文献综述-Shenck汽车底盘测功机惯性系统的开发探讨

!#$%& 汽 车 底 盘 测 功 机 惯 性 系 统 的 开 发 探 讨任 有(， 闫 冠(， 闫 石)， 李 诗 明*， 李 文 斐+（ (, 吉 林 大 学 交 通 学 院 ， 吉 林 长 春 (*； ), 长 春 欣 东 集 团 ， 吉 林 长 春 (*；*, 安 徽 飞 彩 集 团 ， 安 徽 宣 城 )*+, 长 春 理 工 大 学 材 料 化 工 学 院 ， 吉 林 长 春 (* 要 ： 分 析 了 汽 车 底 盘 测 功 机 惯 性 系 统 的 工 作 原 理 ， 研 究 惯 性 系 统 与 汽 车 质 量 的 匹 配 规 律 ， 并 依 此 开 发 设 计 出!#$%& 汽 车 底 盘 测 功 机 惯 性 系 统 及 其 控 制 系 统 ， 该 系 统 可 满 足 汽 车 动 力 性 能 的 各 工 况 测 试 要 求 。关 键 词 ： 底 盘 测 功 机 /惯 性 ； 匹 配 ； 控 制中 图 分 类 号 ： 0+1),2 文 献 标 识 码 ： 3 文 章 编 号 ： (41)5（ ) -*5-+汽 车 底 盘 测 功 机 是 不 解 体 测 试 汽 车 动 力 性 参 数 的 重 要 设 备 。 通 过 在 室 内 台 架 上 模 拟 道 路 行 驶 工 况的 方 法 来 检 测 汽 车 动 力 性 ， 而 且 还 可 以 测 量 油 耗 和 多 工 况 排 放 指 标 ， 同 时 也 能 方 便 地 进 行 汽 车 的 加 载 调试 、 诊 断 汽 车 在 负 荷 条 件 下 出 现 的 故 障 等 。 汽 车 底 盘 测 功 机 在 试 验 时 ， 可 通 过 控 制 试 验 条 件 ， 使 周 围 环 境影 响 最 小 ； 用 功 率 吸 收 装 置 模 拟 汽 车 行 驶 的 道 路 阻 力 ， 控 制 行 驶 工 况 ， 故 能 进 行 较 复 杂 的 循 环 试 验6(， )7。 但是 ， 目 前 国 内 使 用 的 汽 车 底 盘 测 功 机 ， 设 有 惯 性 模 拟 系 统 的 比 较 少 ， 而 且 以 电 模 拟 惯 性 系 统 为 主 ， 恒 量 机械 惯 性 模 拟 系 统 为 辅 ， 相 应 的 电 气 设 备 及 控 制 部 分 较 复 杂 ， 价 格 昂 贵 。 结 合 原 吉 林 工 业 大 学 “ )( 工 程 ”项 目 ， 本 研 究 开 发 了 !%#$%&8申 克 9*4+: 底 盘 测 功 机 配 套 惯 性 控 制 系 统 ， 可 以 在 准 确 地 模 拟 汽 车 的 各 种工 况 条 件 下 进 行 汽 车 性 能 测 试 试 验6*7。( 功 率 平 衡 方 程(,( 车 辆 在 道 路 上 行 驶 时 的 功 率 平 衡车 辆 在 道 路 上 行 驶 时 的 功 率 平 衡 方 程 式 为6+7!#!$%!&%!%!(， （ (）式 中 !为 驱 动 功 率 ， &;； !$为 滚 动 阻 力 消 耗 的 功 率 ， &;； !&为 空 气 阻 力 消 耗 的 功 率 ， &;； !为 坡 道 阻 力消 耗 的 功 率 ， &;； !(为 车 辆 加 速 阻 力 消 耗 的 功 率 ， &;。且!(#)； * 为 车 速 ， ?A； ,为 车 轮 动 力 半 径 ， ?； +(， +)为 车 辆 驱 动 轮 和 非 驱 动 轮 的 转 动惯 量 ， & ?)。(,) 车 辆 在 底 盘 测 功 机 上 运 行 时 的 功 率 平 衡车 辆 在 底 盘 测 功 机 上 运 行 时 功 率 平 衡 方 程 式 为!