汽车运行加载力模拟软件的研究与开发

莫舒玥

（广西交通职业技术学院，广西 南宁 530023）



汽车运行加载力模拟软件的研究与开发

莫舒玥

（广西交通职业技术学院，广西 南宁 530023）

摘 要：为了精确的反应车辆实际运行的各种加载力，提高运用底盘测功机检测车辆动力、排放、油耗等性能的准确性，通过道路滑行试验和相关数学计算方法得出车辆实际运行的各种加载力，开发一套汽车运行加载力模拟软件，通过在底盘测功机上试验，证明该软件能够较精确的模拟车辆实际运行的加载力，提高底盘测功机的检测精度。

关键词：加载力；滑行试验；道路模拟试验

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.030

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

前言

由于底盘测功机进行车辆性能检测可以不受时间、地点、环境等条件的制约，又具有成本低的优势。因此目前各种检测机构越来越普遍的运用底盘测功机进行车辆各种动态性能的检测。但是汽车在运行的过程中存在运动惯性，在道路上行驶时要克服各种行驶阻力，并受环境等各种因素的影响，运行过程比较复杂。因此研究和开发一套汽车运行加载力的模拟软件，通过在试验台上模拟汽车在道路上的运行工况，模拟汽车的运动惯性和各种行驶阻力，实现能用试验台测试汽车运行状况的动态性能[1]。从而实现车辆动力性能，排放性能、油耗性能等的测试。本文研究背景是广西交通职业技术学院的科研课题《基于底盘测功机的车辆燃油油耗量测试研究》，项目编号：JZY2014BY05。

1、汽车运行加载力模拟软件开发原理

利用软件设置滚筒的转动惯量来模拟汽车运动惯量，模拟速度、扭矩或道路载荷等试验车辆在道路上行驶的各种阻力。还有汽车在行驶过程中所受的空气阻力、非驱动轮的滚动阻力及爬坡阻力等，可通过功率吸收加载装置来模拟完成[2]，如图1所示。

图1　底盘测功机试验台工作原理

滚筒的表面即模拟路面，滚筒旋转即相当于车辆在路面上行驶。车辆有相应的装置固定在滚筒上方，车轮接触滚筒，通过计算机系统模拟车辆的各种行驶工况，从而进行汽车动力性如加速性能、滑行性能、底盘输出最大驱动力、汽车底盘输出功率的检测[3]。

2、车辆运行加载力模拟软件介绍

测功机计算机控制系统用于精确模拟道路载荷。道路载荷主要通过操作计算机输入各种车辆的道路载荷系数，并通过计算来确定和修改[4]。计算机控制系统根据测试的需要，为测功电机输入相关的指令，使得测功电机为测功机系统施加给测试车辆需要的测试车速和加速度，另外也根据试验要求给测试车辆施加所需的行驶阻力。

基于道路载荷数学计算公式，通过计算机模拟，在计算机中编程该式，并建立相应数模，通过该式能够模拟计算道路载荷，实现道路载荷的模拟。

软件的功能包括了：道路模拟试验；恒力运行SAEJ2264测定试验；零点和寄生损失测定；基础惯量测定；滑行试验；电机加载响应测试等。

2.1 加载力软件“SAEJ2264测定试验”举例

SAEJ2264测定试验界面如图2所示，此界面主要是用来测定测功机设定系数（DynoSet）和车辆损失系数（VehicleLoss）。SAE J2264推荐以下公式来设置测功机：

Dyno Set A = 0.5 ×Target A

Dyno Set B = 0.2×Target B

Dyno Set C = Target C

其中Target是车辆目标系数，即车辆在真实路面上滑行出来的系数。

试验开始使用预估的测功机设定（Dyno Set）系数作为施加力开始滑行过程。滑行完成后，得到一组滑行实测系数，把这组系数与车辆目标系数相比较，其差值用来修正本次滑行的测功机设定系数后，作为下次滑行的测功机设定系数。每滑行一次，修正一次测功机设定系数。同时，车辆损失系数由以下公式求得：

VehilceLoss（车辆损失）=Measured Result(滑行实测系数)-DynoSet（测功机设定系数）[5]。

图2　SAEJ2264测定试验界面

2.2 加载力软件“基础惯量测定”举例

基础惯量测定界面如图3所示，在这个界面中提供了可以设定速度范围的参数，惯量将在设定的速度范围内测量。同时也可以通过设定四组不同的电机加载力（加速度）。在控制面板上可以看到每次和每组运行的结果。各组结果的平均值将显示在控制面板的“试验结果”部分。操作员可以点击“更新”按钮接受测定的结果。

