原地起步加速試驗在底盤測控系統(tǒng)上的研究

陳學(xué)勁，辛強

(廣州機械科學(xué)研究院有限公司汽車零部件研究所，廣東 廣州 510700)

0 引言

在新車的設(shè)計研發(fā)階段，要對汽車的動力性、經(jīng)濟性等性能進行模擬計算，以檢查各種性能是否符合設(shè)計要求。動力性是汽車的各種性能中最為重要、最基本的性能，它主要由三方面的指標(biāo)來評定，即最高車速、加速時間和最大爬坡度，其中加速時間用來評價加速性能［1］。

加速試驗是為求得加速能力而進行的試驗，一般在平坦的干燥鋪裝路面上測定從加速起點開始的時間、車速和距離等以求得加速能力。

在我國，原地起步加速時間試驗道路試驗受限于我國高速公路路況各地均有不同，少有空閑路段能提供重復(fù)性試驗場地，所費頗多。

文中試以《GBT 12543-2009汽車加速性能試驗方法》為試驗標(biāo)準(zhǔn)，在底盤測控系統(tǒng)上實現(xiàn)動力性評定，并與路面測試相結(jié)合進行試驗驗證，在滿足基本試驗準(zhǔn)確性要求的前提下，尋求一種盡可能減少試驗時間與費用的試驗方法。

1 試驗方法

從停車狀態(tài)使油門全開進行起步，即為起步加速試驗。世界上廣泛使用的試驗條件是測量距離400 m到達時間(通稱0～4加速)，實際上這種試驗條件與美、英SSI/4英里(原地起步)的啟動加速試驗相同。

通常用原地起步加速時間與超車加速時間來表明汽車的加速能力。原地起步加速時間是指以汽車由I擋或II擋起步，并以最大的加速度逐步換至最高擋后到某一預(yù)定距離或車速所需要時間。

從實用性方面看，歐洲有的高速公路無車速限制，很早就以1000 m為測定區(qū)間測定過相關(guān)的數(shù)據(jù)。考慮國內(nèi)高速公路路況，此次試驗采用0～4加速，參考《GBT 12543-2009汽車加速性能試驗方法》進行試驗驗證［2］。

1.1 試驗設(shè)備

此次試驗主要設(shè)備為底盤測控系統(tǒng)，系統(tǒng)主要參數(shù)如表1所示。

表1 底盤測控系統(tǒng)參數(shù)轉(zhuǎn)鼓寬度

輔助設(shè)備包括司機助手儀，輪胎風(fēng)機，主風(fēng)機，廢氣風(fēng)機。

司機助手儀器，主要方便駕駛試驗員觀察車輛狀態(tài)，以保證數(shù)據(jù)記錄與試驗進行的同步性。

輪胎風(fēng)機、主風(fēng)機對發(fā)動機與輪胎進行風(fēng)冷。

廢氣風(fēng)機則是保持室內(nèi)空氣流通，及時排走室內(nèi)殘余廢氣。

試驗用車選取參照《GBT 12543-2009汽車加速性能試驗方法》3.4.4車輛試驗質(zhì)量及載荷分布選取試驗用車。

車輛的選取需參考試驗用底盤測功機兩輪鼓間距，盡量將驅(qū)動輪停置于輪鼓中部，使得傳感器能盡可能平均受力。車輛整備質(zhì)量盡可能選取接近輪鼓最大承重的二分之一，經(jīng)反復(fù)試驗后可知處于50%最大量程處測量結(jié)果較為準(zhǔn)確。

如選取不合適的車輛可能導(dǎo)致后面實例驗證中出現(xiàn)偶然性誤差，可以通過選取不同車重車輛，通過反復(fù)試驗得出較為準(zhǔn)確的試驗結(jié)果。

在車輛選取后應(yīng)檢查機油尺刻度及油箱滿度，盡量保證同批對比試驗不因機油損耗及采用不同批次燃料產(chǎn)生偶然性誤差。對于汽油發(fā)動機，應(yīng)保證化油器的阻風(fēng)門和節(jié)氣門均能全開;對于柴油發(fā)動機，應(yīng)保證噴油泵齒條行程應(yīng)能達到最大位置，必要時可進行調(diào)整。為確保空氣濾清器和燃油濾清器應(yīng)處于良好的工作狀態(tài)，建議試驗前更換空氣濾清器及燃油濾清器以達到較好的試驗效果。

