汽車底盤測(cè)功機(jī)的原理分析

北汽福田汽車股份有限公司諸城奧鈴汽車廠 蓋大偉

汽車性能檢測(cè)能夠保障汽車性能，滿足使用要求，并為汽車的維護(hù)檢修提供重要的依據(jù)，對(duì)于汽車行業(yè)的發(fā)展而言具有重要的意義，汽車底盤測(cè)功機(jī)是當(dāng)前汽車性能檢測(cè)中所使用的重要設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)在室內(nèi)模擬汽車道路行駛狀況，以實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車動(dòng)力性、多工況排放指標(biāo)、燃油指標(biāo)等性能的準(zhǔn)確檢測(cè)，其應(yīng)用對(duì)于提高汽車性能檢測(cè)的效率與精度有著十分良好的作用。

1 汽車底盤測(cè)功機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

底盤測(cè)功機(jī)是一種室內(nèi)臺(tái)架式汽車性能檢測(cè)設(shè)備，可以通過多個(gè)系統(tǒng)的組合發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)路面的模擬以及對(duì)汽車不同工況下的各主要性能數(shù)據(jù)的采集，獲得準(zhǔn)確可靠的檢測(cè)結(jié)果。構(gòu)成底盤測(cè)功機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部分包括道路模擬、數(shù)據(jù)采集、控制、舉升、安全保障五大主要系統(tǒng)以及一系列的輔助系統(tǒng)。道路模擬系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是進(jìn)行道路模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)和必備系統(tǒng)，也是底盤測(cè)功機(jī)功能發(fā)揮的主要部分。

道路模擬系統(tǒng)的基本構(gòu)成較為簡(jiǎn)單，由滾筒和電機(jī)兩部分組成，根據(jù)滾筒的數(shù)量可分為單滾筒與雙滾筒兩大類型，單滾筒一般是在每側(cè)驅(qū)動(dòng)輪下利用一個(gè)較大直徑的滾筒進(jìn)行支撐，其優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)中機(jī)械損失較小，測(cè)試精度較高，但由于體積大，安裝工程量也較大，一般只用于生產(chǎn)廠家和科研機(jī)構(gòu)使用。雙滾筒主要是通過兩個(gè)小型的滾筒同時(shí)支撐一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，其優(yōu)點(diǎn)是成本較低，安裝使用便捷，但也有著機(jī)械損失較大，精度不高的缺陷。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是針對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪、電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度和時(shí)間三個(gè)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，主要數(shù)據(jù)采集裝置包括拉壓力傳感器、倍增式速度傳感器等?？刂葡到y(tǒng)能夠?qū)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)所獲取的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并根據(jù)檢測(cè)工作的實(shí)際需求對(duì)道路模擬系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的控制，以獲得不同工況下的準(zhǔn)確檢測(cè)結(jié)果。

2 底盤測(cè)功機(jī)加載原理

加載裝置是底盤測(cè)功機(jī)道路模擬系統(tǒng)的重要組成，主要作用是模擬汽車在正常道路行駛中的阻力，這也是使道路模擬檢測(cè)所獲得的數(shù)據(jù)更接近實(shí)際的關(guān)鍵。加載裝置主要功能部分是三相交流異步電機(jī)，通過電磁感應(yīng)原理，向定子通入三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并與轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。

加載裝置電機(jī)的主要運(yùn)行模式包括電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)兩種，電動(dòng)機(jī)模式下主要是電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，主要運(yùn)用于試驗(yàn)前的暖機(jī)階段和滑行試驗(yàn)中對(duì)轉(zhuǎn)鼓的加速階段，主要原理是使電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度低于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子受到同向的電磁轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)模式下。發(fā)電機(jī)模式下電機(jī)作為功率吸收單元發(fā)揮作用，來模擬真實(shí)道路的阻力，主要原理是通過汽車驅(qū)動(dòng)滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)，使電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度高于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，這就會(huì)使電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，發(fā)揮制動(dòng)作用，這一過程中機(jī)械能將被持續(xù)地轉(zhuǎn)換為電能，保持在發(fā)電機(jī)的模式下進(jìn)行工作。