#!$%!&%!%!(， （ *）即!#!$%!&%!%（ +, ?)； +$为 惯 性 飞 轮 的 转 动 惯 量 ， & ?)； !,为 滚 筒 的 角 速 度 ； !$为吉 林 大 学 “ )(” 工 程 重 点 子 项 目 （ )+）收 稿 日 期 ： ) 者 简 介 ： 任 有 （ (2415） ， 男 ， 吉 林 百 城 人 ， 吉 林 大 学 工 程 师 ， 博 士 研 究 生 ,第 (卷 第 *期 山 东 交 通 学 院 学 报 ( ) 2月 #Q,)万方数据山 东 交 通 学 院 学 报 !#年 $月 第 %卷飞 轮 的 角 速 度 。将 !#!和 !$#%!代 入 式 （ #） ， 得&$(&)(&%(（ *!&#&#%!(*%&#&#%!*$&#&#%!%!） ， （ (）式 中 !为 底 盘 测 功 机 滚 筒 的 半 径 ， )； %为 惯 性 飞 轮 轴 与 滚 筒 之 间 的 传 动 比 。因 在 底 盘 测 功 机 上 车 辆 实 际 上 并 未 移 动 ， 车 辆 测 试 时 式 （ (） 中 的 空 气 阻 力 消 耗 功 率 &)并 不 存 在 ， 由计 算 机 控 制 测 功 机 的 加 载 来 模 拟 空 气 阻 力 的 作 用 。 在 底 盘 测 功 机 上 进 行 有 坡 度 路 面 汽 车 动 力 性 模 拟 测试 时 ， 必 须 考 虑 &%的 作 用 ， 可 由 计 算 机 控 制 测 功 机 的 加 载 实 现 模 拟 坡 道 阻 力 。 而 进 行 平 直 路 面 车 辆 动 力性 模 拟 测 试 时 &%不 存 在 。! 确 定 惯 性 飞 轮 系 统 参 数!*% 惯 性 飞 轮 的 转 动 惯 量转 动 惯 量 设 计 的 前 提 是 不 考 虑 汽 车 传 动 系 效 率 +， 待 惯 性 系 统 改 造 完 毕 后 用 反 拖 试 验 法 分 别 求 出不 同 车 型 的 +。 大 量 试 验 后 确 定 +的 均 值 ， 然 后 应 用 于 惯 性 飞 轮 组 的 选 择 匹 配 过 程 中 ， 实 现 惯 性 飞 轮系 统 与 车 辆 平 移 质 量 的 精 确 拟 合 ； &)和 &%均 由 控 制 系 统 驱 动 测 功 机 模 拟 加 载 实 现 ； 进 一 步 可 进 行 风 阻系 数 、 爬 坡 度 等 的 拟 合 ， 可 实 现 底 盘 测 功 机 与 道 路 试 验 的 精 确 拟 合+,-。由 功 率 平 衡 方 程 式 （ !） 和 式 （ (） 相 等 ， 得 出 惯 性 飞 轮 的 转 动 惯 量 为*$.+（ ,(*!/!） !0*!-/%!， （ ,）式 中 *!与 *可 由 1234526 底 盘 测 功 机 和 车 辆 相 关 资 料 ， 并 配 合 试 验 方 式 测 得 ； 依 据 式 7,8结 果 对 惯 性 轮进 行 结 构 设 计 9 *$由 后 的 飞 轮 零 件 图 精 确 计 算 出 ， 并 通 过 试 验 修 正 确 定 。!*! 传 动 比 的 选 择考 虑 1234526 底 盘 测 功 机 对 最 高 车 速 #):;的 限 制 ， 以 及 惯 性 系 统 机 械 结 构 承 受 载 荷 与 惯 性 系 统 动平 衡 精 度 、 降 低 机 械 加 工 成 本 等 方 面 的 约 束 ， 此 项 研 究 方 案 中 传 动 比 %!$-!应 为 %*!。