劉振崗

摘 要：在節(jié)能減排專項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)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(jī)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(jī)數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)，就要通過各種計(jì)算方式實(shí)現(xiàn)。本文選擇簡單并且具有較高檢測精度的方式實(shí)現(xiàn)，最后通過計(jì)算機(jī)實(shí)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(jī)；實(shí)驗(yàn)；計(jì)算機(jī)模擬

汽車底盤測功機(jī)指的是在室內(nèi)對汽車行駛工況阻力進(jìn)行模擬的設(shè)備，并且實(shí)現(xiàn)汽車驅(qū)動輪輸出功率、自動變速特征及油耗量指標(biāo)的測試，其還是汽車在負(fù)載檢測及調(diào)整的加載裝置。為了能夠有效實(shí)現(xiàn)汽車道路行駛工況的模擬，就要通過測功機(jī)，將汽車在道路中運(yùn)行時候的阻力進(jìn)行展示，模擬的方式主要包括飛輪模擬及點(diǎn)模擬，尤其是電渦流底盤測功機(jī)，只要對勵磁電流大小進(jìn)行改變，就能夠?qū)崿F(xiàn)主動滾筒阻力矩的變化，為計(jì)算機(jī)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(fēng)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(yùn)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(jī)的主要內(nèi)容包括傳遞型交流異步電機(jī)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(shí)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(jī)系統(tǒng)異步電機(jī)朝著電網(wǎng)回饋電能。如果處于電動狀態(tài)，異步電機(jī)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(jī)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(yàn)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?yàn)槭褂秒姽β蕚鬟f型測功機(jī)，可以通過電慣量模擬實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的簡化。

2.3 傳感器

汽車底盤測功機(jī)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)股轉(zhuǎn)速等信號的實(shí)時采集，之后將信號通過一定的格式朝著PLC實(shí)時控制系統(tǒng)傳遞，從而成為閉環(huán)反饋控制。為了能夠?qū)?shí)驗(yàn)室中的信號進(jìn)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(jì)算機(jī)軟件開發(fā)信號采集界面，從而實(shí)現(xiàn)底盤測功機(jī)信號采集功能的完善。

3 汽車行駛阻力在底盤測試功機(jī)的實(shí)現(xiàn)

底盤測功機(jī)具備慣性載荷模擬裝置，比如電氣方式及機(jī)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(jì)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(jī)轉(zhuǎn)鼓中進(jìn)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(jī)載荷模擬阻力，F(xiàn)tj表示汽車在測功機(jī)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(shí)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(jī)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(jìn)行模擬，只要通過單元對每時刻車輪線加速度進(jìn)行檢測，根據(jù)以上公式計(jì)算加速度的阻力，就能夠?qū)Φ戎底枇M(jìn)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(jī)械模擬設(shè)置

使用機(jī)械模擬的方式實(shí)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(jī)慣性載荷模擬裝置轉(zhuǎn)動慣量，i表示測試機(jī)慣性載荷模擬裝置和滾筒的比，η表示測功機(jī)載荷模擬裝置和滾筒的傳動效率。

通過對分輪機(jī)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(shí)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(jī)，12位模入/模出接口板及光電隔離開關(guān)量輸入/輸出卡，計(jì)算機(jī)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(shí)際測試的值進(jìn)行對比，兩者對比之后的差值通過PID進(jìn)行調(diào)節(jié)，根據(jù)選擇的控制方式實(shí)現(xiàn)渦流制動器勵磁電流的自動調(diào)節(jié)，對測功機(jī)扭矩進(jìn)行修改，使其能夠和設(shè)定值相等，從而達(dá)到需求控制特點(diǎn)[3]。

假如通過測功機(jī)對汽車在某個速度時候的汽車驅(qū)動車輪輸出功率進(jìn)行測量，那么可以使用恒轉(zhuǎn)速的控制方式。底盤測功機(jī)的最高速度相對的電壓是10v，通過計(jì)算得出這個時候的電壓為10v1/vmax，這個時候的實(shí)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(jìn)行調(diào)節(jié)，使底盤測控機(jī)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(jìn)行測量，這個時候因?yàn)槠囋诘人傩旭偟臓顩r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(shí)現(xiàn)測功機(jī)扭矩的增加，所以，在測功機(jī)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(jī)傳動效率，因?yàn)闇y功機(jī)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(shí)際測量的值進(jìn)行對比，對比之后的差值通過PID進(jìn)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(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)測功機(jī)扭矩的改變，使其能夠和設(shè)定的值相等。通過實(shí)際測到的距離和耗油量計(jì)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(jī)滾筒與電渦流測功機(jī)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(jì)算公式如上式，使用恒扭矩控制的方式，定時對車速進(jìn)行檢測，并且對加速度和應(yīng)該施加的阻力進(jìn)行計(jì)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(jī)中設(shè)置，使測功機(jī)能夠通過在某時刻車速計(jì)算出相應(yīng)的阻力，從而實(shí)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(jī)中具備計(jì)算機(jī)控制及檢測功能，能夠?qū)ζ噾T性質(zhì)量進(jìn)行模擬，并且實(shí)現(xiàn)阻力的模擬，實(shí)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(xiàn)：

[1]杜磊，董小瑞.汽車底盤測功機(jī)的模擬原理分析研究[J].河北農(nóng)機(jī)，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(yùn)用汽車底盤測功機(jī)檢測車輛動力性研究[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2014（16）.