1.2 試驗方法

將試驗用車驅(qū)動輪停置于底盤測功機轉(zhuǎn)鼓上，并將非驅(qū)動輪通過皮帶固定于試驗臺架上。將非驅(qū)動輪固定在試驗臺架中，有可能導(dǎo)致試驗用車儀表盤“手剎”“ABS”警示燈亮起。

如警示燈亮起，此時應(yīng)檢測“手剎”是否放好，確保車輛無安全隱患后繼續(xù)進行試驗。

如選用試驗用車為較高級的乘用車，高級車輛可能有防滑限速系統(tǒng)，因?qū)④囕v固定在試驗臺架時可能導(dǎo)致防滑限速警示燈亮起，車輛實行限速影響試驗。

因非驅(qū)動輪固定在試驗臺架上，車輛前后輪速度監(jiān)控不一致，車輛誤判出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，導(dǎo)致車輛無法正常加速。此時可查詢車輛使用說明，將防滑限速系統(tǒng)保險絲拔掉即可正常試驗。

在車輛正確安裝后，需在車輛前后掛鉤處安裝保險鋼索，在車輛前后四角間距10 cm處安裝位置傳感器，以方便監(jiān)控車輛在試驗過程是否出現(xiàn)位移。

檢查底盤測功機制動氣源是否充足，確認(rèn)后以低于60 km/h速度預(yù)熱跑至100 km，使發(fā)動機達到最佳水溫，并將底盤轉(zhuǎn)鼓預(yù)熱。

因試驗場地由空曠的室外轉(zhuǎn)至試驗室，空氣流通不足，因排放廢氣積聚過多，影響發(fā)動機正常吸氣，導(dǎo)致功率下降。應(yīng)在尾氣排放管加一抽氣風(fēng)機，將廢氣排至室外，保證試驗室內(nèi)空氣流動。

1.3 相關(guān)路面參數(shù)選取

通過查詢標(biāo)準(zhǔn)《GB輕型汽車污染物排放限值及測量方法》［3］中表CB.1推薦的測功機吸收的功率和負(fù)荷，得出相應(yīng)當(dāng)量慣量、驅(qū)動輪慣量比例以及坡度系數(shù)，如表2所示。

表2 推薦的測功機吸收的功率與負(fù)荷

查表所得當(dāng)量慣量、驅(qū)動輪慣量比例以及阻度系數(shù)分別為1590、7.6、0.0515。

將相關(guān)系數(shù)輸入轉(zhuǎn)鼓測控系統(tǒng)，如圖1所示。

在此處，由于車輛固定在試驗臺架上，風(fēng)機對試驗用車僅保證其風(fēng)冷效果，阻力效果由測功機模擬。此處當(dāng)量慣量、驅(qū)動輪慣量比例以及阻度系數(shù)僅為多次試驗后參考數(shù)據(jù)，可根據(jù)實際情況反復(fù)進行滑行試驗，得出更接近路面測試路況。

2 試驗驗證

標(biāo)準(zhǔn)《GBT 12543-2009汽車加速性能試驗方法》規(guī)范:

全油門起步加速性能試驗:車輛由靜止?fàn)顟B(tài)全油門加速到100 km/h(如果最高車速的90%達不到100 km/h，應(yīng)取最高車速的90%向下圓整到5的整數(shù)倍的車速作為試驗終了車速)［4］。

車輛由靜止?fàn)顟B(tài)全油門加速通過400 m的距離。

記錄以上項目的行駛時間。

由于試驗用車選用的是手自一體變速器，在此次試驗中，選取自動變速器的試驗方法:

在發(fā)動機怠速的情況下(若有必要可踩下制動器)，將變速器置于“D”擋，車輛起步加速，應(yīng)在車輪滑轉(zhuǎn)最小的情況下使車輛達到最大加速性能，擋車輛運動時觸發(fā)記錄裝置。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)所示方法，試驗用車預(yù)熱跑合100 km后降至怠速，變速器置于“D”擋，踩下剎車。

