（载运工具运用工程专业论文）汽车动力性台架检测与评定方法的研究.pdf

摘要 采用驱动轮输出功率作为汽车动力性检测指标，通过分析用底盘测功机进行 汽车动力性检测时，发动机的动力传递路线，指出一般通过汽车底盘测功机测出 的功率参数，仅是其吸收的功率而非发动机的输出功率：为更加准确评价发动机 功率，需分别对汽车底盘测功机进行动力性检测中损耗功率各分量进行分析研 究，本研究选择c a l 0 4 6 l 2 型汽车作为实验车辆，将其发动机( c a 4 8 8 型) 进行了 台架实验，并将整车在底盘测功机上进行了测试实验；增加了反拖系统对汽车底 盘测功机系统内阻损耗功率进行测试，并使用加载的方式进行了轮胎滚动阻力损 耗功率的测试，同时进行了汽车传动系损耗功率的分析研究，在此基础上根据一 定的试验数据，建立了汽车动力性检测模型，且验证了陔模型的正确性。本研究 为我国现行条件下的汽车动力性检测，探索切实可行的方法做了一些尝试，相关 结论可为提高汽车动力性检测提供参考。 【关键词】汽车动力性检测损耗功率台架实验检测模型 a b s t r a c t t h i sp a p e ra n a l y z e dt h et r a n s m i tl l n eo ft h ee n g i n ea n dp o i n c e dt h a tt h ep o w e r p a r a m e t e r st e s t i n gb yt h ev e h i c l ec h a s s i sd y n a m o m e t e rj u s tw e r et h ea b s o r b a b l e p o w e rb u tn o tt h eo u t p u tp o w e ro f t h ee n g i n e ，w h e na d o p t i n gt h eo u t p u tp o w e ro ft h e d r i v ew h e e la st h et a r g e ta n dt e s t i n gt h r o u g ht h ev e h j c l ed y n a m i cp r o p e n yt e s t i n o r d e rt oe v a l u a t et h eo u t p u to ft h ee n g i n em o r ea c c u r a t e l y i tn e e da 1 1 a l y z et h ep a n so f w a s t ep o w e rs e p a r a t e l y t h i sp a p e rc h o s et h ec a10 4 6 l 2a st h et e s t i n gv e h i c l e ，t e s t e d t h ee n g i n eo nt h et e s tb e n c ha n dt h ew h o l ev e h i c l eo nt h ev e h i c l ec h a s s i s d y n a m o m e t e r ；a d d i n gr e v e r s ed r a g g i n gs y s t e mt o t e s tt h ei n t e r n a lr e s i s t a n c ew a s t e p o w e lt e s t e dt h et y r er o l l i n gr e s i s t a n c ew a s t ep o w e ru n d e rl o a d ，a tt h es a m et i m e a n a l y z e da n dr e s e a r c h e dt h ea u t o m o b i l ed r i v es y s t e mw a s t ep o w e r ，o nt l l eb a s i so f t e s t i n gd a t a ，t h i sp a p e rf o u n d e dt h em o d e lo fv e h i c l ed y n a m i cp r o p e r t y t e s ta n d v e “n e dt h em o d e l t h i sp a p e rh a se x p l o r e dt h em e t h o df o rt h ev e h i c l ed y n a m i c p r o p e r t yt e s t ，t h er e s u l t sc a nb er e f 宅r e n c ef o ri m p r o v i n gt h ev e h i c l ed y n a m i cp r o p e n y “：s t k e y w o r d s ：v e h i c l ed y n a m i c p r o p e n yt e s t p o w e rd i s s i p a t i o n b e n c ht e s t t e s t i n gm o d e l 论支匏别性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除沦文中己经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。