劉振崗

摘 要：在節(jié)能減排專項(xiàng)行動(dòng)不斷深入的過程中，汽車行業(yè)中對(duì)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(jiǎn)便的檢測(cè)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(duì)油耗檢測(cè)的精準(zhǔn)性，就要提高碳平衡法的檢測(cè)精度，并且還要通過底盤測(cè)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(cè)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(jiǎn)單并且具有較高檢測(cè)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(cè)試功機(jī)；實(shí)驗(yàn)；計(jì)算機(jī)模擬

汽車底盤測(cè)功機(jī)指的是在室內(nèi)對(duì)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(dòng)輪輸出功率、自動(dòng)變速特征及油耗量指標(biāo)的測(cè)試，其還是汽車在負(fù)載檢測(cè)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(cè)功機(jī)，將汽車在道路中運(yùn)行時(shí)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(cè)功機(jī)，只要對(duì)勵(lì)磁電流大小進(jìn)行改變，就能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)滾筒阻力矩的變化，為計(jì)算機(jī)對(duì)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(dòng)阻力、空氣阻力。滾動(dòng)阻力表示為Ff，空氣阻力表示為Fw。在汽車上坡的時(shí)候，還要克服坡度阻力，表示為Fi，汽車在加速的時(shí)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(dòng)阻力

Ff=Gf

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

2.1 測(cè)功裝置

此底盤測(cè)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(shí)候，測(cè)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(dòng)狀態(tài)，異步電機(jī)會(huì)通過電網(wǎng)吸收電能，從而使能量能夠雙向的流動(dòng)。

2.2 裝置結(jié)構(gòu)

底盤測(cè)功機(jī)由聯(lián)軸節(jié)、轉(zhuǎn)鼓、支撐裝置及傳動(dòng)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(dòng)輪的附著力較大，能夠?qū)④囕v輸出功率傳送到測(cè)功器中。因?yàn)槭褂秒姽β蕚鬟f型測(cè)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(jiǎn)化。

2.3 傳感器

汽車底盤測(cè)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(hào)的實(shí)時(shí)采集，之后將信號(hào)通過一定的格式朝著PLC實(shí)時(shí)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(hào)進(jìn)行整合，比如加速度、車速等，成為集成化信號(hào)采集平臺(tái)，可以通過計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)信號(hào)采集界面，從而實(shí)現(xiàn)底盤測(cè)功機(jī)信號(hào)采集功能的完善。

3 汽車行駛阻力在底盤測(cè)試功機(jī)的實(shí)現(xiàn)

底盤測(cè)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(cè)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(cè)功機(jī)載荷模擬阻力，F(xiàn)tj表示汽車在測(cè)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(cè)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(duì)載荷進(jìn)行模擬，只要通過單元對(duì)每時(shí)刻車輪線加速度進(jìn)行檢測(cè)，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(cè)功機(jī)慣性載荷模擬裝置轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，i表示測(cè)試機(jī)慣性載荷模擬裝置和滾筒的比，η表示測(cè)功機(jī)載荷模擬裝置和滾筒的傳動(dòng)效率。

通過對(duì)分輪機(jī)構(gòu)離合的調(diào)節(jié)，能夠創(chuàng)造出不同轉(zhuǎn)動(dòng)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(cè)試的值進(jìn)行對(duì)比，兩者對(duì)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(dòng)器勵(lì)磁電流的自動(dòng)調(diào)節(jié)，對(duì)測(cè)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(cè)功機(jī)對(duì)汽車在某個(gè)速度時(shí)候的汽車驅(qū)動(dòng)車輪輸出功率進(jìn)行測(cè)量，那么可以使用恒轉(zhuǎn)速的控制方式。底盤測(cè)功機(jī)的最高速度相對(duì)的電壓是10v，通過計(jì)算得出這個(gè)時(shí)候的電壓為10v1/vmax，這個(gè)時(shí)候的實(shí)際的電壓值和設(shè)定的電壓值對(duì)比，兩者得到的差值通過PID進(jìn)行調(diào)節(jié)，使底盤測(cè)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(shí)候設(shè)置車速，那這個(gè)時(shí)候的功率就是在這個(gè)速度時(shí)候的汽車驅(qū)動(dòng)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(duì)某個(gè)速度時(shí)候油耗量進(jìn)行測(cè)量，這個(gè)時(shí)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(lì)磁電流的變化實(shí)現(xiàn)測(cè)功機(jī)扭矩的增加，所以，在測(cè)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(cè)功機(jī)傳動(dòng)效率，因?yàn)闇y(cè)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(cè)量的值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)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(duì)渦流制動(dòng)器勵(lì)磁電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)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(cè)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(cè)功機(jī)滾筒與電渦流測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)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(shí)下加速性能測(cè)試的時(shí)候，阻力的計(jì)算公式如上式，使用恒扭矩控制的方式，定時(shí)對(duì)車速進(jìn)行檢測(cè)，并且對(duì)加速度和應(yīng)該施加的阻力進(jìn)行計(jì)算，如果在某個(gè)時(shí)間中扭矩沒有發(fā)生變化，只要選擇這個(gè)時(shí)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(yǔ)

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(dòng)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(duì)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(cè)功機(jī)中設(shè)置，使測(cè)功機(jī)能夠通過在某時(shí)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(cè)試提供了基礎(chǔ)。汽車底盤測(cè)功機(jī)中具備計(jì)算機(jī)控制及檢測(cè)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(dòng)采集、處理及輸出，能夠滿足汽車在線檢測(cè)及不同品種車輛的檢測(cè)線的應(yīng)用需求。

參考文獻(xiàn)：

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[3]冀建新，解文杰.運(yùn)用汽車底盤測(cè)功機(jī)檢測(cè)車輛動(dòng)力性研究[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2014（16）.