底盘测功机结构参数分析

20公 路 与 汽 运Highways&Automotive Applications第4期2010年7月底盘测功机结构参数分析吴 明(中山市道路运输车辆综合性能小榄检测站，广东中山 528415)摘要：指出了中国不同行业标准关于底盘测功机结构参数的矛盾，分析了国内外轻、重型车辆底盘测功机安置角和滚筒直径等参数要求的优、缺点；对车辆在底盘测功机上检测进行了受力分析，找到了影响检测安全性的驱动轴重、检测驱动力、安置角等参数之间的关系，建立了轻、重型底盘测功机统一台架结构参数的数学模型；探讨了主、副滚筒同步带的优缺点，建议标定完后拆除同步带进行工况检测。关键词：汽车；底盘测功机；安置角；滚筒直径；滚筒中心距；受力分析；同步带中图分类号：U4675 文献标志码：A 文章编号：16712668(2010)04002004为提高汽车在底盘测功机上检测的安全性和准确性，在统一台架上实现轻、重型车辆各种工况法废气排放检测和动力性检测，结合检测工况特点和国外底盘测功机结构参数特点，对底盘测功机的结构参数进行分析。1轻重型车辆安置角的不同要求中国不同行业标准对底盘测功机的结构参数要求不同。JTT4452008汽车底盘测功机通用技术条件规定：1)额定承载质量3 t底盘测功机的两滚筒中心距A=(620+D)sin315。2)10 t底盘测功机，(620+D)sin315。A0，即G+F1(RLl一1sina)0。设RL，=01，不同a时，F，与G的关系见表1。表1 不同安置角时F。与G的关系安置角 最大驱动力 安置角 最大驱动力a(。) F1N a(。) F1N22 0389G 315 O55lG24 0424G 330 0576G26 0458G 350 0608G由于RL，很小，如果忽略RL，的影响，令RL1=0，则F1Gsina=L(2R+2r) (4)式(4)反映了安置角与检测驱动力、驱动轴重三者之间的关系。F1Gsina，当口增大，sina增大，F1相应增大。结论是：安置角越大，安全检测驱动力越大；当检测驱动力一定时，安置角越大，车轮不驶出滚筒的安全性越好。许多教材认为最大驱动力F。所满足的条件为F。G(2sina)，口增大，F。相应减小，从而得到相反的结论，显然是错误的。安置角的重要性体现在两个方面：一方面，车辆不易冲出检验台，确保检测的安全性；另一方面，虽然可以通过其他措施保证检测的安全性，但如果安置角偏小，当车轮瞬间脱离副滚筒后再回到副滚筒上时，由于副滚筒与车轮两表面的线速度不同，易使车轮在副滚筒上产生振动，从而严重影响检测，所以，安置角也可保证检测的准确性。由受力分析可知：中国环保行业标准所规定的重型车底盘测功机和交通行业标准所规定的13 t底盘测功机的安置角、中心距是极不合理的，驱动轴重越大，安置角可以相应减小，不应该增大如此之多，按重型车台架最大加载力13 000 N，安置角为23。，G=13 oooo390 7=33 274 N，远小于13 t。4底盘测功机检测能力安置角要求以东风1090系列货车为例，该车装用6105系万方数据22公 路 与 汽 运Highways&Automotive Applications第4期2010年7月列柴油机，额定扭矩为382 Nm，主减速比i。=633，五挡is=1，四挡i。=154，轮胎半径R=0493 m，后轮驱动轴重G=20 000 N。假设车辆发动机额定扭矩功率的效率为085(去除发动机附件损耗功率和汽车底盘传动系损耗)，则四挡后轮驱动力F1=085382X 6331540493=6 420 N，F1V=6 42020 000=0321187。显然，考虑电涡流机控制的过加载和安全余量，规范车轮直径1 000 inm的安置角为23。25。可满足重型车辆的动力性检测要求。当然，有许多车型的发动机功率超过该驱动力或车轮直径超过1 000 mm，但其驱动轴重也会相应远大于20 000 N。规范重型车在直接挡进行动力性检测，即使挂错挡(次直接挡)也满足检测要求。借鉴国外参数，确定轻型车车轮直径620 mm的安置角为31o34。，把轻、重型车的安置角要求联系起来，便于优化设计结构参数。