汽车制动检测系统的设计

汽车制动检测系统的设计

1汽车动力性检测汽车动力能是汽车在行驶中可实现的最大行驶速度、最大加速度和最大倾角能力。这是汽车的基本功能之一。随着全国各地高等级公路相继建成并投入使用,这就为汽车动力性提出挑战。动力性差的汽车在高等级的公路上行驶,由于车速低、被超车频率就高;还由于长时间满负荷高速运行,发动机过热,引发交通事故的几率就越大。汽车是一种高效率的运输工具,而运输效率的高低在很大程度上取决于汽车的动力性。所以汽车的动力性是影响汽车安全运行和运输效率的主要因素。为此,GBT17993-2005,《汽车综合性能检测站能力的通用要求》中,特别要求对汽车的动力性进行定期检测,提出动力性检测合格是营运汽车上路的一项重要技术条件并要求在检测站上对汽车动力性进行检测现在的检测站不分车型,对大、中、小型车都在同一底盘测功机上进行检测,这样由于各种车型在台架上由于各种因素的影响所受的阻力不同,底盘测功机对检测结果的影响很大,使检测结果不准确,达不到检测的目的。因此本文针对这一现状,从分析道路和台架试验的差异出发,分析主要车型在路试和台试检测结果的差异,为汽车动力性检测的实际应用和台架试验提供理论依据。2汽车台架阻力与汽车旋转阻力汽车在道路上行驶时,汽车运动所受到的行驶阻力有滚动阻力Ff,空气阻力Fw,坡道阻力Fi,及加速阻力Fj,其表达式为:要在台架上模拟道路运行状况,首先要解决模拟整车的运动惯性和行驶阻力问题,这样才能用台架测试汽车运行状况的动态性能。因此在台架上用飞轮的转动惯量来模拟汽车旋转体的转动惯量和汽车直线行驶时的惯量。用加载装置来模拟汽车运行时所受到的空气阻力、非驱动轮的滚动阻力和爬坡阻力。汽车行驶的路面是通过滚筒的模拟来实现。在台架上的阻力有Fm、电涡流测功机风阻Fw′,滚动阻力Ff′、电涡流机吸收功率产生的阻力Fdy和当汽车加速运转时克服的来自旋转车轮和测功机旋转质量的惯性阻力Fj′,因此汽车在台架上运转的总阻力为:台架阻力是底盘测功机传动系统在传递力时存在的阻力,主要是由各动配合在相对运动中存在机械磨擦引起的机械阻力构成,一般为定值,不受配合副相对运动速度的影响,是台架本身的机械阻力,与车型无关。如图1所示,在加工过程中,滚筒的椭圆度、同轴度ΔL越小,轮胎在滚筒上的运转就越平稳,当车速一定时,滚动阻力系数的波动范围就越小,对车轮产生的阻力就越小。双滚筒测功机由两根2.7米以上的长滚筒组成,支撑轴承少,台架机械损失小;四滚筒由四根短滚筒组成,较双滚筒多了四个支撑轴承和一个联轴器,还有同轴度的问题,故机械损失较大,在实际应用中采用两滚筒的测功机较好。图2是KDCG系列某一型号的测功机的台架总阻力,其中包含了电涡流机产生的阻力。电涡流机产生的阻力换算到滚筒表面的作用力就是对车轮的阻力Fdy,用Fdy与车速就可算出测功机吸收的功率。风冷式电涡流测功机功率吸收装置采用冷却风扇给励磁线圈进行散热,由于冷却风扇与转子为一体,当转子转动时,冷却风扇自身将消耗一定的驱动功率,且与转子转速的三次方成正比,因此台架总阻力与速度的平方成正比。如图2所示,检测车速越高,损耗的功率也越大,台架总阻力就越大。台架上的滚动阻力和加速时产生的加速阻力与车型有关是造成路试和台试差异性的主要原因,不同的阻力对检测结果有很大的影响。下面就两种主要车型轿车和货车进行滚动阻力和加速阻力的分析。2.1滚动式小管理特点汽车在道路上行驶时,车轮与路面的接触是弧线与面的接触。受到的滚动阻力主要由轮胎变形阻力、轮胎与路面间的滑移产生的摩擦阻力,以及轮胎移动或转动时产生的空气阻力组成,其中变形阻力和摩擦阻力占滚动阻力的95%以上。当弹性轮胎在硬路面(混凝土路、沥青路)上滚动时,轮胎的变形是主要的,此时由于轮胎的弹性迟滞性,轮胎变形对滚筒所做的功不能全部回收如图所示图中OCA、ADE分别为加载变形曲线和卸载曲线。显然曲线不重合,面积之差OCADE则为加载与卸载过程的能量损失,这种损失为弹性物质的迟滞损失,表现为阻碍车轮的滚动阻力Ff。由Ff=Gf(其中G为汽车重力,f为滚动阻力系数)得,滚动阻力与汽车重力和滚动阻力系数有关,而滚动阻力系数与路面种类、车速、轮胎结构、气压有关,故滚动阻力也与上述因素有关。