奉论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 ，拳声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：互手京敏砌2 年步月三妇 j 话支知识声权仅属声钾 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阔以及申请 专利等午义利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后席遵守此规定) 论文作者躲f 隶致谢年f 月加 驯雌各剐湾考删年j 幺 第一章绪论 1 1 课题研究的目的和意义 1 1 1 立题依据 随着汽车保有量逐年增加，公路交通事故及车辆排放、噪声公害却成为 越来越不容忽视的社会问题。汽车本身又是一个复杂的系统，由于行驶里程 的增加和使用时问延续，其技术状况将不断变差。因此，要借助现代科学技 术对其进行维护和修理，恢复良好的技术状况，是保障车辆安全，高效运行的 必然途径。汽车综合性能检测就是在汽车使用、维护和修理中对车辆技术状 况进行测试和检验的一门技术”。 汽车整车动力性是评价汽车技术性能最主要指标之一。故交通部1 3 号 令、2 9 号令和国家及部颁标准均提出在检测线上快速、科学、准确测试与评 定汽车整车动力性的f “格要求。但目前全国近千家汽车检测站在贯彻执行部 令和相应标准中，都因使用的汽车底盘测功机功能不全( 无论是进口的还是 国产的) 以及检测理论和方法不完善而无法准确、有效、快速地检测和评定 汽车动力性，尤其是发动机的动力性。原因是在汽车底盘测功机上所指示的 功率只是测功器吸收的功率，而从发动机输出到测功器吸收功率传递过程中， 受到诸多l 因素的影响，如车型、轮胎气压、轮胎结构与花纹深度、车轮直径、 底盘测功机滚筒直径和问距、传动系技术状况和工作温度、制动器技术状况、 轮毂轴承预紧度、发动机技术状况等。这些综合损耗功率约占发动机标牌功 率3 0 5 ( ) 。由实验得知，即使同一种车型各辆车之间的损耗功率差别也占 发动机标牌功率的l o 1 5 ”。1 。由此可见，若不知其损耗功率，则不可能准 确评定汽车动力性，无法用有效方法进行汽车尾气排放和燃油消耗，技术等 级评定、商务和车辆报废等检测。 由上可知，造成整车动力性无法检测的根本原因就是理论上尚不完善， 更缺乏深入的试验研究，许多结构、使用因素和测试条件对损耗功率的影响 规律和特征都不得知，又没有使用科学的方法和手段。所以，有必要从理论 和实际试验上深入研究，开发功能良好的测试系统，解决当前这一难题。 1 1 2 课题研究的目的和意义 本课题紧跟汽车诊断及检测技术的前沿，完善发动机实际功率检测的理 论模型，提供一种快速、准确检测和评定发动机动力性的方法，建立底盘测 功机优化控制模式，制定发动机动力性评价的合理策略。 汽车整车动力性是评价汽车技术性能最主要的指标之一，如果汽车动力 性下降后达不到规定标准，就标志着发动机、传动系和行驶系等技术状况不 良，或燃料供给系、点火系及燃烧过程不良，增加废气污染物排放，加大环 境污染，危害人类健康和动植物生长。 通过对汽车动力性台架检测与评定方法的研究，面对检测站车型混杂的 情况，可减小因车辆技术状态参数失准且离散而造成的误差。由此最终实现 汽车动力性检测与评定的准确性、快速性和可操作性。本研究具有一定的实 用价值。 1 2 国内外研究概况分析 汽车动力性检测与评定是国内外一直致力于研究的重要课题，通过几十 年的研究与发展，取得了许多成果，但依然存在问题。 1 2 1 国外汽车动力性检测发展概况 汽车动力性检测技术主要体现在检测设备制造技术和检测原理的完善程 度。汽车底盘测功系统是汽车动力性台试检测的主要设备，其原理是在底盘 测功机上安装加载装置来模拟汽车行驶阻力，根据测功器吸收功率大小来评 定发动机动力性。世界一些著名的公司如德国马哈公司、申克公司、百斯巴 特公司、美国野马公司、日本弥荣株式会社、万岁株式会社等生产的底盘测 功机虽然生产技术、制造精度、控制技术等不断提高，但从原理和方法上仍 没有解决快速检测发动机实际功率的问题。原因就在于目前无论是发动机有 效输出功率还是底盘输出功率的测定，都是相对值，很难符合实用要求，现 在国外f 致力于绝对值的测定研究，但仍停留在发动机台架试验上，而没有 研究出快速检测在用汽车发动机实际功率的科学方法。各国在利用台架检测 方式时，虽然美、德、f 1 等发达国家已经研制出能模拟道路行驶阻力的底盘 测功系统，但基于的理论模型是单一车型的动力模型，无法测出各种车型发 动机或底盘输出的实际功率，因此只能用于汽车制造厂新车出厂检验或修理 厂的对比检验。 1 2 2 国内汽车动力性检测发展概况 汽车动力性检测设备主要使用的是底盘测功机。该设备从上世纪七十年 代起就逐步开发使用，并不断得到了技术更新。 