汽車運行加載力模擬軟件的研究與開發

莫舒玥

（廣西交通職業技術學院，廣西 南寧 530023）

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汽車運行加載力模擬軟件的研究與開發

莫舒玥

（廣西交通職業技術學院，廣西 南寧 530023）

摘 要：為了精確的反應車輛實際運行的各種加載力，提高運用底盤測功機檢測車輛動力、排放、油耗等性能的準確性，通過道路滑行試驗和相關數學計算方法得出車輛實際運行的各種加載力，開發一套汽車運行加載力模擬軟件，通過在底盤測功機上試驗，證明該軟件能夠較精確的模擬車輛實際運行的加載力，提高底盤測功機的檢測精度。

關鍵詞：加載力；滑行試驗；道路模擬試驗

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.030

CLC NO.: U467.3Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)04-89-03

前言

由于底盤測功機進行車輛性能檢測可以不受時間、地點、環境等條件的制約，又具有成本低的優勢。因此目前各種檢測機構越來越普遍的運用底盤測功機進行車輛各種動態性能的檢測。但是汽車在運行的過程中存在運動慣性，在道路上行駛時要克服各種行駛阻力，并受環境等各種因素的影響，運行過程比較復雜。因此研究和開發一套汽車運行加載力的模擬軟件，通過在試驗臺上模擬汽車在道路上的運行工況，模擬汽車的運動慣性和各種行駛阻力，實現能用試驗臺測試汽車運行狀況的動態性能[1]。從而實現車輛動力性能，排放性能、油耗性能等的測試。本文研究背景是廣西交通職業技術學院的科研課題《基于底盤測功機的車輛燃油油耗量測試研究》，項目編號：JZY2014BY05。

1、汽車運行加載力模擬軟件開發原理

利用軟件設置滾筒的轉動慣量來模擬汽車運動慣量，模擬速度、扭矩或道路載荷等試驗車輛在道路上行駛的各種阻力。還有汽車在行駛過程中所受的空氣阻力、非驅動輪的滾動阻力及爬坡阻力等，可通過功率吸收加載裝置來模擬完成[2]，如圖1所示。

圖1　底盤測功機試驗臺工作原理

滾筒的表面即模擬路面，滾筒旋轉即相當于車輛在路面上行駛。車輛有相應的裝置固定在滾筒上方，車輪接觸滾筒，通過計算機系統模擬車輛的各種行駛工況，從而進行汽車動力性如加速性能、滑行性能、底盤輸出最大驅動力、汽車底盤輸出功率的檢測[3]。

2、車輛運行加載力模擬軟件介紹

測功機計算機控制系統用于精確模擬道路載荷。道路載荷主要通過操作計算機輸入各種車輛的道路載荷系數，并通過計算來確定和修改[4]。計算機控制系統根據測試的需要，為測功電機輸入相關的指令，使得測功電機為測功機系統施加給測試車輛需要的測試車速和加速度，另外也根據試驗要求給測試車輛施加所需的行駛阻力。

基于道路載荷數學計算公式，通過計算機模擬，在計算機中編程該式，并建立相應數模，通過該式能夠模擬計算道路載荷，實現道路載荷的模擬。

軟件的功能包括了：道路模擬試驗；恒力運行SAEJ2264測定試驗；零點和寄生損失測定；基礎慣量測定；滑行試驗；電機加載響應測試等。

2.1 加載力軟件“SAEJ2264測定試驗”舉例

SAEJ2264測定試驗界面如圖2所示，此界面主要是用來測定測功機設定系數（DynoSet）和車輛損失系數（VehicleLoss）。SAE J2264推薦以下公式來設置測功機：

Dyno Set A = 0.5 ×Target A

Dyno Set B = 0.2×Target B

Dyno Set C = Target C

其中Target是車輛目標系數，即車輛在真實路面上滑行出來的系數。

試驗開始使用預估的測功機設定（Dyno Set）系數作為施加力開始滑行過程?；型瓿珊螅玫揭唤M滑行實測系數，把這組系數與車輛目標系數相比較，其差值用來修正本次滑行的測功機設定系數后，作為下次滑行的測功機設定系數。每滑行一次，修正一次測功機設定系數。同時，車輛損失系數由以下公式求得：

VehilceLoss（車輛損失）=Measured Result(滑行實測系數)-DynoSet（測功機設定系數）[5]。

圖2　SAEJ2264測定試驗界面

2.2 加載力軟件“基礎慣量測定”舉例

基礎慣量測定界面如圖3所示，在這個界面中提供了可以設定速度范圍的參數，慣量將在設定的速度范圍內測量。同時也可以通過設定四組不同的電機加載力（加速度）。在控制面板上可以看到每次和每組運行的結果。各組結果的平均值將顯示在控制面板的“試驗結果”部分。操作員可以點擊“更新”按鈕接受測定的結果。

完成轉鼓熱機后，測功機按照第一組設定的加載力進行加速，轉鼓持續加速，直到其速度比“最高速”參數設置的速度高出20km/h。當轉鼓速度在“最低速”和“最高速”設置的速度之間時，測量加速度。同樣，當轉鼓速度在“最低速”和“最高速”設置的速度之間時，測量減速度。直到所有加載力組的運行都完成。

