汽车底盘测功行驶阻力模拟系统的实验研究

2013-08-12李广府白俊伟刘松伟

河南科技 2013年12期

李广府白俊伟刘松伟

(郑州日产汽车有限公司，河南郑州 450016)

测试汽车的动力性能的好坏的主要的装置就是汽车底盘测功机，其可以通过汽车行驶的各种路段进行试验，完成汽车的整体性能的测试，在开发了一款新的汽车之后，主要的就是通过汽车底盘测功机模拟系统进相应的测试，测试汽车是否能够达到质量要求的标准。使用汽车底盘测功机来进行汽车性能的测试，达到的效果比一般的普通测试更精确，整体的测试成本也比较低，其测试到的数据的一致性也比较好。使用汽车底盘测功机可以完成相对来说复杂的测试，并且能够达到良好的测试的效果。

1 汽车底盘测功行驶阻力模拟系统的构成

1.1 整体构成

汽车底盘测功机的主要的系统构成包含了:数据的采集和转化系统、机械系统、相应的数据服务器和人机接口以及实时监控系统所组成(如图1 所示)。

图1 汽车底盘测功机系统图

1.2 测功装置构成

测功装置的主要构成包含了相应的变频装置以及功率传递型的交流异步电机，其运转的过程如下:相应的整流器通过从隔离的变压器的后端从电网上吸收和向相应的电网反馈有功功率，在此过程之中，还要保障相应的单位功率的因数。在发电状态下，主要的是由异步电机向电网反馈相应的电能;而在电动的状态之下，异步电机的主要的作用就是从电网上吸收相应的电能，从而也就实现了能量双向流动的过程，保障了测功机的顺利运行。功率传递型的异步电机相对来说，其在运行的过程当中发热的现象大幅度的降低，并且可以使测功机的整体的效率得到有效的提高。

1.3 机械结构

汽车底盘测功机的主要的机械结构包含了传动轴、转鼓、联轴节以及相应的支撑装置，其主要是保障转鼓和被测试车辆的驱动轮之间能有比较大的附着力，从而在进行实验的时候有效的保障试验汽车的的输出的功率传递给相应的测功机，保障测试工作的顺利的进行。在测试的时候，由于所使用的测功机为电功率传递型，在试验的时候完全的采用电惯量进行模拟，从而也就省去了传统的测功装置当中的飞轮惯量的模拟装置，使其机械结构变得更为简单，在进行操作的时候更加的方便。

1.4 数据采集和传感器系统

底盘测功机中的数据采集系统主要的包含了相应的数据采集板、扭距传感器、速度传感器以及AD/DA 板等，数据采集系统的主要的作用是能够实时的采集到测功机的转矩以及转鼓转速等相应的电信号，并且可以将采集到的相应的电信号以特定的格式传送给实时监控的系统和数据库服务器，从而形成相应的闭环反馈的控制，保障整个系统的稳定的运行。

1.5 人机操作和实时控制系统

人机操作系统主要的作用是监视整个测试的过程，主要是通过向下发送指令的方式来调节测试系统运行的参数，以便于查看相应的测试报告和相关的数据等。实时监控的系统是整个系统的核心构成，其主要的包含了可编程控制器、下位机以及相应的模拟化控制单元，其主要的作用是对由数据采集系统处理过的信号数据进行相应的计算和处理，然后再通过对于测功机励磁电流的大小的改变来调节相应的转鼓的转矩，对其被测试的车辆进行动态加载的过程，从而达到道路阻力模拟的进行。

2 汽车行驶阻力力学模型的建立

2.1 行驶阻力

汽车在行驶的过程中受到的阻力为汽车车轮受到的滚动阻力和相应的空气阻力的总和，其相应的表达公式如下:

在上述的公式中，其中f 表示汽车在道路行驶中所受到的行驶阻力;a 表示二次多项式当中的常数项系数;b 表示二次多项式当中的一次项系数;c 表示二次多项式当中二次项系数;v 则表示汽车行驶的速度。

将公式(1)转化成为底盘测功机转鼓上施加的转矩的形式，其表达式如下:

在公式(2)当中，R 表示底盘测功机中转鼓的半径。

2.2 坡道阻力

汽车在行驶的过程中，还会受到行驶道路坡度的影响，所以在进行相应的测试的时候，要考虑到道路坡度的影响。假设相应的道路坡度角为θ，并且－θmax≤θ≤θmax，其中θmax表示道路的最大的坡度角，相应的坡道阻力的表达式为:

从而可以得到相应的给测功机上的转鼓上施加的转矩，其表达式如下:

2.3 惯性阻力

在汽车行驶的过程中，还会受到惯性的影响，故而要克服汽车行驶过程中由于惯性因素所产生的阻力，然而在底盘测功机上进行测试的时候要将被测车辆进行固定。所以为了达到汽车真实的行驶效果的模拟，就要考虑到相应的惯性阻力的影响，为此我们提出用附加到测功机转鼓上来代替相应的惯性力的影响。

其中车轮的转速和相应的角速度的关系表达式为:

经过整理得出等值的惯性阻力值的表达式如下:

在上述公式中，其中m 表示测试车辆的质量;r 表示测试车辆的车轮半径;J 表示测功机转鼓转动的惯量;J'则表示被测试车辆的车轮转动的惯量。

综上所述，被测试的车辆在底盘测功机上所受到的整体的阻力矩M 可以表示为:

3 汽车底盘测功行驶阻力模拟系统的实现和数据分析

在进行相应的试验时，使用滑行法可以得到在相应的道路上行驶中所受到的阻力，由此也就得到了公式(1)中所表示的行驶所受到的阻力值。在使用底盘测试机进行相应的汽车台架试验时，其施加到底盘测功机上的道路行驶阻力和同道路试验当中的阻力不完全等同，还需要去除由于相应的车轮和底盘测功机转鼓之间相应的滚动摩擦，另外也要去除底盘测功机系统传送摩擦所引起的相应的阻力，进而可以对相应系数a、b、c 进行修正，保障测试数值的准确度，相应的系数修正流程图(如图2 所示)。然后再利用可视化的开发工具对于底盘测功机采集的数据进行计算和分析，达到试验的目的。

数据表明，当测试的车辆的负荷保持在一定程度上进行低速运行的时候，伴随着汽车速度的不断增大，加载到底盘测功机上的阻力矩呈现出下降的趋势，其负荷率越高下降的速率越慢;当其负荷率在大于50%时，相应的阻力矩随着负荷增减的影响的变化是比较小的，并且会随着车速的增加趋于平稳状态。