# 惯 性 飞 轮 系 统 的 有 效 匹 配依 据 惯 性 系 统 可 模 拟 车 辆 质 量 的 范 围 及 模 拟 精 度 要 求 ， 确 定 飞 轮 的 合 理 分 组 形 式 ， 使 之 能 正 确 模 拟出 车 辆 道 路 行 驶 时 的 加 速 惯 性 力 。设 惯 性 系 统 最 大 模 拟 车 辆 平 移 质 量 为 ,):;。 为 避 免 惯 性 系 统 中 飞 轮 数 目 多 、 单 个 飞 轮 质 量 太 大 等 不合 理 设 计 ， 必 须 采 用 优 化 设 计 方 法 ， 简 化 飞 轮 和 飞 轮 轴 结 构 ， 使 飞 轮 通 用 性 好 ， 以 利 于 飞 轮 、 飞 轮 轴 及 电磁 离 合 器 的 装 配 和 调 试+）式 中 ,/为 底 盘 测 功 机 固 有 转 动 惯 量 所 对 应 的 当 量 平 移 质 量 ， 包 括 测 功 机 传 动 机 构 和 设 计 后 的 飞 轮轴 、 电 磁 离 合 器 主 动 部 分 、 联 轴 器 等 机 械 部 分 所 模 拟 的 当 量 平 移 质 量 。 由 于 机 械 摩 擦 的 阻 力 作 用 ， ,/与飞 轮 轴 的 转 速 0 成 非 线 性 关 系 ， 可 以 用 反 拖 测 功 试 验 方 法 获 得 的 数 据 拟 合 求 得 规 律 曲 线 。 经 试 验 分 析 测得 ， 初 始 设 计 时 可 预 取 ,/为 % 6?。因 为 以 往 的 惯 性 系 统 设 计 、 转 动 惯 量 匹 配 模 式 只 能 满 足 一 定 类 型 车 辆 的 空 载 质 量 匹 配 组 合 ， 超 出!万方数据规 定 车 型 范 围 之 外 的 则 无 法 匹 配 ， 更 不 能 模 拟 不 同 种 车 型 或 同 车 型 不 同 载 荷 的 工 况 。 而 本 设 计 方 案 中!#$% &( )*， 考 虑 底 盘 测 功 机 及 惯 性 系 统 本 身 的 转 动 惯 量 影 响 ， 将 飞 轮 组 优 化 分 为 !+,! 轮 （ 即$-） ， 最 小 模 拟 精 度 等 级 !($( )*； 再 考 虑 到 车 型 与 载 荷 的 复 合 工 况 的 需 要 ， 及 电 磁 离 合 器 等 的 装 配 机构 通 用 性 ， 设 计 中 令 !.$!-。 在 优 化 惯 性 系 统 设 计 的 同 时 ， 也 优 化 了 转 动 惯 量 的 有 效 合 理 匹 配 ， 突 破 了 通常 的 惯 性 系 统 设 计 、 转 动 惯 量 匹 配 的 传 统 模 式 束 缚 。平 移 质 量 !#的 合 理 匹 配 ， 就 保 证 了 转 动 惯 量 $#的 合 理 匹 配 。/ 底 盘 测 功 机 上 车 辆 行 驶 阻 力 的 控 制 方 法/0+ 空 气 动 力 学 参 数 %&已 知 车 辆 的 空 气 动 力 学 参 数 %&1直 接 计 算 空 气 阻 力 ， 并 通 过 测 功 机 直 接 加 载 ， 可 实 现 模 拟 空 气 阻力 的 目 的 。 但 是 ， 通 常 汽 车 使 用 说 明 书 或 用 户 手 册 并 未 给 出 该 参 数 。 为 此 ， 首 先 对 车 辆 进 行 道 路 滑 行 试 验分 析 ， 并 利 用 最 小 二 乘 法 建 立 了 其 道 路 阻 力 数 学 模 型 ； 同 样 ， 在 完 善 后 的 带 有 惯 性 系 统 的 底 盘 测 功 机 上进 行 滑 行 试 验 ， 建 立 车 辆 在 底 盘 测 功 机 上 的 行 驶 阻 力 数 学 模 型 。 