车辆底盘测功机的惯量模拟.pdf

机动车污染控制与清洁燃油利用技术专题 车辆底盘测功机的惯量模拟 董泉 J 南通常通测试设备有限公司 摘要 通过对底盘测功机惯量模拟的各种方法比较 分析了各种模拟方法的使用条件 详细探讨了 电惯量模拟的计算原则及加载方式 关键词 底盘测功机 惯量模拟 一 概述 车辆进行动力性能 尾气排放等试验时 通常都在底盘测功机上进行 由于车辆试验时实际是处于停 止状态 车辆的行驶时的惯性对车辆动力性能 排放性能的影响不能直接反映 因此 底盘测功机应能将 车辆惯性的这种影响通过各种方式进行模拟 而且这种模拟的准确性直接影响试验结果 在理想情况下 模拟车辆行驶时惯性的主要是底盘测功机转动部件对主轴的转动惯量 如果 底盘测 功机的转动惯量J 主轴 与试验车辆质量M 有下列关系 M V 2 J 旷 即可认为底盘测功机能准确模拟试验车辆的惯性 式中 u 为底盘测功机主轴回转角速度 v 为车 辆运行速度 当车辆在底盘测功机上运行时 即为车轮的线速度 也就是转毂的线速度 对每一台底盘测 功机来说 转毂半径R 是一定的 因此 V R 如果底盘测功机要适应不同质量车辆的试验需要 其转动惯量必须与试验车辆匹配 能随着试验车辆 的质量变化 即 M j R 2 二 惯量模拟方法 一 I 贝里俣 以 丁7 友 惯量模拟方法通常有机械惯量匹配和电惯量模拟两大类 主要有以下几种 1 机械组合飞轮 这是最早采用的方法 该方法采用一定的机械机构 通过改变底盘测功机配备的飞轮组合 由不同惯 量的飞轮组成 方式 从而达到改变测功机惯量的目的 本方法的主要特点是结构复杂 如果能对试验车辆进行准确统计分类 且车型较少 选用此方法能方 便 准确进行合适的惯量匹配 并且具有较高的匹配精度 如一些生产车型较少的企业 如果试验车型较 多 匹配时一般采用允许一定的偏差的原则 这样通过牺牲少量惯量匹配精度的方法满足试验需要 2 变速惯量模拟 使用本方法的底盘测功机的飞轮采用变速装置与测功机主轴联接 假如测功机本体转动惯量为J c 飞 轮的转动惯量为J f 飞轮与主轴转速比为u 贝 J J N 功机总的转动惯量J J J c u 2 J f 如 粜变速机构采用简单的有级变速机构 其特点与机械组合飞轮方式基本相同 但如果采用无级变速 传动方式 即能很方便进行测功机的惯量匹配 例如 某测功机 转毂回转半径 R 0 1 0 8 m 测功机本体转动惯量 J c 6 4 k g m 2 飞轮转动惯量 J f 7 6k g m 2 如粜直接联接 u l 2 4 0 机动车污染控制与清洁燃油利用技术专题 测功机总的转动惯量 J J c J f 1 4k g m 2 匹配的车辆惯性质量 M I R z 1 2 0 0 k g 该测功机如果加装传动比为O 5 2 的无级变速装置 当u 0 5 时 匹配的车辆质量 M 卸 5 J c 0 5 2 J 0 R 2 7 1 2 k g 当u 2 时 匹配的车辆质量 M 2 J c 2 2 J 0 R 2 3 1 5 5 埏 该测功机在试验运行质量为7 1 2 k g 31 5 5 k g 的车辆时 能实现惯量的准确匹配 匹配精度取决于无级 变速装置的控制 测量精度 3 电惯量模拟 目前火部分底盘测功机采用电惯量模拟的方法进行惯量匹配 所谓电惯量模拟是通过调整测功机负荷 加载量来弥补测功机基准惯量与车辆质量之差的方法 不同的测功机类型有不同的电惯量模拟方法 1 单向加载部件的电惯量模拟 这种测功机只有功率吸收元件 如风冷电涡流测功器 试验时 