汽车台试模拟路试多工况载荷的系统试验法

摘要

汽车台试模拟路试多工况载荷的系统试验法，是汽车在底盘测功机上模拟汽车路试各种性能检测各种工况时，采用路试车辆空档滑行检测各车速点的系统阻力，采用自由和加载两次滑行法或增减惯量两次自由滑行法，检测台试各车速点的系统阻力和各车型系列车辆各部分的当量惯量，准确确定各车速点的涡流机加载力，通过涡流机的标定，准确进行加载。采用各车型系列样车的系统阻力系数，得到同一车型系列不同车型在各车速点的系统阻力，准确、快捷地进行台试模拟路试汽车各种性能检测。

说明书

                           技术领域

汽车台试模拟路试多工况载荷的系统试验法，是汽车在底盘测功机上模拟路试进行各种性能检测时，采用路试和台试系统试验法确定涡流机加载量，属于汽车性能检测方法技术领域。

                           背景技术

目前我国在底盘测功机上进行汽车瞬态工况污染物排放检测、ASM工况法废气排放检测、燃料经济性检测和滑行性能检测时，如何确定所检车辆路试各工况的负荷、车辆在检验台上负荷和涡流机加载量，通常是采用试验或估算来确定各部分的负荷，试验工作量较大，需估算一些系数，如计算风阻时，需估算风阻系数，从而带来一定的误差。在本人的发明专利申请《底盘测功机上汽车多工况模拟加载方法》中，对于车辆的型式认证和车辆生产一致性检查等所需较高精度模拟时，则难以满足检测精度要求。在现有的车辆空档路试滑行试验时，由于忽略了汽车空档旋转件的当量惯量，影响了路试的准确性。本发明采用系统试验法将克服上述不足。

                           发明内容

在进行汽车型式认证瞬态工况污染物排放检测和燃料经济性检测时，台试需要瞬态模拟路试的怠速、加速、匀速、减速多工况。在进行ASM工况法污染物排放检测时，台试稳态匀速模拟在规定车速点瞬态输出功率的路试工况。对在用车进行百公里的油耗检测时，台试稳态模拟路试匀速工况。在滑行性能检测时，台试在涡流机不加载的情况下模拟路试减速滑行工况。本发明是采用系统试验法，不对每个环节中的具体负荷进行试验和确定，采用车辆路试空档滑行，测量车辆在道路上各车速点的减速度，从而得到车辆空档在道路上各车速点的系统阻力，采用自由和加载两次滑行法或增减惯量两次自由滑行法，检测车辆空档台试各车速点的系统阻力，从而简单、准确、快捷地确定涡流机的加载量，通过对涡流机加载力在各个稳定温度状态下进行标定，得到温度、车速、加载力、电流(或对应的控制参数)四者之间的对应关系，从而准确模拟路试工况。以技术状况良好的样车，推导加速工况的涡流机加载力F_b公式和模拟方法作为一般公式和方法，其它工况则为加速工况的特例，说明汽车各种性能检测的模拟方法。

1、汽车空档台试和路试各车速点的系统阻力检测。

1.1、汽车驱动轮在滚筒上高速后挂空档，采用自由和加载两次滑行法或者增减惯量两次自由滑行法检测系统当量惯量m₁和各车速点的系统阻力F_D，m₁等于底盘测功机自身当量惯量m₂与所检汽车底盘传动系当量惯量m₃之和。通常采用自由和加载两次滑行法或者增减惯量两次自由滑行法检测m₂和非驱动车轮的当量惯量m₄、以及汽车动力传动系(含发动机)的当量惯量m₅，并把它们输入计算机作为该车型系列的技术参数。汽车空档台试各车速点的系统阻力F_D，等于同一车速点底盘测功机自身阻力F_C、车轮滚筒磨擦阻力F_f、汽车底盘传动系阻力Fe三者之和，F_D＝F_C+F_f+Fe。

1.2、汽车路试空档滑行，与台试空档滑行测量参数一样，汽车在平路上滑行测量各车速点的V_i+1、V_i-1及t_i+1、t_i-1，从而可得车速点V_i＝(V_i+1+V_i-1)/2的减速度α_1i，从而可得汽车空档路试滑行V_i车速点的系统阻力F_t，