在使用汽车底盘测功机方面，除部分大型企业或科研院所使用大直径单 滚筒底盘测功机外，大多数企业，如汽车综合性能检测站均使用双滚筒式底 盘测功机，原因是其价格便宜、系统简单。在底盘测功机发展过程中，因国 家相关法规标准滞后，对底盘测功机型号没有进行规范，所以不同生产厂家 根据自身实际情况参考不同外因企业技术开发出不同型号的底盘测功机。致 使目前我l 到底盘测功机的生产厂家有十几家，加之国外进口产品，底盘测功 机型号有二十种之多，底盘测功机的主要结构参数也各不相同，滚筒表面处 理的技术水平也相差很大。归纳目自口底盘测功机应用状况，就是产品种类多、 技术水平参差不齐、且未得到有效利用。 针对汽车动力性检测，国家制定了相应的标准，通过国家相关政策的制 定和科研机构研究，- f ：发以及检测设备生产企业的技术更新，汽车动力性检测 技术取得了很大成果，但问题依然存在，主要有( 1 ) 由于电子技术的落后， 检测技术与发达国家相比差距依然很大；( 2 ) 大多底盘测功机生产技术是借 鉴发达国家技术发展起来的，针对我国车型的多样性，没研究相应的检测模 型；( 3 ) 因检测方法不科学，检测误差大，对汽车技术等级造成误定。 1 2 3 汽车动力性检测影响因素 车辆动力性是否能够准确检测与评价，受到诸多使用与调整因素的影响， 这些因素主要包括车型、轮胎气压、轮胎结构与花纹深度、车轮直径、底盘 测功试验台滚筒直径和间距、传动系技术状况和工作温度等等。 ( 1 ) 车型不同的车型有不同的惯性质量和技术状况，所以在试验台 上测试汽车动力性时，需考虑不同车型个体差异对检测结果造成的影响。 ( 2 ) 轮胎因素轮胎气压、轮胎结构与花纹深度、车轮直径等对汽车 动力性的检测与评价影响很大。 ( 3 ) 传动系技术状况当传动系发生故障时，传动效率减小，就会影 响发动机动力传递，无法准确地测出发动机的功率。 ( 4 ) 滚筒直径和问距滚筒直径和间距对滚动阻力系数的影响主要是 因为轮胎在其上受力和变形的不同所造成。据资料介绍”“0 1 ，如果滚筒直径d ， 与车轮直径以的比值小于0 3 5 0 4 0 ，则滚筒的曲率丌始发生影响，当这一 比值增大到o 4 o 5 时，滚动阻力迅速降低。所以，滚筒直径越大，则其曲 率越小，轮胎变形越小，轮胎滚动阻力就越小。这也是大型科研机构大多采 用大直径滚筒试验台的原因。 1 2 4 汽车动力性检测存在问题 汽车底盘输出最大驱动功率是评价汽车动力性的一个有效指标，通用的 检测殴备是底盘测功机，但目前利用底盘测功机来测量汽车底盘输出功率并 最终衡量发动机动力性存在诸多问题。 ( 1 ) 测力式底盘测功 测力式底盘测功试验台是以滚筒作为活动路面，用加载装置模拟汽车行 驶时的阻力情况，测定汽车在各种车速下驱动轮上的驱动功率。其主要结构 由三部分组成，分别为滚筒装置、加载装置和湖0 量装镯。其测量装置是根据 公式( l 1 ) 的原理测出的。 ，) ：型( 1 1 ) 式中：“；一i l 甥轮与滚筒表面的切向作用力( n ) ： v 试验车速( k m h ) 。 发动机输出功率在台试时动力传递路线为：由发动机经传动系、驱动轮、 滚筒最终传递给功率吸收器。发动机输出有效功率可表示为”： 只= f + 只+ f 。+ 尸 _ + 只 ( 12 ) 式中：p 一汽车传动系中损耗的功率； j f ) ，一驱动轮在滚筒上克服滚动阻力损耗的功率： 只，一底盘测功机传动机构所损耗的功率( 由底盘测功机生产家给 出) ： 只一测功器所吸收的功率； p 一为驱动轮和滚筒打滑损失的功率。 检测站在进行汽车技术等级评定时，希望用底盘测功机测出发动机的输 出功率。但事实上，底盘测功机仪表指示的功率仅仅反映的是尸。一项内容， 它并非驱动轮输出功率，更不是发动机输出功率，显然，检测线上用公式中 巴、+ 巴值评价发动机动力性只存在误差为： 只，= 只一( 尸 + 巴) = f + 只+ 只 ( 1 3 ) 当弹性轮胎在硬质的钢制光滚筒上滚动时，轮胎将产生弹性迟滞损失， 此损失功率与滚筒种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料、气压等有关，目 前常规测试方法无法将这部分损失准确测出，但这部分功率损失又占发动机 输出功率的较大一部分。 ( 2 ) 惯性式底盘测功 惯性式底盘测功试验台是在试验台前滚筒的一端装有具有一定转动惯量 的飞轮，利用飞轮的恒定转动惯量来模拟道路行驶时的阻力。“。1 “。试验时保 持油门全开，变速器挂在直接档，测定在一定速度区问内的加速时间或加速 距离，刷以评价汽车的动力性。 惯性式底盘测功与测力式底盘测功区别是在前滚筒的一端安装的不是功 率吸收器，而是一定惯量的飞轮组，其动力学方程为： 尸= 上，一竺i 二竺i ( 1 4 ) 式中：尸，一发动机在7 时问内的平均功率； ，一汽车测试系统旋转部件简化到滚筒中心上的总惯量： ，、，一测功时所取的滚筒速度区问限值。 从上式可看出，平均功率与加速时间成反比。即油门全丌时，发动机通 过驱动轮驱动滚筒，由转速甜，加速到出，的时间越长，表明发动机的功率越 小。测量出某一转速范围内的加速时间t 便可了解发动机的动力性。 