3 底盤測(cè)功機(jī)測(cè)力原理

底盤測(cè)功機(jī)的測(cè)力功能主要是通過拉壓力傳感裝置所實(shí)現(xiàn)的，拉壓力傳感裝置通常會(huì)設(shè)置在電機(jī)殼與基礎(chǔ)框架間，通過對(duì)電機(jī)定子工作時(shí)微小擺動(dòng)所產(chǎn)生的拉壓力數(shù)據(jù)的采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)雙向驅(qū)動(dòng)力的準(zhǔn)確測(cè)量。要實(shí)現(xiàn)以上的測(cè)量目的，還要合理地運(yùn)用支撐方式，一般支撐方式為定子被支撐在一對(duì)軸承上，在電機(jī)外殼的切線方向連接一根配有拉壓力傳感器的力臂，并將力臂的另一端固定于基座上。通過這樣的支撐方式，能夠使電機(jī)運(yùn)行過程中，定子和轉(zhuǎn)子間產(chǎn)生相互作用的電磁轉(zhuǎn)矩，定子在電磁轉(zhuǎn)矩和力臂產(chǎn)生的力矩之間處于平衡狀態(tài)，這也是利用拉壓力傳感裝置能夠準(zhǔn)確測(cè)定電機(jī)輸出扭矩的基礎(chǔ)。

4 影響底盤測(cè)功機(jī)測(cè)試精度的主要因素

4.1 機(jī)械阻力的影響

在對(duì)汽車進(jìn)行性能檢測(cè)試驗(yàn)的過程中，機(jī)械阻力所造成的功率消耗是必須要進(jìn)行計(jì)算的，由于底盤測(cè)功機(jī)在進(jìn)行測(cè)試的過程中，臺(tái)架各組成部分尤其是軸承部分所產(chǎn)生的摩擦力也會(huì)造成不同程度的功率消耗，這些功率消耗會(huì)影響到底盤測(cè)功機(jī)的檢測(cè)精度，使對(duì)汽車驅(qū)動(dòng)力的測(cè)量出現(xiàn)偏差，因此，對(duì)機(jī)械阻力所產(chǎn)生的功率消耗的計(jì)算也成為了十分重要的內(nèi)容。一般情況下，可以利用倒拖的方式來檢測(cè)不同工況與車速下的臺(tái)架機(jī)械阻力的功率消耗值，并通過將其計(jì)入汽車驅(qū)動(dòng)力功率的測(cè)定值中，以修正測(cè)定的相關(guān)誤差。

此外，一些底盤測(cè)功機(jī)會(huì)根據(jù)實(shí)際檢測(cè)工作的需求裝配升速器，升速器在測(cè)功機(jī)應(yīng)用中會(huì)產(chǎn)生一定的攪油損失與機(jī)械損失，并且要受到潤(rùn)滑油量和溫度變化等因素的影響，具有很強(qiáng)的變化性，在實(shí)際的檢測(cè)中難以準(zhǔn)確測(cè)得其損失的實(shí)際功率值，這也會(huì)使檢測(cè)誤差加大，影響檢測(cè)精度。

4.2 冷卻風(fēng)扇的影響

冷卻風(fēng)扇作為重要的散熱裝置，其在應(yīng)用中也會(huì)在一定程度上對(duì)汽車底盤測(cè)功機(jī)的檢測(cè)精度造成影響，這主要是由于冷卻風(fēng)扇的安裝位置是與測(cè)功機(jī)電子的轉(zhuǎn)子是一體的，底盤測(cè)功機(jī)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，必然會(huì)帶動(dòng)冷卻風(fēng)扇，并造成一定的功率消耗?；诖?，在冷卻風(fēng)扇被使用的過程中要通過相應(yīng)的計(jì)算，得出冷卻風(fēng)扇功率消耗和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速間的數(shù)學(xué)模型，從而更準(zhǔn)確地計(jì)算冷卻風(fēng)扇所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)功率消耗值，將其計(jì)入實(shí)際的測(cè)定值中，以修正底盤測(cè)功機(jī)試驗(yàn)測(cè)定值中的誤差，提高檢測(cè)精度。