通过调整加载量的大小进行电惯量模 拟 根据牛顿定律 需要调整 增加 的加载扭矩为 T M a R 此即为底盘测功机的电惯量模拟值 式中 a 为车辆运行加速度 R 为转毂半径 M 为车辆质量与底盘测功机基准惯量羞 M M J R 2 由于试验需要的加载量是不定的 因此 调整的加载量只能大于零 即 T 0 由此 在 M 0 时 a 0 或者 M 0 时 a 0 这种测功机的电惯量模拟是不完整的 只能进行加速惯量模拟 车辆质量大于测功机基准惯量 或减 速惯量模拟 车辆质量小于测功机基准惯量 在要求不高的场合的这样使用 2 单向加载部件加可控反拖装置的电惯量模拟 与七述测功机相比 这种测功机增加了可控反拖装置 即反拖力矩能准确测量并通过闭环装置进行准 确控制 在T 0 时 通过功率吸收元件增加加载量 在T O 时 通过反拖电机进行反拖加载 由于是通过两 个部件进行控制加载 试验时会出现频繁的方向切换 真正实现控制时有一定的难度 3 四象限功率吸收元件的电惯量模拟 采用电力测功器作为功率吸收元件 由于电力测功器具有四象限控制功能 能方便实现不同车辆质量 的加速或减速工况 但由于目前电力测功器价值较高 仅在档次较高的台架上得到应用 三 电模拟惯量的加载量计算及加载方式 I 加载量计算 分析车辆在行驶时的受力及运动状态 可以得出下式 F F r F 9 2 M a 式中 F 车辆动力装置驱动力 F 广一车辆行驶时各种阻力 一般由试验规范给出 F 车辆滚动摩擦阻力 M 车辆质量 a 车辆运行加速度 车辆在底盘测功机上运行时 为下式 F F f c R T o T p J 式中 F f c 车辆与轮毂的滚动摩擦助力 T n 广底盘测功机的内阻 可通过试验检测 2 4 1 机动车污染控制与清洁燃油利用技术专题 L 测功机加载力矩 J 底盘铡功机机械惯量 转动角加速度 a R 车辆在底盘测功机上试验时 应保证车辆驱动力相同 则 F f r I M a JE t R F r L 担 T y R 虽然车辆在地面的滚动摩擦阻力和在转毂上滚动摩擦阻力不完全相同 但由于该阻力较小 可以假设 F s 4 艮 则 T p F t R k M J R a R 即 T p F 沮 T 睇 A M R 因此 测功机的加载力矩由三部分组成 试验规范要求的加载值 扣除测功机本身的内摩擦阻力 电 惯量模拟值 2 加载方式 电惯量模拟的加载方式有主动惯量加载和被动惯量加载两种 主动惯量加载是指在已知试验规范的情 况下 通过已知的运行加速度计算出电惯量模拟加载值 直接在程控运行时输入计算后的加载值 主动惯 量加载方式消除了因测量 计算的时间滞后带来的误差 能增加电惯量模拟的有效性和准确度 但由于通 常试验时车辆是人工驾驶的 运行速度偏差带来的惯量变化不能准确反映 而且对随机试验的惯量不能跟 踪模拟 运用时有一定的局限性 被动惯量加载方式是指在测量测功机运轱加速度后计算加载值的方式 由于底盘测功机一股采用测量 脉冲方式测速 测量回转加速度井计算出加载值需要一定的时闻A 1 l 加载响应时间 1 2 因此 实际加载 值与试验加载值会产生误差 如下图所示 当车辆运行加速度在t l 由0 变成a 时 a 一盅1 在A 1 1 A k 窗口内的误差即为需加载的电惯量模拟值 其后的 则与加载规范的变动状态有关 如图中的A T 因此 为提高加载精度 应尽量缩短A t I 和6c z 的大小 业 璺监 一 r 一 一 L 一 在车辆底盘测功机设计时 选择合适的惯量模拟方法决定的测功机的使用效果 选择