完成转鼓热机后，测功机按照第一组设定的加载力进行加速，转鼓持续加速，直到其速度比“最高速”参数设置的速度高出20km/h。当转鼓速度在“最低速”和“最高速”设置的速度之间时，测量加速度。同样，当转鼓速度在“最低速”和“最高速”设置的速度之间时，测量减速度。直到所有加载力组的运行都完成。

图3　基础惯量测定界面

2.4 加载力软件“滑行试验”举例

滑行试验界面如图4所示，滑行功能是以某特定速度检测内阻损失，其内容是修正接受的内阻损失及当前运行中的车辆损失。由于测功机上存在作用力，故开始滑行。随着测功机滑行减速，在每一速度间隔之间的时间被测量出来（测量范围由“最高速”和“最低速”参数确定）。

试验检测后将被试车辆在道路上滑行得到的数据(力或者功率与速度的关系)输入到输入数据栏（总共最大可以输入的数据有20组，可以通过参数设置组数），然后点击开始拟合，就可以得到一组系数，点击<保存为滑行系数>，就保存为SAEJ2264试验项目中的目标滑行系数。

图4　滑行试验界面

3、道路模拟试验及结论

选择柳州五菱小型客车进行了试验，在车辆数据管理系统中选择相应的车型，车型数据库中所有保存的车辆参数都显示在列表框中。

其中几个重要参数说明：

等效惯量：车辆的等效惯量，具体数据由车辆厂家提供。柳州五菱之光6376E3空载时等效惯量为1120kg。

车辆道路阻力系数：车辆在试车跑道上滑行时使车辆停下来的阻力。这些值仅由实际道路行驶数据确定。可以手动修改或输入。空载时道路行驶阻力测定得7.9A(N)。

车辆损失系数：车辆转动驱动轴的阻力，可以手动修改或输入。本试验中，假设车辆损失系数很小，忽略不计，因此设定为0 A(N)。

测功机设定系数：测功机为了模拟道路滑行而必须施加到车辆上的力。测功机设定系数应小于车辆道路阻力系数，因为测功机不模拟车辆损失。测功机设定系数为7.9A(N)。

坡度系数设定为0%。

行驶时间：从开始试验即开始记录行驶时间，在测试过程中显示车辆行驶的时间。当车辆停止运行，速度到0以后，行驶时间也自动停止。

行驶距离：从开始测试即开始记录实行举例，在测试过程中显示行驶距离。记录累计的行驶距离。

试验过程为车辆加速到100km/h，然后从100km/h开始减速，每下降10km/h记录一次试验参数。以80km/h和40km/h为例，下图5为80km/h道路模拟试验，两个速度恒速状态下的运行参数。

界面中状态栏中显示的是试验过程中实时数据。右边显示该恒速下的速度、加速度、电机力、电机功率、牵引力、牵引功率信息，数据记录的频率为1秒/次，取其平均值，即可获得相应参数的测试值。

图5　设定恒速为80km/h道路模拟试验

3.1 结论

本文对车辆在实际道路运行过程中的受力进行分析，通过滑行试验建立相应的数学模型；滚筒滚动阻力通过零点和寄生损失测定来设定；通过基础惯量测定性能试验可以设定试验的车速；轮胎滚动阻力通过SAEJ2264测定试验设定；通过道路模拟试验完成车辆恒速下基本运行状态的测试。试验选择五菱之光6376E3进行道路模拟试验，测试了该车在空载状态下从100km/h到10km/h的动态性能，记录了100km/h、90km/h、80km/h依次递减到10km/h车速共10个恒速状态的性能参数值，图中所示为数据表，可以在该界面切换成曲线图的方式。

仿真试验证明，本文研究开发的汽车运行加载力软件仿真效果较好，数据与实际基本相符，为进一步研究开发汽车道路运行中坡道阻力、加速阻力以及汽车其他负荷状态的多工况数学模型奠定了基础。

参考文献

[1] 孙新城.汽车油耗测试系统的研究与开发[D].西北农林科技大学.2007.04.

[2] 陈春梅.滑行法确定底盘测功机加载数值研究[D]，长安大学.2009.

[3] 张训.汽车底盘测功机测控系统的研究[D].哈尔滨理工大学.2009.

[4] 李广府.白俊伟.刘松伟.汽车底盘测功行驶阻力模拟系统的实验研究.河南郑州:河南科技,201306.

[5] 荆忠倩.基于台架--车辆动力学模型的汽车道路行驶阻力仿真研究[D].吉林大学.2015.06

中图分类号：U467.3

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)04-89-03

作者简介：莫舒玥，硕士，副教授，就职于广西交通职业技术学院。

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