劉振崗

摘 要：在節(jié)能減排專項行動不斷深入的過程中，汽車行業(yè)中對于不同車輛油量消耗的標準也在不斷推出，從而要求簡便的檢測燃油消耗量的方式創(chuàng)新傳統(tǒng)方式，此種方式稱為碳平衡法為了有效提高碳平衡法對油耗檢測的精準性，就要提高碳平衡法的檢測精度，并且還要通過底盤測功機能夠?qū)崿F(xiàn)汽車行駛阻力模擬。為了能夠使汽車行駛阻力在底盤測試功機數(shù)據(jù)更加精準，就要通過各種計算方式實現(xiàn)。本文選擇簡單并且具有較高檢測精度的方式實現(xiàn)，最后通過計算機實現(xiàn)汽車行駛阻力的模擬。

關(guān)鍵詞：汽車行駛阻力；底盤測試功機；實驗；計算機模擬

汽車底盤測功機指的是在室內(nèi)對汽車行駛工況阻力進行模擬的設(shè)備，并且實現(xiàn)汽車驅(qū)動輪輸出功率、自動變速特征及油耗量指標的測試，其還是汽車在負載檢測及調(diào)整的加載裝置。為了能夠有效實現(xiàn)汽車道路行駛工況的模擬，就要通過測功機，將汽車在道路中運行時候的阻力進行展示，模擬的方式主要包括飛輪模擬及點模擬，尤其是電渦流底盤測功機，只要對勵磁電流大小進行改變，就能夠?qū)崿F(xiàn)主動滾筒阻力矩的變化，為計算機對汽車行駛工況阻力的模擬提供了多種可能及便捷[1]。

1 汽車行駛阻力

汽車在水平道路中等速行駛的過程中，要克服地面道路的滾動阻力、空氣阻力。滾動阻力表示為Ff，空氣阻力表示為Fw。在汽車上坡的時候，還要克服坡度阻力，表示為Fi，汽車在加速的時候，還要克服加速阻力，表示為Fj。所以汽車在形式過程中受到的阻力總和為：

∑F=Ff+Fi+Fw+Fj

1.1 滾動阻力

Ff=Gf

G表示汽車總重力；f表示滾動阻力系數(shù)，汽車的輪胎、橡膠、簾線都影響著滾動阻力系數(shù)。

1.2 空氣阻力：

Fw=（CDA/21.15）v2

CD表示空氣阻力系數(shù)，A表示迎風面積，B表示汽車前輪距，H表示汽車高度，v表示汽車行駛速度。汽車在直線行駛過程中的空氣作用力為空氣阻力，空氣阻力主要包括摩擦阻力及壓力阻力[3]。

1.3 坡度阻力

汽車在上坡行駛過程中，汽車重力的坡道分離為汽車坡地阻力，表示為：

Ff=Gsinα

α表示坡度角。

1.4 加速阻力

汽車在行駛過程中存在等速運動慣性力，要想汽車加速，就要克服此慣性力——加速阻力。汽車質(zhì)量主要包括旋轉(zhuǎn)質(zhì)量及平移質(zhì)量，在汽車加速過程中，平移質(zhì)量產(chǎn)生了慣性力，旋轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生了慣性力偶矩，一般會將其轉(zhuǎn)為平移質(zhì)量慣性力[2]。

Fi=δm（du/dt）

δ表示汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，m表示汽車質(zhì)量，du/dt表示行駛加速度。

2 底盤測功裝置

2.1 測功裝置

此底盤測功機的主要內(nèi)容包括傳遞型交流異步電機和變頻裝置，其主要結(jié)構(gòu)詳見圖1：

通過圖1可以看出來，整流器通過變壓器隔離之后，使用電網(wǎng)吸收并且朝著電網(wǎng)實現(xiàn)有功功率的反饋，并且保持單位功率因數(shù)。在發(fā)電的時候，測功機系統(tǒng)異步電機朝著電網(wǎng)回饋電能。如果處于電動狀態(tài)，異步電機會通過電網(wǎng)吸收電能，從而使能量能夠雙向的流動。