5轻重型底盘测功机统一台架参数的数学模型汽油车工况法废气排放检测需要轻型车底盘测功机，柴油车工况法废气排放检测需要轻、重型底盘测功机，作为检测站和汽车修理厂，至少需要2台底盘测功机才能满足汽车工况法废气排放检测。对现有检测站，可能没有地方安放；而对于车源不多的检测站和汽车修理厂，投资大，设备利用率低，造成IM制度推广困难。所以，为了能在一个台架上同时满足所有车型的废气工况法、动力性和燃料经济性检测，同时消除不同行业标准关于各种性能检测台架结构参数要求的矛盾，设计和生产轻、重型底盘测功机统一台架很有必要。可以在受力分析的基础上建立统一台架参数的数学模型。国内外低转速大扭矩风冷电涡流机最大扭矩转速约为800 rmin，为了使滚筒直径与电涡流机合理匹配，如果滚筒转速800 rmin对应车速不大于50 kmh，则滚筒直径应不大于332 mm。统一台架的中心距L同时满足轻型车和重型车的检测要求，例如：优化选择重型车安置角为23。，轻型车安置角为335。，(1 000+D)sin23。=(620+D)sin335。，解得D=3008300 mm，L一(1 000+300)sin23。=508 mm。这样既克服了滚筒偏小的缺点，又避免了滚筒偏大的不足，可在安置角范围内进行其他优化选择，而且这种优化在JTT4452008汽车底盘测功机通用技术条件中介于3 t和13 t中间，在额定承载质量10 t底盘测功机的滚筒中心距要求范围内。车轮与滚筒的摩擦阻力与安置角成正比、与滚筒直径成反比，统一台架安置角335。，比国外轻型车安置角(315。)大2。，摩擦阻力略有增大，但统一台架的滚筒直径大于国外的218 mm，摩擦阻力略有减小，增大与减小两种影响互相抵消。试验证明：轻型车在统一台架上的车轮与滚筒摩擦阻力与在国外台架上的近似相等；额定功率较大的电涡流机风扇损耗功率较大，由于滚筒直径加大，相同车速的转速减小，加之风扇阻力矩换算到较大直径滚筒表面上的阻力相应减小，使较大电涡流机额定功率、较大直径滚筒的统一台架在各车速点的系统阻力与小额定功率、小直径滚筒台架的系统阻力相接近；同时，较大的额定功率和滚筒直径也保证了轻型车在低车速下所需的加载力。6前后滚筒同步联接的试验和分析国外轻型车工况法检测用底盘测功机，前后滚筒采用同步带1：1传动联接，其作用：(1)防止车轮脱离副滚筒，如副滚筒惯量不参与加速，当车轮回到副滚筒后，由于速度差造成车轮振动，使检测失败。(2)有利于日常定期标定底盘测功机的损耗功率，并自动更新，提高ASM工况法模拟加载的精度。因为ASM工况法经验公式所规定的计算负荷包含底盘测功机的损耗。(3)便于主管部门对设备进行日常远程恒功率加载综合检验，确保设备和控制精度合格。用一台车辆在同一底盘测功机上分别接合和脱开主、副滚筒的同步带进行动力性检测，在脱开同步带测功率的同时，分别测量主、副滚筒的表面线速度，结果见表2。用桑塔纳乘用车在没有同步带的滚筒直径分别为218、370 mm的两台架上恒速测功率，同时测量主、副滚筒的线速度，结果见表3。表2台架有无同步带所测底盘输出功率车型 速度功率kW 功率差(kinh-1)有同步带无同步带 kW万方数据总第139期公 路 与 汽 运Highways&Automotive Applications 23表3无同步带主、副滚筒表面线速度滚筒直2 速度 滚筒速度(kmh1) 速度差mm(kinh“) 主滚筒 副滚筒(kinh一1)由表2和表3可知：同一车辆动力性检测时，相同直径的主、副滚筒的线速度不相等，脱开同步带所测功率大于接合同步带所测功率。造成这种现象的主要原因：在动力性加载检测中，主滚筒制动力使主滚筒对车轮产生较大的支反力，而副滚筒对车轮的支反力相对较小，使同一车轮在主、副滚筒上的接触变形不同，车轮在主滚筒上的接触变形大(动力半径小)、在副滚筒上的接触变形小(动力半径大)，车轮与副滚筒表面滑移产生运动干涉和寄生功率，其大小与检测驱动力成正比、与轮胎气压成反比、与车速成正比、与滚筒直径成反比。如果主、副滚筒同步联接，强制主、副滚筒线速度相等，车轮与副滚筒滑移产生的寄生功率和运动干涉由同步带吸收，因而脱开同步带所测功率大于接合同步带所测功率。