F_t＝(m+m₃+m₄)(V_i+1-V_i-1)/(t_i-1-t_i+1)＝(m+m₃+m₄)α_1i    N

m——汽车基准质量kg，V_i——车速m/s，t——时间s

汽车空档路试各车速点的系统阻力F_t，等于同一车速点的风阻力F₁、车轮在平坦路面上的行驶滚动阻力F₂、汽车底盘传动系阻力F_e三者之和，F_t＝F₁+F₂+F_e。

1.3、由于在台试和路试汽车空档滑行两种状态下，同一车辆在同一车速点的底盘传动系阻力近似相等，所以，路试与台试系统阻力之差F_t-F_D＝(F₁+F₂+F_e)-(F_C+F_f+F_e)＝(F₁+F₂)-(F_C-F_f)，反映的是，所检车辆在同一车速点，路试风阻力、车轮滚动阻力之和与台试底盘测功机自身阻力、车轮滚筒磨擦阻力之和的差值，从而避免了F₁、F₂、F_C、F_f、F_e各部分阻力的试验和计算，简化了试验并提高了检测精度和操作性。

2、汽车瞬态工况污染物排放和燃料经济性检测时F_b的确定

汽车瞬态工况污染物排放和燃料经济性两种性能检测的工况一样，由怠速、加速、匀速、减速工况所组成，怠速和减速时涡流机加载力为零，先推导加速工况的涡流机加载力F_b。

2.1、汽车路试加速工况发动机输出驱动力F_m，等于F₁、F₂、F_e、车辆的惯性加速阻力F₃四者之和，F_m＝F₁+F₂+F_e+F₃，F₃＝(m+m₄+m₅)α₂。

α₂——工况规定的加速度m/s²

2.2、汽车台试加速工况发动机输出驱动力F_n，等于F_c、F_f、F_e、汽车动力传动系和底盘测功机当量惯量之和的加速阻力F_a四者之和，F_n＝F_c+F_f+F_e+F_a，F_a＝(m₂+m₅)α₂。

2.3、当F_m大于F_n时，通过增加涡流机加载力F_b，使F_m＝F_n+F_b，由于同一车辆台试模拟路试加速工况时，同一车速点的底盘传动系阻力近似相等，所以，加速工况时，F_b＝(F₁+F₂+F_e+F₃)-(F_c+F_f+F_e+F_a)＝(F₁+F₂+F_e)-(F_c+F_f+F_e)+(m+m₄-m₂)α₂＝F_t-F_D+(m+m₄-m₂)α₂……(1)车速变化，F_b也变化。

2.4、台试模拟路试匀速工况时，α₂＝0，由(1)式可知，F_b＝(F₁-F₂+F_e)-(F_c+F_f+F_e)＝F_t-F_D，为该车速点路试与台试系统阻力之差。车速恒定，F_b也恒定。

3、ASM工况法废气排放检测时F_b的确定

按ASM工况法定义，车辆行驶规定工况发动机输出驱动力F_m＝(F_1-2+F_e+F₃)λ，F₃＝(m+m₄+m₅)α₂，λ——工况规定功率的百分比，台试稳态匀速工况发动机输出驱动力F_n＝F_c+F_f+F_e，所以，F_b＝F_m-F_n＝(F₁+F₂+F_e)λ+(m+m₄+m₅)α₂λ-(F_c+F_f+F_e)＝F_tλ-F_D+(m+m₄+m₅)α₂λ，式中，(F₁+F₂+F_e)是车辆路试空档滑行在规定车速点的系统阻力，(F_c+F_f+F_e)是车辆台试空档滑行在规定车速点的系统阻力，m₄+m₅是规定档位时汽车旋转件的当量惯量。匀速稳态模拟需对F_b恒力反馈控制。

4、百公里油耗匀速工况检测时F_b的确定

汽车在额定装载量的状态下，在规定车速点匀速路面行驶进行百公里油耗检测，由(1)式可知，α₂＝0，F_b＝(F₁+F₂+F_e)-(F_c+F_f+F_e)，(F₁+F_e+F_e)是样车在额定装载量的状态下路试空档滑行所测规定车速点系统阻力，输入计算机，标准规定，在用车百公里油耗检测时，允许采用计算法确定(F₁+F₂+F_e)，而(F_c+F_f+F_e)是同型号所检车辆空载台试空档滑行所测规定车速点的系统阻力。