2.2 裝置結(jié)構(gòu)

底盤測功機由聯(lián)軸節(jié)、轉(zhuǎn)鼓、支撐裝置及傳動軸組成，其主要目的就是保證轉(zhuǎn)鼓表面和試驗車輛驅(qū)動輪的附著力較大，能夠?qū)④囕v輸出功率傳送到測功器中。因為使用電功率傳遞型測功機，可以通過電慣量模擬實現(xiàn)機械結(jié)構(gòu)的簡化。

2.3 傳感器

汽車底盤測功機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集板、速度傳感器、光電隔離脈沖技術(shù)板及扭矩傳感器等部件，其主要作用是實現(xiàn)轉(zhuǎn)股轉(zhuǎn)速等信號的實時采集，之后將信號通過一定的格式朝著PLC實時控制系統(tǒng)傳遞，從而成為閉環(huán)反饋控制。為了能夠?qū)嶒炇抑械男盘栠M行整合，比如加速度、車速等，成為集成化信號采集平臺，可以通過計算機軟件開發(fā)信號采集界面，從而實現(xiàn)底盤測功機信號采集功能的完善。

3 汽車行駛阻力在底盤測試功機的實現(xiàn)

底盤測功機具備慣性載荷模擬裝置，比如電氣方式及機械方式，也就是和道路載荷相同的模擬方式及汽車慣性載荷的模擬。

3.1 計算慣性阻力

汽車在行駛過程中需要克服的慣性阻力主要包括：

Fj=m（dv/dt）+（（K1J1/r21）（dv/dt））+（（K2J2/r22）（dv/dt））+（（K3J3/r31）（dv/dt））

汽車在測功機轉(zhuǎn)鼓中進行模擬行駛的過程中，需要克服的慣性阻力主要包括：

Ftj=（（K1J1/r21）（dv/dt））+（（K3J3/r21）（dv/dt））+（（J/r23）（dv/dt））+Fm

其中Fj表示汽車行駛慣性阻力，m表示測功機載荷模擬阻力，F(xiàn)tj表示汽車在測功機中的慣性阻力，dv/dt表示汽車加速度。

為了能夠滿足模擬需求，就要實現(xiàn)車輛慣性載荷的模擬，使Fj=Ftj，得到Fm：

Fm=m（dv/dt）+（（K2J2/r22）（dv/dt））+（（J/r23）（dv/dt））

也就是得到測功機設(shè)置的模擬慣性載荷[6]。

3.2 電氣模擬設(shè)置

通過電氣的方式對載荷進行模擬，只要通過單元對每時刻車輪線加速度進行檢測，根據(jù)以上公式計算加速度的阻力，就能夠?qū)Φ戎底枇M行控制，將Fm公式轉(zhuǎn)換為換做轉(zhuǎn)速為控制量的載荷為：

Fm=（（πr3m/30）（dn/dt））+（（K2J2πr3/30r22）（dn/dt））-（（πJ/30r3）（dn/dt））

3.3 機械模擬設(shè)置

使用機械模擬的方式實現(xiàn)慣性載荷的模擬，模擬裝置在車輪表面的加速阻力為：

Ftm=（i2ηJm/r23）（dn/dt）

其中Jm表示測功機慣性載荷模擬裝置轉(zhuǎn)動慣量，i表示測試機慣性載荷模擬裝置和滾筒的比，η表示測功機載荷模擬裝置和滾筒的傳動效率。

通過對分輪機構(gòu)離合的調(diào)節(jié)，能夠創(chuàng)造出不同轉(zhuǎn)動慣量，使其能夠和不同質(zhì)量汽車相互匹配，從而實現(xiàn)汽車載荷及阻力的模擬。

4 汽車行駛阻力模擬

選擇IBM386兼容機，12位模入/模出接口板及光電隔離開關(guān)量輸入/輸出卡，計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其中包括轉(zhuǎn)速、扭矩等輸入模擬量。