依 据 2 个 模 型 的 关 系 ， 完 善 底 盘 测 功 机的 控 制 系 统 ， 可 实 时 调 整 测 功 机 的 加 载 值 ， 达 到 准 确 地 动 态 模 拟 车 辆 道 路 行 驶 阻 力 的 目 的 。车 辆 在 平 直 路 面 上 行 驶 时 的 行 驶 阻 力 数 学 模 型 为()*+,3-+(.,234/4*! ! ， （ -）式 中 ,， - 为 模 型 常 数 ； .,为 车 速 ， )!56；4/4*为 车 辆 加 速 度 ， !572； ! 为 汽 车 旋 转 质 量 换 算 系 数 。建 立 的 车 辆 在 底 盘 测 功 机 上 的 行 驶 阻 力 数 学 模 型 为(0)*+,83(.,234/4*! $12， （ %）式 中 ,0， 型 常 数 ；4/4*为 车 辆 加 速 度 ， !572； $ 为 底 盘 测 功 机 回 转 件 转 动 惯 量 转 化 到 滚 筒 上 的 总 当量 平 移 质 量 !2的 转 动 惯 量 ， )* !2； 1 为 车 轮 动 力 半 径 ， !。对 于 高 速 行 驶 ， 式 （ %） 中 的 第 二 项 包 括 了 滚 动 阻 力 随 速 度 变 化 效 应 和 空 气 阻 力 效 应 ， 在 低 速 滑 行 行驶 时 ， 式 （ %） 中 的 第 二 项 近 似 代 表 空 气 阻 力 效 应 。 因 此 在 底 盘 测 功 机 上 进 行 滑 行 试 验 时 ， 只 消 耗 滚 动 阻 力的 功 率 ， 比 较 二 者 关 系 就 可 将 滚 动 阻 力 和 空 气 阻 力 2 个 分 量 分 离 出 来 。 由 于 滚 动 阻 力 是 轮 胎 与 路 面 （ 滚筒 ） 之 间 固 有 的 阻 力 ， 这 样 就 可 通 过 测 功 机 对 滚 筒 施 加 式 （ %） 中 的 第 二 项 ， 模 拟 汽 车 在 道 路 行 驶 的 空 气阻 力 。/02 汽 车 行 驶 阻 力 的 动 态 模 拟 控 制为 使 底 盘 测 功 机 施 加 到 汽 车 驱 动 轮 的 阻 力 与 汽 车 在 路 面 上 实 际 行 驶 的 阻 力 完 全 拟 合 ， 设 计 惯 性 系统 时 每 种 试 验 工 况 所 匹 配 的 模 拟 质 量 应 低 于 实 际 的 汽 车 质 量 ， 再 由 测 功 机 给 汽 车 的 驱 动 轮 施 加 阻 力 ()，即()$()*9(0)*$,3-+(.,2! !9,83(.,2! $123!9$12! 4/4*0 （ +(）控 制 系 统 实 时 跟 踪 动 态 参 数 .,， 计 算 出 理 论 上 的 测 功 机 施 加 到 汽 车 驱 动 轮 的 阻 力 ()， 与 实 测 的 测功 机 等 效 阻 力 ()3比 较 ， 使 !(+()4()3信 号 反 馈 到 工 业 计 算 机 控 制 系 统 ， 并 采 用 :;。 辅 助 控 制 系 统 的 开 发 研 究本 研 究 设 计 开 发 了 三 维 移 动 式 驾 驶 员 操 作 引 导 系 统 、 加 速 踏 板 自 动 控 制 系 统 （ 包 括 切 换 式 半 自 动 换第 ?期 任 有 等 ： 6 车 底 盘 测 功 机 惯 性 系 统 的 开 发 探 讨?万方数据山 东 交 通 学 院 学 报 !#年 $月 第 %卷档 机 构 ） 、 多 工 况 测 试 速 度 时 间 自 动 跟 踪 系 统 ， 初 步 建 立 了 汽 车 动 力 性 研 究 开 发 平 台 。 