圖3　基礎慣量測定界面

2.4 加載力軟件“滑行試驗”舉例

滑行試驗界面如圖4所示，滑行功能是以某特定速度檢測內阻損失，其內容是修正接受的內阻損失及當前運行中的車輛損失。由于測功機上存在作用力，故開始滑行。隨著測功機滑行減速，在每一速度間隔之間的時間被測量出來（測量范圍由“最高速”和“最低速”參數確定）。

試驗檢測后將被試車輛在道路上滑行得到的數據(力或者功率與速度的關系)輸入到輸入數據欄（總共最大可以輸入的數據有20組，可以通過參數設置組數），然后點擊開始擬合，就可以得到一組系數，點擊<保存為滑行系數>，就保存為SAEJ2264試驗項目中的目標滑行系數。

圖4　滑行試驗界面

3、道路模擬試驗及結論

選擇柳州五菱小型客車進行了試驗，在車輛數據管理系統中選擇相應的車型，車型數據庫中所有保存的車輛參數都顯示在列表框中。

其中幾個重要參數說明：

等效慣量：車輛的等效慣量，具體數據由車輛廠家提供。柳州五菱之光6376E3空載時等效慣量為1120kg。

車輛道路阻力系數：車輛在試車跑道上滑行時使車輛停下來的阻力。這些值僅由實際道路行駛數據確定?？梢允謩有薷幕蜉斎搿？蛰d時道路行駛阻力測定得7.9A(N)。

車輛損失系數：車輛轉動驅動軸的阻力，可以手動修改或輸入。本試驗中，假設車輛損失系數很小，忽略不計，因此設定為0 A(N)。

測功機設定系數：測功機為了模擬道路滑行而必須施加到車輛上的力。測功機設定系數應小于車輛道路阻力系數，因為測功機不模擬車輛損失。測功機設定系數為7.9A(N)。

坡度系數設定為0%。

行駛時間：從開始試驗即開始記錄行駛時間，在測試過程中顯示車輛行駛的時間。當車輛停止運行，速度到0以后，行駛時間也自動停止。

行駛距離：從開始測試即開始記錄實行舉例，在測試過程中顯示行駛距離。記錄累計的行駛距離。

試驗過程為車輛加速到100km/h，然后從100km/h開始減速，每下降10km/h記錄一次試驗參數。以80km/h和40km/h為例，下圖5為80km/h道路模擬試驗，兩個速度恒速狀態下的運行參數。

界面中狀態欄中顯示的是試驗過程中實時數據。右邊顯示該恒速下的速度、加速度、電機力、電機功率、牽引力、牽引功率信息，數據記錄的頻率為1秒/次，取其平均值，即可獲得相應參數的測試值。

圖5　設定恒速為80km/h道路模擬試驗

3.1 結論

本文對車輛在實際道路運行過程中的受力進行分析，通過滑行試驗建立相應的數學模型；滾筒滾動阻力通過零點和寄生損失測定來設定；通過基礎慣量測定性能試驗可以設定試驗的車速；輪胎滾動阻力通過SAEJ2264測定試驗設定；通過道路模擬試驗完成車輛恒速下基本運行狀態的測試。試驗選擇五菱之光6376E3進行道路模擬試驗，測試了該車在空載狀態下從100km/h到10km/h的動態性能，記錄了100km/h、90km/h、80km/h依次遞減到10km/h車速共10個恒速狀態的性能參數值，圖中所示為數據表，可以在該界面切換成曲線圖的方式。

仿真試驗證明，本文研究開發的汽車運行加載力軟件仿真效果較好，數據與實際基本相符，為進一步研究開發汽車道路運行中坡道阻力、加速阻力以及汽車其他負荷狀態的多工況數學模型奠定了基礎。

參考文獻

[1] 孫新城.汽車油耗測試系統的研究與開發[D].西北農林科技大學.2007.04.

[2] 陳春梅.滑行法確定底盤測功機加載數值研究[D]，長安大學.2009.

[3] 張訓.汽車底盤測功機測控系統的研究[D].哈爾濱理工大學.2009.

[4] 李廣府.白俊偉.劉松偉.汽車底盤測功行駛阻力模擬系統的實驗研究.河南鄭州:河南科技,201306.

[5] 荊忠倩.基于臺架--車輛動力學模型的汽車道路行駛阻力仿真研究[D].吉林大學.2015.06

中圖分類號：U467.3

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)04-89-03

作者簡介：莫舒玥，碩士，副教授，就職于廣西交通職業技術學院。

The research and development of the simulation software of the vehicle running and loading force

Mo Shuyue
（Guangxi Vocational and Technical College of Communications, Guangxi Nanning 530023）

Abstract:In order to accurately reflect the vehicle running all kinds of the loading force, improve the use of chassis dynamometer test vehicle power, the accuracy of emission and fuel economy performance, through road coasting test and related mathematical calculation method obtains the actual vehicle operation all kinds of the loading force, developed a car running load simulation software, through the chassis dynamometer test that the software is able to call the accurate simulation of the actual running of the vehicle loading force, improve the detection accuracy of the dynamometer chassis dynamometer.

keywords:loading force; sliding test; road simulation test