4.1 恒扭矩控制

使扭矩設(shè)置的值及實際測試的值進行對比，兩者對比之后的差值通過PID進行調(diào)節(jié)，根據(jù)選擇的控制方式實現(xiàn)渦流制動器勵磁電流的自動調(diào)節(jié)，對測功機扭矩進行修改，使其能夠和設(shè)定值相等，從而達到需求控制特點[3]。

假如通過測功機對汽車在某個速度時候的汽車驅(qū)動車輪輸出功率進行測量，那么可以使用恒轉(zhuǎn)速的控制方式。底盤測功機的最高速度相對的電壓是10v，通過計算得出這個時候的電壓為10v1/vmax，這個時候的實際的電壓值和設(shè)定的電壓值對比，兩者得到的差值通過PID進行調(diào)節(jié)，使底盤測控機轉(zhuǎn)速能夠和設(shè)置的轉(zhuǎn)速相等，在速度穩(wěn)定的時候設(shè)置車速，那這個時候的功率就是在這個速度時候的汽車驅(qū)動輪的輸出功率。

4.2 模擬阻力

（1）等速油耗量阻力的模擬

假如要對某個速度時候油耗量進行測量，這個時候因為汽車在等速行駛的狀況下，那么汽車行駛的阻力為：

F=G2f+（CDAVa2/21.15）（N）

使用恒扭矩的控制方式，之后通過勵磁電流的變化實現(xiàn)測功機扭矩的增加，所以，在測功機加載扭矩表示為：

Mc=Z（G1f+（CDAVa2/21.15））n（N*m）

其中n表示底盤測功機傳動效率，因為測功機最大扭矩電壓為10v，那么使電壓Uc表示為：

Uc=（10Mc/Amax）（V）

將扭矩電壓設(shè)定值Uc和實際測量的值進行對比，對比之后的差值通過PID進行調(diào)節(jié)，根據(jù)相應(yīng)的控制方式對渦流制動器勵磁電流進行調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)測功機扭矩的改變，使其能夠和設(shè)定的值相等。通過實際測到的距離和耗油量計算等速油耗量，公式為：

F=G2f+（CDAVa2/21.15）+（（G/g）+Jw2-Jc）（dVa/dt）（N）

g表示重力加速度，Jc表示底盤測功機滾筒與電渦流測功機轉(zhuǎn)子動慣量，Jw2表示汽車慣量，dVa/dt表示行駛加速度。

4.3 加速性能阻力的模擬

在時下加速性能測試的時候，阻力的計算公式如上式，使用恒扭矩控制的方式，定時對車速進行檢測，并且對加速度和應(yīng)該施加的阻力進行計算，如果在某個時間中扭矩沒有發(fā)生變化，只要選擇這個時間間隔，就能夠模擬汽車在加速行駛過程中的阻力。

5 結(jié)語

車輛在平直道路中勻速直線形式過程中受到的阻力主要包括空氣阻力及滾動阻力。不同車型在行駛過程中受到的阻力都是不同的，也就是行駛阻力和車速對應(yīng)的車速具有不同的關(guān)系，所以就要將策劃車輛的阻力方程在底盤測功機中設(shè)置，使測功機能夠通過在某時刻車速計算出相應(yīng)的阻力，從而實現(xiàn)汽車形式阻力模擬的目的，也為模擬測試提供了基礎(chǔ)。汽車底盤測功機中具備計算機控制及檢測功能，能夠?qū)ζ噾T性質(zhì)量進行模擬，并且實現(xiàn)阻力的模擬，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集、處理及輸出，能夠滿足汽車在線檢測及不同品種車輛的檢測線的應(yīng)用需求。

參考文獻：

[1]杜磊，董小瑞.汽車底盤測功機的模擬原理分析研究[J].河北農(nóng)機，2014（4）：54-55.

[2]高萌，劉子銘.汽車底盤測功行駛阻力模擬系統(tǒng)的研究[J].車輛與動力技術(shù)，2012（4）：16-19.

[3]冀建新，解文杰.運用汽車底盤測功機檢測車輛動力性研究[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2014（16）.