这 些 设 计 、 研 究为 实 现 驾 驶 员 汽 车 人 机 系 统 研 究 与 测 试 提 供 了 新 的 手 段 。& 结 语本 研 究 结 合 原 吉 林 工 业 大 学 “ !% 工 程 ” 子 项 “ ()*+(, 底 盘 测 功 机 配 套 控 制 系 统 的 研 制 ” ， 基 于 汽 车在 道 路 上 运 行 时 功 率 平 衡 原 理 ， 分 析 了 测 试 系 统 的 旋 转 惯 性 系 统 与 汽 车 在 实 际 道 路 行 驶 时 的 平 移 质 量和 旋 转 质 量 具 有 的 动 能 之 间 的 当 量 关 系 。 以 此 作 为 动 态 汽 车 动 力 性 底 盘 测 功 研 发 的 基 础 。 依 据 汽 车 在 底盘 测 功 机 运 行 的 功 率 平 衡 方 程 式 ， 在 保 证 汽 车 总 惯 性 质 量 的 实 际 分 布 误 差 的 条 件 下 ， 提 出 分 级 匹 配 原则 ， 按 级 计 算 汽 车 底 盘 测 功 机 的 旋 转 惯 性 参 数 ， 自 动 选 取 匹 配 惯 量 。 建 立 了 测 功 机 滚 筒 施 加 到 汽 车 驱 动轮 上 阻 力 的 数 学 模 型 ， 设 计 并 完 善 了 底 盘 测 功 机 的 配 套 控 制 系 统 。 可 实 现 对 汽 车 车 速 、 加 速 能 力 、 滑 行 能力 及 爬 坡 能 力 等 动 力 性 指 标 的 准 确 模 拟 测 试 ， 以 及 汽 车 多 工 况 测 试 。参 考 文 献 ：-%. /0 1!234%$1， 机 动 车 运 行 安 全 技 术 条 件 - 6787 %$34$2， 汽 车 技 术 等 级 评 定 标 准 - 德 国 申 克 公 司 5 ()*+(, 底 盘 测 功 机 手 册 $335-:. 余 志 生 5 汽 车 理 论 -; 京 ： 机 械 工 业 出 版 社 ， %$5陈 焕 江 ， 郭 晓 汾 5 汽 车 底 盘 测 功 和 飞 轮 系 统 转 动 惯 量 的 确 定 方 法 车 运 输 ， %$&，（ %） ： #： %$-* ?*-49;,)*2:,&*= 6;,-*)；,)*2:,&* %*2 (9%&J= ;,)*2:,&*= 6;,-*)； *,&- - (9%&J= H&)*:,4*2= ;,-*)；:,% %5 M)A )*I ;,41-:)A= ;,)*2:,&* N%C 084:,*%2C ?*-49;,)*2:,&*= 6;,-*)）782*-/4*9 7) E+ J)* +M )* B+* *)B(G* ()*F E+Q J)* B+M )* B+* E+Q P*)B(G* + J) B+* )*+(, ()H+*F E+Q L+ Q*P*A K)B() (E+O*J J)* J*+N (L+ *)B(G* D*5:$1 ;-29 ()H+*F； B+*； B+*B+M； B+M (L+责 任 编 辑 ： 吕 安 涛 ）:万方数据任有， 闫冠， 闫石， 李诗明， 李文斐作者单位： 任有,闫冠(吉林大学,交通学院,吉林,长春,130025)， 闫石(长春欣东集团,吉林,长春,130022)， 李诗明(安徽飞彩集团,安徽,宣城,230000)， 李文斐(长春理工大学,材料化工学院,吉林,长春,130000)刊名： 山东交通学院学报英文刊名： F (期)： 2003，11(3)被引用次数： 0次参考文献(7条)车理论 车底盘测功和飞轮系统转动惯量的确定方法 1996(01)功机与内燃机匹配问题探讨 1993(03)量有效匹配与反拖法检测汽车动力性的研究学位论文 