jié)果。

完成轉(zhuǎn)鼓熱機(jī)后，測(cè)功機(jī)按照第一組設(shè)定的加載力進(jìn)行加速，轉(zhuǎn)鼓持續(xù)加速，直到其速度比“最高速”參數(shù)設(shè)置的速度高出20km/h。當(dāng)轉(zhuǎn)鼓速度在“最低速”和“最高速”設(shè)置的速度之間時(shí)，測(cè)量加速度。同樣，當(dāng)轉(zhuǎn)鼓速度在“最低速”和“最高速”設(shè)置的速度之間時(shí)，測(cè)量減速度。直到所有加載力組的運(yùn)行都完成。

圖3　基礎(chǔ)慣量測(cè)定界面

2.4 加載力軟件“滑行試驗(yàn)”舉例

滑行試驗(yàn)界面如圖4所示，滑行功能是以某特定速度檢測(cè)內(nèi)阻損失，其內(nèi)容是修正接受的內(nèi)阻損失及當(dāng)前運(yùn)行中的車(chē)輛損失。由于測(cè)功機(jī)上存在作用力，故開(kāi)始滑行。隨著測(cè)功機(jī)滑行減速，在每一速度間隔之間的時(shí)間被測(cè)量出來(lái)（測(cè)量范圍由“最高速”和“最低速”參數(shù)確定）。

試驗(yàn)檢測(cè)后將被試車(chē)輛在道路上滑行得到的數(shù)據(jù)(力或者功率與速度的關(guān)系)輸入到輸入數(shù)據(jù)欄（總共最大可以輸入的數(shù)據(jù)有20組，可以通過(guò)參數(shù)設(shè)置組數(shù)），然后點(diǎn)擊開(kāi)始擬合，就可以得到一組系數(shù)，點(diǎn)擊<保存為滑行系數(shù)>，就保存為SAEJ2264試驗(yàn)項(xiàng)目中的目標(biāo)滑行系數(shù)。

圖4　滑行試驗(yàn)界面

3、道路模擬試驗(yàn)及結(jié)論

選擇柳州五菱小型客車(chē)進(jìn)行了試驗(yàn)，在車(chē)輛數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中選擇相應(yīng)的車(chē)型，車(chē)型數(shù)據(jù)庫(kù)中所有保存的車(chē)輛參數(shù)都顯示在列表框中。

其中幾個(gè)重要參數(shù)說(shuō)明：

等效慣量：車(chē)輛的等效慣量，具體數(shù)據(jù)由車(chē)輛廠(chǎng)家提供。柳州五菱之光6376E3空載時(shí)等效慣量為1120kg。

車(chē)輛道路阻力系數(shù)：車(chē)輛在試車(chē)跑道上滑行時(shí)使車(chē)輛停下來(lái)的阻力。這些值僅由實(shí)際道路行駛數(shù)據(jù)確定?？梢允謩?dòng)修改或輸入?？蛰d時(shí)道路行駛阻力測(cè)定得7.9A(N)。

車(chē)輛損失系數(shù)：車(chē)輛轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸的阻力，可以手動(dòng)修改或輸入。本試驗(yàn)中，假設(shè)車(chē)輛損失系數(shù)很小，忽略不計(jì)，因此設(shè)定為0 A(N)。

測(cè)功機(jī)設(shè)定系數(shù)：測(cè)功機(jī)為了模擬道路滑行而必須施加到車(chē)輛上的力。測(cè)功機(jī)設(shè)定系數(shù)應(yīng)小于車(chē)輛道路阻力系數(shù)，因?yàn)闇y(cè)功機(jī)不模擬車(chē)輛損失。測(cè)功機(jī)設(shè)定系數(shù)為7.9A(N)。

坡度系數(shù)設(shè)定為0%。

行駛時(shí)間：從開(kāi)始試驗(yàn)即開(kāi)始記錄行駛時(shí)間，在測(cè)試過(guò)程中顯示車(chē)輛行駛的時(shí)間。當(dāng)車(chē)輛停止運(yùn)行，速度到0以后，行駛時(shí)間也自動(dòng)停止。

行駛距離：從開(kāi)始測(cè)試即開(kāi)始記錄實(shí)行舉例，在測(cè)試過(guò)程中顯示行駛距離。記錄累計(jì)的行駛距離。

試驗(yàn)過(guò)程為車(chē)輛加速到100km/h，然后從100km/h開(kāi)始減速，每下降10km/h記錄一次試驗(yàn)參數(shù)。以80km/h和40km/h為例，下圖5為80km/h道路模擬試驗(yàn)，兩個(gè)速度恒速狀態(tài)下的運(yùn)行參數(shù)。

界面中狀態(tài)欄中顯示的是試驗(yàn)過(guò)程中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。右邊顯示該恒速下的速度、加速度、電機(jī)力、電機(jī)功率、牽引力、牽引功率信息，數(shù)據(jù)記錄的頻率為1秒/次，取其平均值，即可獲得相應(yīng)參數(shù)的測(cè)試值。

圖5　設(shè)定恒速為80km/h道路模擬試驗(yàn)

3.1 結(jié)論

本文對(duì)車(chē)輛在實(shí)際道路運(yùn)行過(guò)程中的受力進(jìn)行分析，通過(guò)滑行試驗(yàn)建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型；滾筒滾動(dòng)阻力通過(guò)零點(diǎn)和寄生損失測(cè)定來(lái)設(shè)定；通過(guò)基礎(chǔ)慣量測(cè)定性能試驗(yàn)可以設(shè)定試驗(yàn)的車(chē)速；輪胎滾動(dòng)阻力通過(guò)SAEJ2264測(cè)定試驗(yàn)設(shè)定；通過(guò)道路模擬試驗(yàn)完成車(chē)輛恒速下基本運(yùn)行狀態(tài)的測(cè)試。試驗(yàn)選擇五菱之光6376E3進(jìn)行道路模擬試驗(yàn)，測(cè)試了該車(chē)在空載狀態(tài)下從100km/h到10km/h的動(dòng)態(tài)性能，記錄了100km/h、90km/h、80km/h依次遞減到10km/h車(chē)速共10個(gè)恒速狀態(tài)的性能參數(shù)值，圖中所示為數(shù)據(jù)表，可以在該界面切換成曲線(xiàn)圖的方式。

仿真試驗(yàn)證明，本文研究開(kāi)發(fā)的汽車(chē)運(yùn)行加載力軟件仿真效果較好，數(shù)據(jù)與實(shí)際基本相符，為進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)汽車(chē)道路運(yùn)行中坡道阻力、加速阻力以及汽車(chē)其他負(fù)荷狀態(tài)的多工況數(shù)學(xué)模型奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類(lèi)號(hào)：U467.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2016)04-89-03

作者簡(jiǎn)介：莫舒玥，碩士，副教授，就職于廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院。

The research and development of the simulation software of the vehicle running and loading force

Mo Shuyue
（Guangxi Vocational and Technical College of Communications, Guangxi Nanning 530023）

Abstract:In order to accurately reflect the vehicle running all kinds of the loading force, improve the use of chassis dynamometer test vehicle power, the accuracy of emission and fuel economy performance, through road coasting test and related mathematical calculation method obtains the actual vehicle operation all kinds of the loading force, developed a car running load simulation software, through the chassis dynamometer test that the software is able to call the accurate simulation of the actual running of the vehicle loading force, improve the detection accuracy of the dynamometer chassis dynamometer.

keywords:loading force; sliding test; road simulation test