上述惯性式测功法存在以下问题： 扎用来模拟汽车在道路上行驶阻力的飞轮，转动惯量需要与被检车辆的 平移质量较好地匹配，否则便会影响测量精度。 b 由于汽车检测系统的总转动惯量很难测出，所以无法准确测出发动机 的输出功率，目前只停蛊f 在汽车厂评价同一车型的动力性时进行对比试验。 c 由于检测线上汽车质量千差万别，给每辆汽车匹配适当的飞轮组不可 能实现，即使能实现，也无法测出发动机真实动力性，所以检测线不能使用 此种方法。 ( 3 ) 检测设备 a 因为没有制定相应的标准，曰 讨生产的底盘测功机规格不统。 b 滚筒表面摩擦系数小，测试大功率发动机的动力性时容易打滑。 c 目前我国在用的底盘测功机滚筒表面有两种“3 ，一种是常见的光滚筒 即表面未经处理的滚筒，另一种是滚筒表面喷涂有耐磨硬质合金，前者由于 滚筒表面较光滑，其附着系数约为o 5 ，在测试过程中，车轮在前滚筒上易 存在滑拖现象，导致功率损失，目前测功法未检测车轮打滑损失功率大小。 后者采用表面喷涂技术，将滚筒表面的附着系数提高到o 7 左右，接近于一 般水泥路面的附着系数，则可减小滑拖现象。 d 汽车底盘测功机的台架机械损失主要包括支承轴承、联轴器、升速器 等，这些部件在车轮带动滚筒旋转过程中，由于摩擦力的存在将消耗一定的 功率，在检测汽车底盘输出功率时，必须计入测功机机械阻力所消耗的功率。 ( 4 ) 检测条件 a 发动机最大扭矩处的转速不易确定，所以很难对发动机最大扭矩处输 出功率进行评定，失去可操作性。 b 发动机最大输出功率处的转速虽然可知，但测试发动机最大输出功率 时汽车损耗严重，车主很难接受。 ( 5 ) 使用情况 a 为了检测汽车动力性，现在一些综合性能检测站配备了底盘测功试验 台，但因检测方法不适合而未真f 贯彻执行相关检测标准。 b 一些检测站配有发动机无外载测功仪，但在使用发动机无外载测功仪 测量发动机功率时，必须具备每种车型的测功系数，才能较准确地评价发动 机的动力性。事实上面对车型混杂的车辆，用户几乎没有能力做发动机测功 系数的标定工作。因为，测功系数是通过对大量的发动机台架试验数据和对 发动机自由加速过程数据的分析，整理及回归后，才能确定的，它是建立在 统计学基础上的计算公式。所以，事实上限制了发动机无外载测功仪的使用。 c 从发动机功率输出到底盘测功器功率吸收的传递过程中，受到诸多使 用与调整因素影响，目前还没有有效的方法对损耗功率进行测试。 综上所述，目前全国近千家汽车检测站在贯彻执行交通部部令和相应标 准中，都因检测原理不完善、检测方法不科学、检测条件不满足，致使无法 准确、有效、快速地测试评定汽车动力性，尤其是发动机的动力性。 1 3 课题研究的核心内容及关键问题 1 3 1 研究目标 通过本论文的研究，建立汽车动力性快速测试理论，提出实用的汽车动 力性等级评定方法。研制一套技术先进、实用可靠的汽车整车动力性台架快 速检测与评定的试验方法。 1 3 2 核心内容及关键问题 论文首先建立发动机输出功率测试系统及汽车动力性台架检测系统，在 此基础上对汽车动力性进行试验研究，基于大量实验，预测汽车传动系和轮 胎滚动阻力消耗的功率，继而进行汽车动力性台架检测中损耗功率分量的试 验研究及评价方法的研究。 ( 1 ) 分析汽车动力性检测与评价指标 对汽车动力性检测参数及相关评价指标进行分析，确定在用车辆动力 性检测的评价指标。 ( 2 ) 发动机输出功率的试验研究 进行在用车辆发动机台架试验，检测在用发动机的实际输出功率，为 以后用汽车底盘测功机检测发动机输出功率打下基础。 ( 3 ) 汽车动力性台架测试的试验研究 在试验条件、试验： 况与发动机台架试验相同的情况下，利用底盘测功 机进行汽车动力性台架试验。 ( 4 ) 汽车动力性台架检测中损耗功率分量的试验研究 进行汽车底盘测功机内阻损耗功率、轮胎滚动阻力损耗功率、汽车传动 系损耗功率测试，对损耗功率分量进行研究。 ( 5 ) 汽车动力性台架检测与评价方法的研究 通过研究确定限值，提出汽车整车动力性评价方法。 第二章汽车动力性检测与评价指标分析 汽车动力性是指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力 决定的、所能达到的平均行驶速度。在汽车各种性能中，动力性是最基本、 最重要的性能“。 2 1 汽车动力性检测指标 2 1 1 汽车动力性检测指标概述 汽车动力性的评价指标很多“+ 1 ，如汽车的比功率、动力因数、最高车 速、加速性能、最大爬坡度、发动机输出功率、驱动比功率、驱动轮输出功 率等等。其中汽车的比功率、动力因数等指标不适用于作为汽车动力性的检 测指标，一般在设计车辆时使用这些指标。 2 1 2 汽车动力性检测指标分析 ( 1 ) 最高车速 最高车速是指汽车以厂定最大总质量状态下，在风速小于或等于3 m s 的条件下，在干燥、清洁、平坦的混凝土或沥青路面上，能够达到的最高稳 定行驶速度。 在汽车定型试验时，一般都做该车的最高车速的道路试验，以确定最高 车速是否达到设计要求。在室内的汽车底盘测功机上亦可做汽车的最高车速 试验，但因试验条件与道路试验不同，所以在台架上试验的结果不能完全代 替路试。但可以在台架上做对比试验。 ( 2 ) 加速性能 汽车的加速性能是指汽车在行驶中迅速增加行驶速度的能力。通常用车 辆的加速时问来评价加速性能的好坏。 加速时间是指车辆以厂定最大总质量状态下，在风速小于或等于3 m s 的条件下，在二f 燥、清洁、平坦的混凝土或沥青路面上，由原地或某一预定 车速加速至最高车速8 0 所需的时间。道路试验通常有两种方法： a 最高档和次高档加速性能试验是汽车在变速器预定档位( 一般是最 高档或次高档) 、由某一预定的车速，当车速稳定后，驶入试验路段，迅速将 油门踏板踏到底，使汽车加速至该档最大车速的8 0 ( 或某一预定的高速) 所需的时问。浚时问越短，其加速性能越好。 b 起步连续换档加速性能试验是汽车变速器置入该车的起步档位，迅 速起步并将油门踏板快速踩到底，使汽车尽快加速行驶，当发动机达到最大 功率转速时，力求迅速无声地换档，换档后立即将油门全丌，直至最高档最 高车速的8 0 以上，对于轿车应加速到1 0 0 k m h 以上。记录加速所需时问。 ( 3 ) 最大爬坡度 最大爬坡度是指汽车按额定载荷装载，在良好的混凝二t 或沥青路面的坡 道上，汽车以最低前进档能够爬上的最大坡度。汽车定型时需做最大爬坡度 试验，以确定汽车的最大的爬坡能力。 可以看出，最高车速、加速性能和最大爬坡度是适用于作汽车定型试验 评价动力性的指标。试验方法是采用车辆在额定载荷状态道路试验的方式。 汽车使用手册提供的这些动力性评价指标的额定值均是在舰定条件下，经道 路试验确定的。由于道路试验和室内台架检测的条件不同，不可将道路试验 确定的额定值用作室内台架检测评价动力性的参照值。而要建立各种类型汽 车的最高车速、加速性能的台架检测评价的通用限值体系，需要投入大量的 资金，进行大量的专门的实车试验，在全面深入分析试验数值的基础上才能 形成切合实际的、普遍适用的限值。显然，开展这种基础性的 = ：作，在当前 是相当困难的，也是不必要的。因此，汽车的最高车速、加速性能和爬坡能 力用作台架检测的参数，会受外部条件制约。当然，同一辆车可通过台架检 测在维修前后或运行前后最高车速和加速性能的变化，通过对比试验，观察 和了解其动力性的变化情况。 ( 4 ) 发动机输出功率 发动机是汽车的动力来源，发动机输出功率是汽车动力性的基础。发动 机最大输出功率是汽车动力性的基本参数。车辆经过一段时问使用后，发动 机的技术状况发生变化，其最大输出功率有所下降，所以可以用发动机最大 输出功率的变化状况来评价发动机动力性的下降程度。 但应指出的是发动机输出了规定的功率，汽车驱动轮却不一定获得相应 的驱动力。若汽车传动系状况不佳，传动效率降低，功率损耗大，驱动轮的 驱动力就相应降低。若离合器打滑就不能将发动机功率传输出去。理论和实 践证明，发动机输出功率的多少，只能表明发动机的动力性，不能表明汽车 传动系状况，乃至驱动轮实际输出功率的大小。所以用发动机输出功率作为 评价汽车动力性的指标具有一定的片面性。 目前室内就车检测发动机功率，采用无外载测功仪。用发动机无外载测 功为非稳定工况测定发动机的瞬时功率，测功的精确度取决于操作者控制加 速踏板的速度，而踩加速踏板的快慢引起的检测误差可高达2 0 。它只适用 于对发动机技术状况进行初步性判断或对比试验。 ( 5 ) 驱动比功率 驱动比功率是指汽车在给定车速下驱动轮输出的最大功率与汽车总质 量之比，单位为，。 驱动比功率是驱动轮输出功率的派生参数，若用以检测汽车动力性，评 价汽车的技术状况，计入车辆的总质量实属多余，且给定车速下的驱动轮最 大输出功率不等于被检汽车的最大输出功率。同吨位级的不同车型汽车原有 的比功率就不同，因此可能造成误判。采用驱动轮比功率限值的方法不能获 得判别汽车技术状况的检测结果。 驱动比功率用于评价汽车的动力性水平高低，如同汽车的比功率一样也 只能是一种粗略的评价量标。因为汽车行驶的空气阻力与汽车的总质量无关， 只取决于汽车外形的结构参数。驱动比功率相同的汽车，动力性水平就不一 定相等。 驱动比功率作为评价在用汽车动力性指标，其限值的确定不是基于被检 在用汽车的固有动力性水平，而是立足于同类型汽车( 如轻型、中型、重型 汽车) 道路行驶的总体动力性水平的要求确定，用同一个尺度去评价同类型 的固有动力性水平不同的在用汽车是不够严谨合理的，有失检测的公平性和i 公正性，更无判别汽车的技术状况。所以，驱动比功率不适于用作在用汽车 动力性的评价指标。 2 1 3 驱动轮输出功率 我们已经知道发动机功率只( 女) 与其扭矩m ，的关系式为： 只= m 。 。9 5 4 9 ( 女) 汽车驱动轮的驱动力f 为： f 9 5 4 9 只f 。f r ，7 t f = = - j 二一一 门， 式中：f ，一汽车主减速器的传动比 f 。一变速器的传动比； 仉一传动系的机械效率； h 。一发动机转速； r 一车轮的半径。 由上式可得： 蒜丧嘲 驱动轮输出驱动力矩m ， m ? = f ? r 驱动轮转速一， ” ”= 一 | n 。l ” 所以，驱动轮输出功率p 为： p ：巢导：只 9 5 4 9 。” 从驱动轮输出功率的数学表达式可以清楚地看出，驱动轮输出功率是汽 车发动机经传动系至驱动轮输出的功率。