4.3 滾動(dòng)阻力的影響

滾動(dòng)阻力對(duì)汽車底盤測(cè)功機(jī)檢測(cè)精度的影響主要體現(xiàn)在由輪胎變形時(shí)所產(chǎn)生的彈性遲滯損失上，無論是單滾筒底盤測(cè)功機(jī)，還是雙滾筒底盤測(cè)功機(jī)，當(dāng)汽車在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，汽車彈性輪胎與滾筒支撐面的接觸必然會(huì)使彈性輪胎發(fā)生變形，這種變形主要是由于輪胎內(nèi)部的摩擦作用所造成的，在正常路面行駛過程中也會(huì)出現(xiàn)，輪胎變形時(shí)會(huì)產(chǎn)生一部分的無功能量消耗，這部分能量在輪胎內(nèi)部各部分間的磨擦作用中轉(zhuǎn)化為熱能，并散失到空氣當(dāng)中，形成功率的損失。滾動(dòng)阻力的相關(guān)影響因素較多，包括滾筒類型、車速、輪胎材質(zhì)、構(gòu)造及氣壓等，因此，在分析滾動(dòng)阻力對(duì)汽車底盤測(cè)功機(jī)功率測(cè)定精度的影響時(shí)，要結(jié)合不同因素進(jìn)行系統(tǒng)分析，以求保證最終檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

首先，鋼制光滾筒會(huì)對(duì)滾動(dòng)阻力系數(shù)造成一定的影響，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）滾筒半徑對(duì)滾動(dòng)阻力系數(shù)的影響。一般情況下滾筒的半徑越小，則所造成的汽車輪胎在滾動(dòng)中的變形越大，也越容易產(chǎn)生較大的彈性遲滯損失，相反，滾筒半徑越大，輪胎彈性變形也就越小，所造成的損失也越小。（2）滾筒加工質(zhì)量對(duì)滾動(dòng)阻力系數(shù)的影響。滾筒加工質(zhì)量方面，影響滾動(dòng)阻力系數(shù)的主要因素包括滾筒的橢圓度與同軸度，如加工精度較差導(dǎo)致滾筒橢圓度與同軸度較高，從而影響到輪胎在滾筒上運(yùn)行的穩(wěn)定性，也容易造成滾動(dòng)阻力系數(shù)的大幅度波動(dòng)，所產(chǎn)生的檢測(cè)誤差也就越大。通過提高加工精度，減小滾筒橢圓度和同軸度，能夠有效提高汽車輪胎在滾筒上轉(zhuǎn)動(dòng)的平穩(wěn)性，減少滾動(dòng)阻力系數(shù)的波動(dòng)，進(jìn)而提高檢測(cè)的精度。（3）滾筒表面附著系數(shù)的影響。目前較為常用的汽車底盤測(cè)功機(jī)滾筒主要包括兩種，二者主要區(qū)別在于滾筒表面的光滑程度，表面較光滑的滾筒相對(duì)附著系數(shù)較小，在汽車檢測(cè)過程中，存在輪胎滑脫問題，影響檢測(cè)精度，而另一種滾筒表面經(jīng)過噴涂技術(shù)處理后，使其表面附著系數(shù)有了極大的提高，更接近于實(shí)際路面情況，能夠有效減少滑脫問題的發(fā)生，提高檢測(cè)精度。

其次，輪胎氣壓也會(huì)對(duì)滾動(dòng)阻力系數(shù)造成一定的影響，主要表現(xiàn)在輪胎氣壓與輪胎變形程度的關(guān)系上，當(dāng)輪胎氣壓不足時(shí)，汽車在硬質(zhì)路面上行駛的過程中，輪胎會(huì)產(chǎn)生程度較大的變形，變形程度越大其所產(chǎn)生的遲滯損失也就會(huì)越大，如在檢測(cè)過程中輪胎氣壓達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的氣壓值，就可能會(huì)導(dǎo)致滾動(dòng)阻力系數(shù)的加大，輪胎滾動(dòng)中所產(chǎn)生無功能量消耗也就越大，進(jìn)而對(duì)檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性造成較大的影響。因此，在實(shí)際的檢測(cè)過程中應(yīng)注意對(duì)輪胎氣壓的檢查，確保在正式進(jìn)行底盤功率檢測(cè)前輪胎氣壓能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)水平，以減少滾動(dòng)中輪胎的變形量，進(jìn)而保證檢測(cè)的整體精度。

5 總結(jié)

本文首先對(duì)汽車底盤測(cè)功機(jī)的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，然后從加載原理和測(cè)力原理兩個(gè)方面著手對(duì)汽車底盤測(cè)功機(jī)的工作原理進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，最后針對(duì)影響汽車底盤測(cè)功機(jī)檢測(cè)精度的幾個(gè)主要因素進(jìn)行了探討，汽車底盤測(cè)功機(jī)的運(yùn)用對(duì)于汽車性能檢測(cè)具有重要的意義，希望通過本文能夠?yàn)槠嚨妆P性能檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展以及底盤測(cè)功機(jī)在未來的應(yīng)用和完善提供幫助。

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