5、涡流机加载力的标定和控制

先使涡流机加载使其达到各个规定的稳定温度后，记录温度，结合上底盘测功机的全部惯性飞轮，用汽车驱动底盘测功机至最高车速后，分别在涡流机各个稳定温度状态下，每次以ΔI作为励磁电流增量进行恒电流控制加载，调整油门和档位，测出恒电流时各车速点的加载力，从而可确定涡流机不同稳定温度下，车速、加载力、电流或对应的控制参数之间的对应关系，并输入计算机，检测时，先测定涡流机当前温度，然后根据车速和相应的F_b，计算机自动确定所检车辆各车速点的加载电流值或对应的控制参数值，在怠速和减速工况，涡流机励磁电流为零，在匀速工况，需按F_b进行恒力反馈控制，以多点车速瞬态加载法来模拟车辆加速工况的负荷，以1km/h或若干公里车速间隔作为变载车速点，由于励磁电流滞后，所以，当所测瞬时车速小于加载车速点0.4km/h左右，即可提前变载，无需进行恒力反馈控制。

6、台试等效模拟路试滑行距离检测

假设同一车型两辆汽车，一辆为技术状况良好的样车A车辆，另一辆为技术状态未知但非驱动轮阻滞力正常的所检B车辆，把B车辆台试滑行距离等效换算成路试滑行距离。

6.1、A车辆路试空档滑行，在很小的车速区间，按功能原理，

0.5(m+m₃+m₄)V²_i+1-0.5(m+m₃+m₄)V²_i-1＝F_tL_t……(2)

L_t——A车辆路试从V_i+1至V_i-1的车辆滑行距离m

F_t——A车辆路试在V_i＝(V_i+1+v_i-1)/2车速点的系统阻力N

6.2、A车辆台试空档滑行，在相同的车速区间，按功能原理，

0.5(m₂+m₃)V²_i+1-0.5(m₂+m₃)V²_i-1＝F_DL_D……(3)

L_D——A车辆台试从V_i+1至V_i-1的车辆滑行距离m

F_D——A车辆台试在V_i车速点的系统阻力N

6.3、B车辆台试空档滑行，在相同的车速区间，按功能原理，

0.5(m₂+m₃)V²_i+1-0.5(m₂+m₃)V²_i-1＝F_1DL_1D……(4)

F_1D——B车辆台试在V_i车速点的系统阻力N

L_1D——B车辆台试从V_i+1至V_i-1的车辆滑行距离m

6.4、假设B车辆路试空档滑行，在相同的车速区间，按功能原理，

0.5(m+m₃+m₄)V²_i+1-0.5(m+m₃+m₄)V²_i-1＝F_1tL_1t……(5)

F_1t——B车辆路试在V_i车速点的系统阻力N

L_1t——B车辆路试从V_i+1至V_i-1的车辆滑行距离m

在(2)、(3)、(4)、(5)四个式子中，由于是同一车型不同车辆，而且在同一底盘测功机上检测，所以各式中的m、m₂、m₃、m₄是相同的。(5)式除以(4)式得：

(m+m₃+m₄)/(m₂+m₃)＝F_1tL_1t/F_1DL_1D

L_1t＝F_1DL_1D(m+m₃+m₄)/F_1t(m₂+m₃)……(6)

6.5、同一车辆，无论是路试或台试空档滑行时，在相同车速点的汽车底盘传动系阻力近似相等，而不同车辆的底盘传动系阻力不同。假设不同车辆的车轮磨损微小影响对路面和滚筒一样，或者把这些微小误差划归在汽车底盘传动系阻力的差异上，则同一车型不同车辆的F₁、F₂、F_c、F_f近似相等，设B车辆底盘传动系阻力为F_1e，

则A车辆F_t-F_D＝(F₁+F₂+F_e)-(F_c+F_f+F_e)＝F₁+F₂-F_c-F_f，

B车辆F_1t-F_1D＝(F₁+F₂+F_1e)-(F_c+F_f+F_1e)＝F₁+F₂-F_c-F_f，

所以，F_t-F_D＝F_1t-F_1D，F_1t＝F_t-F_D+F_1D代入(6)式得：

L_1t＝F_1DL_1D(m+m₃+m₄)/(F_t-F_D+F_1D)(m₂+m₃)……(7)