由于在用车ASM工况法和简易瞬态工况法的检测车速不高、加载力也不大，而柴油车加载减速工况的驱动力较大，底盘测功机损耗功率相对比较稳定，没有必要频繁自检，设备和控制状态也相对稳定，主管部门也没有必要频繁检验。因此，建议：底盘测功机必须配备主、副滚筒1：1的同步传动装置；对于新车型型式认证瞬态工况法底盘测功机，由于有郊区高速运行工况，应配带同步传动装置进行工况检测；而对于ASM工况法、简易瞬态工况法、柴油车加载减速工况法、动力性和燃料经济性检测，在完成底盘测功机的标定后，可拆下同步带，无需装同步带进行工况检测。7 统一台架的其他结构要求和操作要求(1)为防止车辆碰底，滚筒上母线可高于台架平面(或地面)3050 mm。这样可以消除车轮下沉量的影响，便于把取样管插入排气管，也可以减小车辆的倾斜度。(2)要求配置单惯量飞轮并具有离合结构。底盘测功机基本惯量为900 kg，当基准质量小于900kg的微型汽油车进行瞬态工况法检测时，可脱开惯性飞轮，使台架模拟车辆惯量的加速负荷为正值，准确模拟加速工况电涡流机的加载负荷。飞轮具有离合机构，可以采用增减惯量两次滑行法，准确测量车辆和台架空挡各车速点的系统阻力、损耗功率。重型车底盘测功机要求更大的基本惯量没有意义，可以规范轻、重型车底盘测功机的基本惯量一致，基本惯量主要用于检验底盘测功机自身的损耗功率和加载控制精度、减小台试模拟路试加速工况时车辆基准质量与台架基本惯量之差。(3)为满足驱动双联桥车辆加载减速法检测和动力性检测，底盘测功机必须配置自由滚筒台架，重型车应采用直接挡进行加载减速检测；驱动双联轴车辆检测时，必须锁止桥间差速器的差速锁。(4)由于力传感器的线性和精度都很好，采用较大制动功率的电涡流机，在低量程控制和测量均可保证良好的精度，而且可大大提高简易瞬态工况法在低速模拟车辆加速负荷的能力。(5)尽管在统一台架上检测是安全的，但无法保证设备和控制系统不出故障或引车员检测操作万无一失，从安全第一考虑，检测前必须在非驱动车轮前塞上三角木块。(6)按登录的汽油车或柴油车，计算机自动选用相应的控制模块。统一台架上汽油车和柴油车混合检测，轻型汽油车检测负荷相对较小，汽油车检测时可对较高温度的电涡流机进行散热，降低电涡流机工作温度。8 结 语国外轻型车底盘测功机采用218 mm较小滚筒直径，减小了全机械惯量模拟车辆惯量的飞轮尺寸，保证了较小制动功率电涡流机在低速时的加载能力，但增大了车轮与滚筒的摩擦功率和滑移率；另一国外重型车底盘测功机要求滚筒直径不小于360mm，使车轮与滚筒的摩擦功率和滑移率达到相对稳定状态，但降低了滚筒与电涡流机的匹配特性，也增大了电涡流机的制动扭矩和温升。中国轻、重型车底盘测功机基本惯量为900 kg，要求飞轮具有离合机构，可准确、快捷地检测系统损耗功率。通过车辆在底盘测功机上检测的受力分析，根据不同的检测工况特点来确定轻、重型车在底盘测功机上的合适安置角范围，可建立统一台架的数学模型，在轻、万方数据24公 路 与 汽 运Highways&Automotive Applications第4期2010年7月某型公交车二级保养决策优化张国凤，刘望球(长沙理工大学汽车与机械工程学院，湖南长沙410004)摘 要：选择合适的预防维修周期是预防维修工作的主要问题之一，传统研究中多以时间为量度，要求每个维修周期的长度相同，但设备随使用时间的延长其性能会逐渐降低，以固定时间作为预防维修长度存在一定的局限性。该文利用某公交公司车辆使用过程中维修的现场数据记录，结合数学模型，利用失效计数方法来确定二级保养时间，优化维修决策。关键词：汽车；公交车；保养周期；小修数；决策优化中图分类号：U4721 文献标志码：A 文章编号：16712668(2010)04一0024一04城市公交公司一般拥有成百上千辆车，每年需进行多次维修和保养来保证这些车辆的正常运行。根据调查结果，维修和保养费用在车辆运行成本中占有很大比例，一般可达25。而维修和保养的时间及方式对车辆运行成本影响很大。因此，公交公司对汽车维修保养制度的优化应给予足够重视。现代工厂和企业多采用预防性维修的方法，通过对产品的系统检查、检测，发现故障征兆，防止故障发生，使其保持在规定状态下完成全部活动。