汽車底盤測功行駛阻力模擬系統的實驗研究

李廣府 白俊偉 劉松偉

(鄭州日產汽車有限公司，河南 鄭州 450016)

測試汽車的動力性能的好壞的主要的裝置就是汽車底盤測功機，其可以通過汽車行駛的各種路段進行試驗，完成汽車的整體性能的測試，在開發了一款新的汽車之后，主要的就是通過汽車底盤測功機模擬系統進相應的測試，測試汽車是否能夠達到質量要求的標準。使用汽車底盤測功機來進行汽車性能的測試，達到的效果比一般的普通測試更精確，整體的測試成本也比較低，其測試到的數據的一致性也比較好。使用汽車底盤測功機可以完成相對來說復雜的測試，并且能夠達到良好的測試的效果。

1 汽車底盤測功行駛阻力模擬系統的構成

1.1 整體構成

汽車底盤測功機的主要的系統構成包含了:數據的采集和轉化系統、機械系統、相應的數據服務器和人機接口以及實時監控系統所組成(如圖1 所示)。

圖1 汽車底盤測功機系統圖

1.2 測功裝置構成

測功裝置的主要構成包含了相應的變頻裝置以及功率傳遞型的交流異步電機，其運轉的過程如下:相應的整流器通過從隔離的變壓器的后端從電網上吸收和向相應的電網反饋有功功率，在此過程之中，還要保障相應的單位功率的因數。在發電狀態下，主要的是由異步電機向電網反饋相應的電能;而在電動的狀態之下，異步電機的主要的作用就是從電網上吸收相應的電能，從而也就實現了能量雙向流動的過程，保障了測功機的順利運行。功率傳遞型的異步電機相對來說，其在運行的過程當中發熱的現象大幅度的降低，并且可以使測功機的整體的效率得到有效的提高。

1.3 機械結構

汽車底盤測功機的主要的機械結構包含了傳動軸、轉鼓、聯軸節以及相應的支撐裝置，其主要是保障轉鼓和被測試車輛的驅動輪之間能有比較大的附著力，從而在進行實驗的時候有效的保障試驗汽車的的輸出的功率傳遞給相應的測功機，保障測試工作的順利的進行。在測試的時候，由于所使用的測功機為電功率傳遞型，在試驗的時候完全的采用電慣量進行模擬，從而也就省去了傳統的測功裝置當中的飛輪慣量的模擬裝置，使其機械結構變得更為簡單，在進行操作的時候更加的方便。

1.4 數據采集和傳感器系統

底盤測功機中的數據采集系統主要的包含了相應的數據采集板、扭距傳感器、速度傳感器以及AD/DA 板等，數據采集系統的主要的作用是能夠實時的采集到測功機的轉矩以及轉鼓轉速等相應的電信號，并且可以將采集到的相應的電信號以特定的格式傳送給實時監控的系統和數據庫服務器，從而形成相應的閉環反饋的控制，保障整個系統的穩定的運行。

1.5 人機操作和實時控制系統

人機操作系統主要的作用是監視整個測試的過程，主要是通過向下發送指令的方式來調節測試系統運行的參數，以便于查看相應的測試報告和相關的數據等。實時監控的系統是整個系統的核心構成，其主要的包含了可編程控制器、下位機以及相應的模擬化控制單元，其主要的作用是對由數據采集系統處理過的信號數據進行相應的計算和處理，然后再通過對于測功機勵磁電流的大小的改變來調節相應的轉鼓的轉矩，對其被測試的車輛進行動態加載的過程，從而達到道路阻力模擬的進行。

2 汽車行駛阻力力學模型的建立

2.1 行駛阻力

汽車在行駛的過程中受到的阻力為汽車車輪受到的滾動阻力和相應的空氣阻力的總和，其相應的表達公式如下:

在上述的公式中，其中f 表示汽車在道路行駛中所受到的行駛阻力;a 表示二次多項式當中的常數項系數;b 表示二次多項式當中的一次項系數;c 表示二次多項式當中二次項系數;v 則表示汽車行駛的速度。

將公式(1)轉化成為底盤測功機轉鼓上施加的轉矩的形式，其表達式如下:

在公式(2)當中，R 表示底盤測功機中轉鼓的半徑。

2.2 坡道阻力

汽車在行駛的過程中，還會受到行駛道路坡度的影響，所以在進行相應的測試的時候，要考慮到道路坡度的影響。假設相應的道路坡度角為θ，并且－θmax≤θ≤θmax，其中θmax表示道路的最大的坡度角，相應的坡道阻力的表達式為:

從而可以得到相應的給測功機上的轉鼓上施加的轉矩，其表達式如下:

2.3 慣性阻力

在汽車行駛的過程中，還會受到慣性的影響，故而要克服汽車行駛過程中由于慣性因素所產生的阻力，然而在底盤測功機上進行測試的時候要將被測車輛進行固定。所以為了達到汽車真實的行駛效果的模擬，就要考慮到相應的慣性阻力的影響，為此我們提出用附加到測功機轉鼓上來代替相應的慣性力的影響。

其中車輪的轉速和相應的角速度的關系表達式為:

經過整理得出等值的慣性阻力值的表達式如下:

在上述公式中，其中m 表示測試車輛的質量;r 表示測試車輛的車輪半徑;J 表示測功機轉鼓轉動的慣量;J'則表示被測試車輛的車輪轉動的慣量。

綜上所述，被測試的車輛在底盤測功機上所受到的整體的阻力矩M 可以表示為:

3 汽車底盤測功行駛阻力模擬系統的實現和數據分析

在進行相應的試驗時，使用滑行法可以得到在相應的道路上行駛中所受到的阻力，由此也就得到了公式(1)中所表示的行駛所受到的阻力值。在使用底盤測試機進行相應的汽車臺架試驗時，其施加到底盤測功機上的道路行駛阻力和同道路試驗當中的阻力不完全等同，還需要去除由于相應的車輪和底盤測功機轉鼓之間相應的滾動摩擦，另外也要去除底盤測功機系統傳送摩擦所引起的相應的阻力，進而可以對相應系數a、b、c 進行修正，保障測試數值的準確度，相應的系數修正流程圖(如圖2 所示)。然后再利用可視化的開發工具對于底盤測功機采集的數據進行計算和分析，達到試驗的目的。

數據表明，當測試的車輛的負荷保持在一定程度上進行低速運行的時候，伴隨著汽車速度的不斷增大，加載到底盤測功機上的阻力矩呈現出下降的趨勢，其負荷率越高下降的速率越慢;當其負荷率在大于50%時，相應的阻力矩隨著負荷增減的影響的變化是比較小的，并且會隨著車速的增加趨于平穩狀態。

4 總結

通過對于汽車底盤測功行駛阻力模擬系統的研究分析，該系統的測試結果準確度是比較高的，并且提高了測試的效率，適用于當前時代發展的需要，利于汽車行業的發展。

圖2 系數修正流程圖

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