令惯量修正系数K_m＝(m+m₃+m₄)/(m₂+m₃)，K_m是常量，与车速无关，令系统阻力修正系数K_F＝F_1D/(F_t-F_D+F_1D)，K_F与车速有关，则L_1t＝K_mK_FL_1D。从初速度V₀滑行至车速为零，在各车速区间(7)式均成立，所以，B车辆台试等效路试滑行距离L’_t＝K_m∑K_FL_1D，当在低速各车速点的K_F变化不大时，可取各车速点K_F的平均值K代替各车速点的K_F，则L′_t＝K_mK∑L_1D＝K_mKL′_1D，

L′_1D——所检B车辆台试从V₀滑行至车速为零时的滑行距离m

对在用车滑行距离检测如精度要求不高时，也可忽略m₃和m₄的影响，令K_m＝m/m₂。

其检测方法是：同一车型选用一台技术状况良好的样车路试滑行，测量各车速点的F_t，并输入计算机，其路试滑行距离可作为该车型的标定值。然后将该车辆在底盘测功机上采用自由和加载两次滑行法或者增减惯量两次自由滑行法，测量系统各车速点的F_D并输入计算机。该车型的任一车辆检测时，采用自由和加载两次滑行法或者增减惯量两次自由滑行法，只需台试就可检测得到各车速点的F_1D，各车速区间的L_1D和L′_1D，并可测得m₃，而m₂和m₄为试验输入值，计算机可自动计算所检车辆等效路试的滑行距离L′_t。

                      具体实施方式

1、用各车型系列一辆技术状况良好的样车，先采用自由和加载两次滑行法或者增减惯量两次自由滑行法，得到各车型系列的m₃、m₄、m₅、m₂和各车速点的系统阻力F_D，并输入计算机，然后路试空档滑行测量各车速点的系统阻力F_t和规定初速度滑行至车速为零的滑行距离，并输入计算机。对涡流机在不同稳定温度下进行标定，把涡流机温度、车速、加载力和励磁电流或对应控制参数这些对应参数输入计算机，根据涡流机温度、车速、加载力，自动确定控制电流。

2、在进行汽车型式认证的性能检验和很高模拟精度要求时，应把同一车辆分别台试和路试后再确定各车速点涡流机的加载力。

3、同一车型在生产一致性检测和在用车进行各种性能检测时，通常是把该车型技术状况良好样车的路试规定工况发动机输出力作为规范负荷，即把F_t＝F₁+F₂+F_e作为规定力，所以，只需把各车型一辆技术状况良好的样车进行路试检测各车速点的系统阻力F_t，把数据输入计算机，该车型任何车辆只需台试测量各车速点的系统阻力F_D，即可准确确定各种性能检测中各工况各车速点的涡流机加载力F_b。如在用车百公里油耗检测等，允许采用计算法确定路试各车速点的F_t，无需路试，只需计算F_t，然后台试确定F_D即可得到规定车速点的F_b。

4、由于车型很多，路试工作量太大，在对在用车各种性能检测时，所检车辆车型在底盘测功机数据库中可能没有数据。由于在同一车型系列中不同车型的技术参数相差不大，而且在用车各种性能检测车速都较低，F₁占路试系统阻力的比例较小，所以，F_t近似与车辆的基准质量成正比。所以，为了减小路试工作量，可求出各车型系列样车路试各车速点的系统阻力系数K_t＝F_t/m，m为样车的基准质量kg，把K_t作为该车型系列路试的技术参数输入计算机，计算机把同一车型系列其它车型的基准质量乘以K_t，即可近似得到该车型样车各车速点的路试系统阻力，在燃料经济性检测时，m应为基准质量加上额定载质量；同样，在滑行性能检测时，也可按样车驱动轴质量G₁，来求出各车型系列样车各车速点的台试系统阻力系数K_D＝F_D/G₁，把同一车型系列其它车型的驱动轴质量乘以K_D，即可近似得到该车型样车各车速点的台试系统阻力，输入计算机。从而大大减小路试工作量，在保证检测精度的同时大大提高了操作性。

汽车台试模拟路试多工况载荷的系统试验法，用系统试验法代替了原有的各部分阻力的试验和计算，具有简单、准确、快捷等优点。