预防性维修方法包括调整、润滑、定期检查和必要的修理等。而预防性维修中普遍采用的形式是定期维修，即每隔一定的时间进行一次维修保养。但是，由于维修和保养几乎都属于不完美维修，不能等同于更新过程，因此设备随使用时间的延长其整体性能会不断下降，直到报废停止使用。定期维修没有考虑设备性能的这种变化，容易出现有些设备不能得到及时修复或在使用性能仍良好时就进行维修的情况，既造成人力、物力浪费，还可能影响整个生产调度计划的实施。车辆使用过程中，小修发生频率在一定程度上反映了车辆的性能状态，并且记录小修次数也较为容易。因此，该文提出利用小修数来规划公交车二级维护周期，即失效计数方法。通过分析某公交公司同类型26辆车的现场维修数据，对小修数据进行可靠性建模，建立确定汽车最优维护周期的数学模型，优化二级保养时间。1模型优化一般情况下，随着使用时间的延长，系统的性能会逐渐下降，失效发生频率(与失效率不同，文献53介绍了两者的区别)也会随之增加。因此，可以考虑采用计数失效发生次数(取小修次数)的方法来规划二级保养周期。设二级保养费用为C，小修费用为C，则车辆在一个二级保养周期T内的费用率C(T)可用下式求得：C(丁)：Cp+C；s_H一(T) (1)上式中：H(T)为失效发生率。睾崔鬻鬻拳崔素鬻料豢豢鬻鬻黼岽豢豢豢黼豢鬻崇囊书豢豢鬻鬻鬻瞵黼豢举崇弗黼豢鬻鬻豢豢鬻崇豢豢鬻料料_jj辛豢鬻籼崇豢豢鬻豢弗崇并岽_Ij睾鬻崇鬻豢鬻鬻鬻*鬻料豢拳豢鬻鬻鬻|鬻豢鬻鬻*F葺啡重型车各自的安置角范围内优化设计结构参数。装 3崔靖，周忠川汽车综合性能检测M上海：上海科学配主、副滚筒同步带进行标定，在用车检测时可拆除 技术文献出版社，1999同步带，使检测站、修配厂在统一台架上能进行轻型 4李军汽车使用性能与检测技术M北京：人民交通车工况法、重型车加载减速法和动力性等准确检测。参考文献：1HTT292-2006，柴油车加载减速工况法排气烟度测量设备技术要求S2JTT445-2008，汽车底盘测功机通用技术条件S出版社，20025吴明底盘测功机的类型及其选用J汽车维护与修理，2005(6)6吴明底盘测功机不同行业标准的比较J公路与汽运，2009(4)收稿日期：200911-02万方数据底盘测功机结构参数分析作者： 吴明作者单位： 中山市道路运输车辆综合性能小榄检测站,广东,中山,528415刊名： 公路与汽运英文刊名： HIGHWAYS & AUTOMOTIVE APPLICATIONS年，卷(期)： 2010，(4)被引用次数： 0次 参考文献(6条)1.HT/T292-2006,柴油车加载减速工况法排气烟度测量设备技术要求2.JT/T445-2008,汽车底盘测功机通用技术条件3.崔靖.周忠川 汽车综合性能检测 19994.李军 汽车使用性能与检测技术 20025.吴明 底盘测功机的类型及其选用 2005(6)6.吴明 底盘测功机不同行业标准的比较 2009(4) 相似文献(10条)1.会议论文 戴晓锋 影响底盘测功机测试精度的因素 2005 底盘测功机是一种在室内不解体检测汽车底盘输出功率,用以模拟汽车在实际行驶时的阻力,测定汽车的使用性能以及检测汽车的技术状况,诊断汽车故障的设备.本文介绍，一、底盘测功机的类型，二、底盘测功机的功能，三、底盘测功机的检测原理，四、影响底盘测功机测试精度的因素。2.期刊论文 林旭东.钟子锦.林火木.张重文 车辆行驶阻力在汽车底盘测功机上的再现 -广东公路交通2003(2) 针对目前使用汽车底盘测功机进行汽车排放污染物测量等项目时,存在的因底盘测功机未能按要求的参数进行设定而影响测量准确性的问题,论述了车辆道路行驶载荷在汽车底盘测功机上的设定原理和方法,并指出了根据测试标准对汽车底盘测功机功能的要求.3.学位论文 张训 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现状，阐明了研究汽车底盘测功机测控系统的目的和意义，给出了汽车底盘测功机的结构和工作原理，在详细分析汽车道路上和底盘测功机上运行受力情况的基础上，建立了测功机电模拟模型。