可见它是汽车发动机和传动系工作 过程的输出参数，输出功率的多少完全取决于发动机发出的功率和传动系的 传动效率，即取决于它们的技术状况。驱动轮输出功率减少说明发动机和传 动系的技术状况变差。发动机的传动系技术状况的微小变化，都会通过驱动 轮输出功率的增加或减少表现出来。所以，用驱动轮输出功率作汽车动力性 的评价指标，比较直观，且具有较强的信息性和很高的灵敏性。它可以在室 内的汽车底盘测功机上直接测取，检测误差较小。室内检测条件容易控制、 操作简单，通用性强。同时，汽车定型后，发动机的功率、扭矩均有室内台 架试验建立的额定值，可用作在用汽车驱动轮输出功率的参照值进行比较， 因此，适于用作在用汽车动力性的评价指标。 根据发动机的不同工况，汽车驱动轮输出功率众多，自然不应任选一个 汽车发动机工况下的输出功率作为评价指标。所选评价指标应通用性好，可 比性强，易于检测。分析发动机速度特性表明，发动机特性上的额定扭矩点 和额定功率点全面显示了发动机的动力状况，而汽车的额定扭矩和额定功率 的额定值可在汽车使用手册中查到。但是，额定功率点对应的发动机转速过 高，因此，选用在发动机额定扭矩时的驱动轮输出功率作为汽车动力性的评 价指标，选用发动机全负荷与额定扭矩转速相应的直接档车速所构成的工况 作为检测：亡况。 在用车型上千种，其发动机额定扭矩及相应转速多种多样，不可能也不 必要按每一个具体车型制订一个限值，即使制订出来也不便于实际操作使用。 因此，不用驱动轮输出功率的绝对值作为限值，而采用相对值。即检测值与 对应的汽车发动机额定扭矩功率的百分比作为限值，从而提高了通用性及可 操作性。 2 2 汽车动力性评价指标 汽车动力性台架检测，主要是用底盘测功机检测汽车的驱动轮输出功率、 最高车速和加速能力。其中最高车速和加速能力是驱动轮输出功率的另一种 表现形式，所以汽车动力性的大小，归根到底取决于汽车驱动轮发出的功率。 2 2 1 汽车动力的传输路线 汽车的动力源是发动机，发动机的动力依次经过离合器、变速器、由万 向节和传动轴组成的万向传动装置以及安装在驱动桥中的主减速器、差速器 和半轴传到驱动轮“。从发动机到驱动轮之间的装置或总成构成了汽车传动 系。 汽车的动力性是发动机和传动系等总成及部件工作能力量化的体现。发 动机和传动系固有的： 作能力由设计确定，由制造形成，而在使用过程中逐 渐降低。这是由于组成发动机和传动系总成的零部件不可避免的会因相对运 动而产生摩擦：因承受机械应力而引起变形和老化；因与周围介质互相作用 而遭受腐蚀和氧化等，从而引起零部件的配合特性、相对位置、接触状况等 发生变化：进而逐渐削弱发动机和传动系总成的工作能力，甚至使其丧失工 作能力。 汽车底盘测功机测试驱动轮输出功率时，动力传递路线为：山发动机经 传动系、驱动轮、滚筒最终传递给功率吸收器。所以发动机发出的功率经传 动系、驱动轮与滚筒、测功机传动系等消耗后，则底盘测功机功率吸收器吸 收。在动力传输过程中，发动机功率的分配框图如下： 发动机输出总功率 发动机输出净功率 汽车传动系输出功率 驱动轮输出功率 实测驱动轮输出功率 ( 底盘测功机检测功率) 发动机实际工作所需附件消耗的功率 驱动汽车附件消耗功率 汽车传动系损耗功率 驱动轮克服轮胎滚动阻力消耗功率 底盘测功机传动系消耗功率 2 2 2 汽车动力性评价指标 ( 1 ) 检测参数 汽车动力性采用驱动轮输出功率作为检测参数。 驱动轮输出功率用底盘测功机检测。 ( 2 ) 评价指标 汽车动力性采用发动机在额定扭矩( 最大扭矩) 时的驱动轮输出功率作 为评价指标。 ( 3 ) 检测工况 检测： 况采用汽车额定扭矩的工况。即发动机全负荷与额定扭矩转速所对 应的直接档( 无直接档时指传动比最接近于l 的档) 车速构成的工况。 第三章整车台架实验 3 1 发动机输出功率试验研究 汽车动力性台架检测是通过汽车底盘测功机检测汽车驱动轮输出功率来 评价汽车发动机输出功率“。为寻求更加准确评价发动机功率的方法，进行 了发动机输出功率的试验。对在用车辆进行发动机台架试验，同时记录某一 节气门开度时，发动机转速及相对应的节气门下方的真空度，为进行该车的 驱动轮输出功率试验，提供分析依据，使其具有可比性。 3 1 1 试验方案确定 发动机各项性能指标、参数以及各类特性曲线，通常都是在发动机台架 上按规定的试验方法进行测定。为检测发动机输出功率，应进行发动机速度 特性的试验，本章将进行节气门开度分别为7 0 。、8 0 。、9 0 。的部分速度 特性的发动机台架试验。 把车型为c a l 0 4 6 l 2 的在用车辆( 牌照号 ；c 帆一1 4 4 9 1 ) 的发动机( c a 4 8 8 型) 从车架拆下来，安装在发动机台架上，通过连轴器与c w 2 6 0 1 8 0 0 7 5 0 0 型电涡流测功器连接。考虑到与整车测试时保持同一工况，采取如下措施： 1 ) 带上整车测试时发动机所有的附件，如风扇、发电机、空气滤清器等； 2 ) 应用相同的一套点火线圈、点火模块； ：3 ) 点火提前角、化油器调整到最佳状态后不再变动； 4 ) 安装了油门开度指示装簧； 5 ) 用真空表显示节气门下方的真空度。 3 1 2 试验系统组成 试验系统主要包括“：试验台架、测功器及其控制系统、辅助系统等。 ( 1 ) 试验台架 试验台架是由固定在峰实、防振水泥基础上的底板和可以调节高度与位 置的铸铁支架组成。发动机安装在铸铁支架上，用联轴节与测功器连接，按 要求应该有一定的同轴度。 ( 2 ) 测功器及其控制系统 测功器及其控制系统由测功器、控制柜、有线遥控器及油门执行器等组 成。控制柜上有发动机转速、扭矩以及节气门开度等显示装置。 ( 3 ) 辅助系统 辅助系统主要由能控制发动机水温保持不变可调水量的冷却系统、水冷 式电涡流测功器的水循环系统、发动机废气的特殊通风系统以及发动机水温、 机油温度等测试系统。 3 1 3 测试系统的标定 首先用法码对电涡流测功器的扭矩传感器进行标定，标定结果见表3 一l 。 表3 1 电涡流测功器扭矩传感器的标定 序号 1234567891 0 法码质量 ( ) 048 1 21 62 0 2 42 8 ：j 23 6 仪表读数 ( ) o o4 1 8 l1 2 l1 6 l2 0 02 4 02 8 03 1 9：j 5 9 序号 1 l1 21 31 4j 51 61 71 81 9 法码质量 ( ) 3 22 82 42 01 6 1 2 840 仪表读数 ( ) ：j 1 92 8 02 4 02 0 11 6 11 2 08 i4 2o l 由图：j _ l 可以看出，电涡流测功器扭矩传感器的线性度很高，且回程误 幽3 1 抓矩传感器标定的同归曲线幽 差很小，回程点与原曲线点基本重合。 最大相对误差为o 5 4 。 然后用同本m t 3 7 c 型转速表对转 速传感器进行标定，标定结果见表 3 2 。 煳3 2 扭矩传感器标定的回归曲线 图3 2 即为电涡流测功器的转速传感器标定的回归曲线图，同样可以看出具 有很高的线性度。回归曲线与实际测量的最大相对误差为o 2 5 ，平均误差 为0 1 3 。 表3 2 电涡流测功器转速传感器的标定 序号 1 2 3 45 转速表( r d m ) 8 0 31 2 0 01 6 0 02 0 0 02 4 1 0 测功器表( r p m ) 8 0 41 2 0 0 1 6 0 1 2 0 0 42 4 0 5 序号67891 0 转速表( r p m ) 2 8 1 03 1 9 03 6 0 0 4 0 l o4 4 0 0 测功器表( r p m ) 2 8 0 5： 2 0 13 6 0 44 0 0 64 4 0 3 3 1 4 发动机输出功率试验 本次试验条件如表3 3 所示。 表3 3试验条竹 试验方式、发动机外特 试验地点 本院 目的性性能试验汽运实验室 试验日期2 0 0 5 8 9 c w 2 6 0 人气压 测功机型号发动机号 c a 4 8 81 0 8 1 8 0 0 7 5 0 0( k p a ) 测功机控制 定速 扭矩精度相对 方式( ) o 86 2 6 5 湿度( ) 发动机所带水泵、发l 乜 转速精度 0 3水温( )8 8 9 0 附什机、风扇 ( ) ：仃气门开度 础、町、鲫 气温( ) 2 9 油温( )7 5 1 ) 对车型为c a l 0 4 6 l 2 的发动机进行台架试验，节气门开度为7 0 度，测 试数据如表3 4 所示，发动机输出扭矩及输出功率曲线如图3 3 、图3 4 所 示。 表3 4 小解放c a 4 8 8 发动机台架试验1 油耗比油耗 进气管真空 l 转速( r p m )拊矩( n m )功率( k w ) ( m 1 3 0 s ) ( g k w h )度( k p a ) 8 0 01 0 588 3：3 9 35 3 410 0 0 ：3 5 ( m l 3 0 s ) ( g k w h ) 度( k p a ) 8 0 01 0 58 8 3：3 9 ：5 ：3 4 10 0 0 3 5 1 2 0 0 1 1 6 1 4 8 34 8 83 9 4 9o 0 0 5 2 1 6 0 01 2 22 0 5 28 ：3 ：j4 8 7 1o 0 0 7 ：3 2 0 0 0 1 3 l 2 7 ：3 71 1 6 55 1 0 8o 0 0 8 0 2 4 0 0 1 3 2 3 3 1 91 4 9 85 4 1 6o 0 0 9 5 2 8 0 01 3 63 9 9 22 1 9 16 5 8 60 0 0 8 5 ：j 2 0 0 1 3 ：j 4 4 5 82 1 5 85 8 0 9o 0 0 9 5 ：j 6 0 01 3 04 9 0 02 2 9 45 6 1 8o 0 1 0 2 4 0 0 0 1 2 55 2 3 2 2 3 435 3 7400 1 1 8 d 4 0 01 1 45 2 6 22 7 5 46 2 8 1o 0 1 5 0 * 气门开度为7 0 x ”发动机篱m n 矩 - ：一 、 ， _ m o ”“1 。女撩恐n “”4 。4 ” 幽3 3 节气门开度7 0 度时 发动机输出j = 【矩曲线 圈3 4 ：1 ，气门开度7 0 度时 发动机输出功率曲线 图3 3 中的曲线是用最小二乘法“”进行曲线拟合得到的扭矩曲线方程绘 制成的曲线。 方程为：瓦= d o + 日l + 口2 2 + “3 _ ? 