試驗開始，試驗員松剎車踩下油門到底，控制臺以0.1 s一次速度記錄加速百公里部分?jǐn)?shù)據(jù)如表3所示。

表3 百公里加速部分?jǐn)?shù)據(jù)

試驗過程儀器以0.1 s/次頻率記錄車輛瞬時速度、瞬時加速度，由表3記錄序號可以得出試驗用車載13.6 s內(nèi)加速至?xí)r速100 km/h。

表4 加還400 m部分?jǐn)?shù)據(jù)

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)所示方法，試驗用車預(yù)熱跑合100 km后降至怠速，變速器置于“D”擋，試驗員踩下油門到底，控制臺以0.1 s一次速度記錄全油門加速400 m部分?jǐn)?shù)據(jù)如表4所示。

試驗過程儀器以0.1 s/次頻率記錄車輛瞬時速度、瞬時加速度，由表3記錄序號可以得出試驗用車載18.6 s內(nèi)加速通過距離400 m路程。

在試驗過程中，操作試驗員通過司機助手儀配合監(jiān)控室開始試驗，以盡量達到監(jiān)控與試驗過程的同步性。

3 實例計算

根據(jù)行駛汽車的受力平衡方程，不考慮坡度阻力，可以得到加速度a的表達式:

計算機控制系統(tǒng)通過交流電動機驅(qū)動器對交流電動機的控制使其能夠根據(jù)車輛速度和加速度的變化，為測功機系統(tǒng)提供與車速和加速度相應(yīng)的車輛道路行駛阻力。

控制系統(tǒng)按前饋控制反饋補償理論，基于如下道路載荷計算公式，計算道路載荷進行控制

其中:A為常阻力系數(shù);

B為可變阻力系數(shù);

C為空氣阻力系數(shù);

D為道路坡度系數(shù);

v為車輛速度;

W為車重。

除了加速通過的距離與時間，從底盤測控系統(tǒng)還可以讀取此過程中的速度及加速度的變化曲線。通過研究其變化曲線，可計算出其最佳動力性換擋點。文中在此不進行深入探討，僅通過計算對試驗結(jié)果進行驗證。

3.1 時速100km功率驗證

根據(jù)底盤測控系統(tǒng)所記錄數(shù)據(jù)，可以對其功率及力進行驗證:

將表2第一行中所記錄的電機力、牽引力、加速度、速度、電機功率、牽引功率代入公式中:

計算結(jié)果與實際測量結(jié)果相差200 N，功率誤差3 kW，存在誤差值。

3.2 400 m加速距離驗證

將400m分為N段，如表3所示每間隔0.1 s記錄，將第一個0.1 s行駛距離為s1，起始速度設(shè)為v0，最終速度設(shè)為vn。

將表3數(shù)據(jù)代入可得:

與測量所得基本相同。

由此得出結(jié)論，此方法在底盤測控系統(tǒng)上進行加速性能試驗，在功率和力方面存在誤差;在距離與時間方面測量誤差較小，可作為參考數(shù)值。

4 結(jié)論

作為評價汽車動力加速性能的重要指標(biāo)，汽車原地加速時間具有不可或缺的參考價值。所限于我國高速公路路況及測試場地稀少，汽車加速性能試驗路面測試所費不菲，需大量試驗數(shù)據(jù)才能得出準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

文中試圖以底盤測控系統(tǒng)上進行汽車加速性能試驗，規(guī)避路面測試風(fēng)險，在缺乏路面測試條件的情況下提供一種可參考的試驗方法，并對其方法進行試驗驗證及實例計算，得出可能存在的誤差及其試驗中實際存在的問題，并評判了此方法與路面測試優(yōu)化對比。

【1】韓越，剛憲約．汽車加速性能模擬計算方法［OL］．http://wenku.baidu.com/view/c7ad4c0bbb68a98271fefa56.html．

【2】日本自動車技術(shù)會．汽車工程手冊6:動力傳動系統(tǒng)試驗評價篇［M］．中國汽車工程學(xué)會，組譯．北京:北京理工大學(xué)出版社，2010．

【3】GB 18352.3－2005輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國Ⅲ、Ⅳ階段)［S］．北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005．

【4】GB/T 12543-2009汽車加速性能試驗方法［S］．北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010．