在台架上轮胎是以两点安置在滚筒外圆面上,形而成两弧线相切,滚动阻力可以表示成如下关系:式中:k———待求系数;P———轮胎气压,Pa;N———单个滚轮对轮胎的支持力,N;V———车轮速度,m/s;α、β、γ———待求指数。从上式可知,滚动阻力受轮胎的结构和类型、轮胎充气压力、轴荷、车轮速度、滚筒直径和间距等的影响。因此路试与台试滚动阻力的差异主要表现在路面种类与滚筒结构两者对轮胎作用的影响。轮胎在道路上滚动时,轮胎与路面同时发生变形,不同的道路有不同的结构性能,轮胎与路面形成的应力特性也不同。路面越粗糙,因轮胎振动造成的迟滞损失也大,滚动阻力越大。轮胎在滚筒表面上滚动时因滚筒是硬质刚性材料接触区域的变形全由轮胎来承担,因此导致路试与台试滚动阻力的不同。图4为车轮在滚筒上的静态受力图,从图中可见车轮承受静态支持力的分布取决于车轮在滚筒上的安置角(θ———车轮与滚筒接触点的切线方向与水平方向的夹角),显然:式中:L———为滚筒间距,mm;Rd———轮胎的滚动半径,mm;r———滚筒半径,mm。轮胎所受滚筒的支反力Nf和Nr可用下式表示:式中:W———轴重,N。故(3)式可写成:滚筒直径和间距是底盘测功机两个主要结构参数,其对滚动阻力的影响主要表现在轮胎变形曲率的大小。从(4)、(5)、(6)式可知,当车轮半径和滚筒直径不变时,增大间距,则车轮在滚筒上的安置角增大,滚筒对轮胎的支反力将增大轮胎与滚筒接触区域的应力将增大,接触区域的应变增大,滚动阻力将增大。因此,对轿车或货车而言,要选定合适的滚筒间距进行动力性检测,以及为模拟道路运行条件,应选择直径尽可能大的滚筒。当在滚筒间距、直径不变的情况下,增大轮胎直径,则车轮在滚筒上的安置角变小,从而滚筒对轮胎的支反力将减少,接触区域的应变减小,滚动阻力减小。在检测站上滚筒的间距和直径都是不变的,轿车轮胎直径小故安置角大,轮胎滚动阻力大。因此在适合检测货车的测功机上检测轿车,轿车受到的滚动阻力较大,测量结果不准确。不同的轮胎型号在轴荷等使用条件相同的情况下具有不同的滚动阻力,滚动阻力随轮胎断面高宽比的减小而减小,与货车相比轿车轮胎断面的高宽比较小,因此受到的滚动阻力较小。据研究资料表明,滚动阻力随轴荷的增加而增加,这样货车受到的滚动阻力较大。检测时,滚动阻力随着速度的增加而增大。货车的检测速度较低,在40～60km/h之间,而轿车的较高,在70～90km/h之间,因此速度对轿车的滚动阻力影响较大。2.2汽车动能试验汽车在水平道路上加速行驶时需要克服其质量加速运动时的惯性力,就是加速阻力。汽车的质量分为平移质量和旋转质量两部分,加速时不仅平移质量产生惯性力,旋转质量也产生惯性力偶矩。而在台架上只有发动机本身、汽车驱动轮和试验台的旋转质量产生的惯性阻力,与实际道路行驶中差别较大。因此要在台架上进行加速能力测量,须使用飞轮系统,利用其转动惯量来模拟汽车加速阻力实现对汽车加速能力的测试;储存汽车行驶时的动能实现对滑行距离的测试。加速与滑行,取决于飞轮系统、滚筒及台架旋转部件的旋转动能是否路试时汽车在相应车速下的动能一致。路试时的动能W为(后轮为驱动车轮):式中:m———汽车质量,kg;ω———车轮角速度,rad/s;Jk、Jr———前后车轮转动惯量,kg·m2;W0———汽车传动系统旋转动能,W。台架的动能W′(同一车速)为:式中:J、ωf———飞轮的转动惯量、角速度,kg·m2、rads;J0、ω0———滚筒的转动惯量、角速度,kg·m2、rads;Jh、ωh———加载装置转子的转动惯量、角速度,kg·m2、rad/s从两式可知,影响两者加速阻力差异的因素主要是:汽车质量、前轮(即非驱动轮)的转动惯量、滚筒的转动惯量及加载装置转子的转动惯量,而飞轮就是对两者差异的弥补。滚筒和加载装置对加速阻力的影响由台架本身结构决定的与车型无关,不同的汽车质量、非驱动轮的转动惯量对加速阻力的影响很大,这样使飞轮就有不同的分组,以满足不同车型的需要。轮胎的质量均匀分布,其转动惯量分别与轮胎质量和半径的平方成正比,与轮胎质量的分布有关。轮胎质量分布在轮胎边缘越多,则惯性质量越大。因此,轮胎磨损越多,转动惯量就会越小,从而使加速阻力减小。相对于轿车和货车而言,两者的质量有很大的差别,货车的质量较大,轮胎的规格和轿车不一样,半径较大,因此,货车的加速阻