3 根据表3 4 中的试验数据，利用计算机可直接计算出待定系数 “= 8 0 - 3 5 4 5 “= 0 0 3 4 8 “= 一4 3 0 8 7 1 0 _ b a ，= 一4 1 8 8 5 l o 叫“ 即发动机扭矩可通过下述方程计算： r = 8 0 3 5 4 5 + 0 0 3 4 8 玎一4 3 0 8 7 1 0 “胛2 4 】8 8 5 l o m 一3 i n)釜#瓤 由拟合曲线方程计算出的发动机扭矩与实际测量的发动机扭矩的误差计 算见表3 5 。 表3 5误差计算表 发动机转速 计算扭矩实测抒娘e 偏筹值 误差 ( r d m )( n m )( n m ) 8 0 01 0 5 2 3 9 2 1 0 5 o 2 3 9 2o 2 3 1 2 0 01 1 5 2 1 1 21 1 60 7 8 8 80 6 8 误差的均值 1 6 0 01 2 ：j 3 2 1 91 2 213 2 1 91 0 8 为：o 7 2 8 2 0 0 01 2 94 1 0 51 3 l1 5 8 9 5一1 2 l 2 4 0 0 1 3 33 】6 l 1 3 2 1 3 1 6 11 o o 方差为： 2 8 0 01 3 4 8 7 7 91 3 6一1 1 2 2 1一o 8 3 o 1 1 7 3 2 0 01 3 3 9 3 5 01 3 3o9 3 5 00 7 0 3 6 0 01 3 0 3 2 6 61 3 0o ：3 2 6 602 5 标准筹为： 4 0 0 01 2 3 8 9 1 8 1 2 511 0 8 2 一o8 9 o 3 4 1 4 4 0 01 1 44 6 9 91 1 40 4 6 9 9o 4 1 线。 通过上述误差计算，说明拟合曲线方程合理，能反映发动机扭矩特性。 图3 4 是用最小二乘法进行曲线拟合得到的功率曲线方程绘制成的曲 设方程为 = a o + “i 十“2 2 + “3 n 3 + 甜4 竹4 根据表34 中的试验数据，利用计算机可直接计算出待定系数： 日o = 一1 7 3 6 4 订，= o 0 1 2 5 一 日，= 7 5 4 4 0 1 0 1 吼= 3 5 4 6 4 1 0 “。 玎= 一1 2 0 7 0 1 0 1 3 即发动机功率可以通过下述方程计算： p = 一1 7 3 4 6 + 0 0 1 2 5 + 7 5 4 4 x 1 0 7 胛2 + 3 5 4 6 4 1 0 1 0 3 一1 2 0 7 1 0 一”玎4 由拟合曲线方程计算出的发动机功率与实际测量的发动机功率误差计算 见表3 6 。 表3 6误差计算表 l 发动机转速汁算功率实测功率 偏差值 误差 误差的均值l ( r p m ) ( k w ) ( k w ) 为：0 7 2 8 8 0 08 8 5 5 8 8 8 3 0 00 0 2 5 8o 2 9 1 2 0 01 4 6 7 8 31 4 8 3 0 001 5 1 71 0 2 方茬为： 1 6 0 02 0 8 1 0 9 2 0 5 2 0 0o 2 9 0 91 4 2 01 5 2 2 0 0 0 2 7 1 3 0 2 2 7 3 7 0 00 2 3 9 8一o 8 8 标准著为： 2 4 0 0：j 3 4 ：j 8 63 ：j 1 9 0 00 2 4 8 60 7 5 o ：j 9 2 8 0 0 ：j 9 4 6 4 4 3 9 9 2 0 0一0 4 5 5 61 1 4 3 2 0 04 4 8 6 1 84 4 5 8 0 0o 2 8 1 80 6 3 3 6 0 0 4 9 2 1 0 7 4 9 0 0 0 0o2 1 0 7o 4 3 4 0 0 05 2 0 1 7 05 23 2 0 0一03 0 3 00 5 8 4 4 0 05 2 7 1 2 3 5 2 6 2 0 0o 0 9 2 30 1 8 通过上述误差汁算，说明拟合曲线方程合理，能反映发动机功率特性。 2 ) 对车型为c a l 0 4 6 l 2 的发动机进行发动机台架试验，节气门开度为8 0 度，测试数据如表3 7 所示，发动机输出扭矩及输出功率曲线如图3 6 、图 ：3 - 7 所示。 表3 7小解放c a 4 8 8 发动机台架试验2 进气管真空 转述( r p m ) h 矩( n m )功率( k w ) 度( k p a ) 8 0 01 0 ：86 80 0 0 3 5 1 2 0 01 1 71 4 7 4o 0 0 5 0 1 6 0 01 2 72 12 40 0 0 6 3 2 0 0 0 1 3 4 2 8 2 5 0 0 0 7 0 2 4 0 01 3 ：j：3 34 00 0 0 5 5 2 8 0 01 3 9 4 07 l0 0 0 6 3 ：j 2 0 01 4 24 7 5 1o 0 0 6 8 3 6 0 01 4 05 2 7 50 0 0 7 5 4 0 0 01 3 35 56 40 0 0 8 0 4 d 0 012 45 71 3 节气门开为* 时世动机输a 一 一。、 o “气热；| 器。”“。 幽3 5 。1 ，气r j 开度8 0 度时