2001相似文献(10条)确细分式汽车底盘测功机惯性系统 学版）2010,40(3)为提高汽车底盘测功机的检测精度,计了9级飞轮组惯性系统,将模拟的质量区间50010 000 度达到士10 除了检测过程中非工作飞轮的附加转动惯量,车底盘测功机惯性系统开发研究 9(3)基于汽车底盘测功机系统中功率动态平衡的原理,提出底盘测功机惯性系统与汽车质量的匹配规律,设计了为工况跟踪显示装置集成的控制系统可满足各工况条件汽车动力性能测试的要求,特别是能精确地模拟车辆加速、减速、爬坡、有 惯量有效匹配与反拖法检测汽车动力性的研究 2001该文针对德申克测功机,全面分析了底盘测功机的工作原理,速能力、滑行能力等动力性指标;反拖系统可测试出汽车传动系损失的功率,结合底盘测功机原来的测功功能,可以方便地测试出发动机的输功率,克)汽车底盘测功机惯性系统的开发设计 5(4)分析了汽车底盘测功机惯性系统的工作原理,研究了惯性系统与汽车质量的匹配规律,并依此开发设计出国初 基于005在摩托车的开发研究过程中，对摩托车的各种性能试验是一项必不可少的重要工作。摩托车底盘测功机是摩托车整车室内试验中最常用的大型关键设备之一，它用途广泛，能进行摩托车动力性、经济性、排放分析及可靠性等多方向、多领域的试验研究。目前，国内外众多有实力的摩托车制造公司及科研检测机构都已配备了一定功能的底盘测功机，随着我国摩托车生产企业准入制度的实施，底盘测功机已成为各摩托车企业必须配备的关键设备之一。根据底盘测功机具有惯性载荷模拟装置，如机械式的飞轮机构或电气方式，即与道路载荷相同的模拟方式(电涡流机吸能装置等)，模拟各种车辆的惯性载荷(包括平移质量和转动部件产生的惯性阻力)。分析如何正确进行加载，以保证底盘测功机能够准确模拟被检车辆的行驶状态，确保测试的准确性。为此，在正确分析摩托车在道路上行驶时所受到的阻力(空气阻力与车轮滚动阻力、传动系摩擦阻力之和)与车速的模型后，就涡流制动器在摩托车底盘测功机上电模拟再现摩托车的行驶阻力进行了初步研究，提出了利用电涡流制动器作为摩托车底盘测功机电模拟加载的方法。设计了一种新的制动强度可以无级调节的电涡流制动器，进行了其工作原理、软件及硬件的设计。并且通过试验验证了其制动力矩的调节能力及限流功能。同时还得到了制动器励磁电流与其提供的制动力矩之间的关系，该关系为进行摩托车底盘测功机电模拟加载提供了试验依据。设计了一种高性能脉宽调制(流伺服系统，该系统在电涡流制动器工作时为底盘测功机提供制动力，以确保正确加载，模拟道路工况。设计了基于百策 电模拟汽车底盘测功机的研制 计算机的控制下,直接模拟各种汽车在各种不同道路上行驶时的惯性、加减速阻力、路面滚动阻力、风阻等各种参数,因而可实现汽车在各种行驶状况下的实时模拟,并可实现汽车发动机功率特性曲线、油耗、克涛 汽车专用底盘测功机的校准 )在汽车工业中,常常在试验室室内环境下使用汽车底盘测功机来模拟汽车在道路上行驶的工况(如模拟试准确度高、造价高等特点,一般采用的是单滚筒的电力测功机,训 汽车底盘测功机测控系统的研究 2009 随着科学技术的发展，汽车结构不断完善，人们对汽车的性能更加关注。汽车本身是一个复杂的系统，在使用过程中，随着行驶里程的增加和使用时间的延续，汽车技术状况可能不断恶化，需要定期进行检测。汽车底盘测功机是一种不解体检验汽车性能的检测设备，采用现代电测和计算机技术，模拟汽车在各种路面行驶阻力，使汽车的道路试验项目移至室内进行，减少室外环境变化对测试的影响，能够很好的改善试验人员的试验环境和提高测试精度。本文首先介绍了汽车底盘测功机的发展历史和研究