采用电模拟阻力加载装置，不仅省去了繁琐的惯性飞轮装置，简化了底盘测功机的结构，而且实现了惯性阻力的无级模拟。在系统硬件上，设计了转速转矩信号的采集电路和前端信号处理电路，提高了采集数据的准确性，保证系统的精度，并给出了励磁控制电路的设计与实现。在通讯上，设计CAN和USB互相转化的接口电路，不仅实现上下位机之间的通讯，而且还突破了传统底盘测功机上下位机通讯速率慢的瓶颈。在控制策略上，采用积分分离PID算法，实现转速、励磁电流和转矩、励磁电流的两个双闭环控制器，满足了汽车底盘测功机不同运行状况的需求。在软件上，采用模块化编程的思想，从而增强了程序的可移植性和灵活性。最后，构建了实验平台，对系统进行了实验研究，实验结果表明：系统能满足汽车性能测试的要求。4.期刊论文 马杰.周华.陆红雨.高俊华.Ma Jie.Zhou Hua.Lu Hongyu.Gao Junhua 底盘测功机阻力设定对汽车尾气排放的影响 -汽车工程2006,28(9) 从底盘测功机模拟汽车滑行阻力的原理入手,对汽车在道路和转鼓上所受的力进行了比较分析,提出影响底盘测功机阻力设定的因素,如轮胎压力、车辆的载重负荷以及在转鼓上所设定的惯量等级等,并通过试验进行了验证.底盘测功机的阻力设定对汽车的尾气排放和油耗的影响进行了试验研究,结果表明如果增大底盘测功机的阻力设定将使车辆的油耗和尾气排放增加.5.期刊论文 严朝勇.谭拥军.刘越琪.YAN Chao-yong.TAN Yong-jun.LIU Yue-qi 基于底盘测功机的汽车油耗研究 -交通标准化2009(4) 汽车油耗与汽车驱动力输出功率成正比.在底盘测功机上进行汽车油耗试验能克服很多随机影响汽车油耗的因素.通过在底盘测功机上对某商务车进行汽车油耗试验,在3种节气门打开的情况下,测量汽车在不同驱动力输出功率时的等速百公里油耗,结果表明在汽车驱动力输出功率一定时.选择合适的档位和车速可以有效地节省燃油.6.学位论文 胡博 基于CAN总线的汽车底盘测功机测控系统研究 2008 随着科学技术的发展，汽车结构不断完善，人们对汽车性能的要求亦不断提高。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，仿真模拟各种路面行驶阻力，使整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。 本文设计了一种基于CAN总线的汽车底盘测功机测控系统。系统按功能划分为数据采集节点、控制节点和通讯节点，并由CAN转USB接口电路实现上下位机之间的通讯。基于CAN总线进行设计，使整个系统分工明确，有利于系统的扩展和网络化。文中首先介绍了底盘测功机的原理、结构，在详细分析汽车道路上和底盘测功机上运行受力情况的基础上，建立了测功机电模拟模型。采用电模拟阻力加载装置，不仅省去了繁琐的惯性飞轮装置，简化了底盘测功机的结构，而且实现了惯性阻力的无级模拟。在硬件设计上，给出了转矩、转速信号检测和处理电路的设计方法和具体的原理图，详细介绍了控制系统重要组成部分-励磁控制系统的设计与实现。在控制策略上，采用转矩、转速双闭环积分分离PID控制器，一定程度上提高了测控系统的精度。在软件设计上，给出了设计思想及主要流程图。该软件设计采用模块化编程，增强了程序的可移植性和灵活性。最后，进行系统的电磁兼容性设计，进一步保障了系统的可靠运行。7.会议论文 吴明 底盘测功机上汽车动力性检测综述 2005 随着我国汽车检测技术的发展以及动力性检测实践的深入,根据目前我国动力性检测的现有技术以及在动力性检测实践中出现的问题,本文对底盘测功机上汽车动力性检测进行分析,与同行们共同探讨.一、目前底盘测功机上汽车动力性检测的特点,二、目前动力性检测方法的局限性,三、按额定扭矩车速点检测的操作性分析,四、试验数据和分析,五、底盘测功机系统惯量,六、动力性检测的几点建议。8.期刊论文 刘元鹏.LIU Yuan-peng 汽车底盘测功机关键技术参数的试验研究 -公路交通科技2008,25(9) 通过室内台架模拟汽车性能检测试验研究,提出了汽车底盘测功机的检测能力、滚筒机构、功率吸收能力、功率补偿关键技术参数的要求与测试方法.