基于加載減速法檢驗(yàn)測(cè)得輪邊功率分析

楊國(guó)亮 劉杰 蒼美岐

摘 要：柴油車(chē)進(jìn)行加載加速法檢驗(yàn)時(shí)進(jìn)行輪邊功率的測(cè)試，在功率掃描階段，由于是轉(zhuǎn)鼓線速度不穩(wěn)定，存在加速度引起的加載力從而引起輪邊功率的變化，而在車(chē)速穩(wěn)定的兩點(diǎn)測(cè)試的VelMaxHP點(diǎn)階段不存在加速度（加速度為0），也就缺少此功率，所以功率掃描階段的輪邊功率要比兩點(diǎn)測(cè)試的VelMaxHP點(diǎn)階段的輪邊功率要大，且兩者的比例關(guān)系與底盤(pán)測(cè)功機(jī)基本慣量和轉(zhuǎn)鼓速度變化率有直接關(guān)系。

關(guān)鍵詞：功率掃描階段；VelMaxHP點(diǎn)階段；輪邊功率；比值

Analysis of measured wheel edge power based on Lug-Down method

YANG Guoliang 1，LIU Jie2，CANG Meiqi3

（1. Shijiazhuang Huayan Transportation Technology Co. ， Ltd. ， Shijiazhuang050000，China；2.Jiangsu Kailuo Automobile Testing Technology Co. ， Ltd. ， Wuxi 214000，China；3.Hebei Guosu Metrology Testing Co. ， Ltd. ， Shijiazhuang 050011，China）

Abstract： The wheel edge power is tested when carry out the test for diesel vehicle with lug-down method. In the power scanning stage， due to the instable linear speed of rollers， there is wheel edge power change caused by the load force which caused by acceleration， but there is no acceleration （acceleration is 0） in the VelMaxHP point stage of two point test in the stable speed state， and there is no wheel edge power accordingly， therefore the wheel edge power in the stage of power scanning is greater than the wheel power in the stage of VelMaxHP point of the two point test， and the proportion relation of these two is directly related to the variation rate between of the roller rotating speed and the basic inertia of the dynamometer.

Keywords： Power scanning stage；VelMaxHP point stage；wheel edge power；ratio

《柴油車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（自由加速法及加載減速法）》（GB 3847-2018）于2019年5月1日實(shí)施，其中對(duì)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的排放檢驗(yàn)方法有加載減速法和自由加速法。加載減速法中有對(duì)輪邊功率檢驗(yàn)限值的要求：經(jīng)修正的輪邊功率測(cè)量結(jié)果不得低于制造廠規(guī)定的發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率的40%，否則判定為檢驗(yàn)結(jié)果不合格。那么就需要在加載減速法檢驗(yàn)過(guò)程中測(cè)得輪邊功率，輪邊功率在整個(gè)檢測(cè)全程是有規(guī)律的變化，并且變化的規(guī)律是有據(jù)可依，且滿足特定的公式。

1 加載減速法概述

加載減速法（LugDown）是壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)在底盤(pán)測(cè)功機(jī)上進(jìn)行滿負(fù)荷運(yùn)行（油門(mén)開(kāi)度達(dá)到最大）狀態(tài)下，通過(guò)底盤(pán)測(cè)功機(jī)加載掃描得到最大輸出功率時(shí)輪邊線速度（VelMaxHP），然后再由底盤(pán)測(cè)功機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制加載檢測(cè)得到速度在VelMaxHP點(diǎn)階段的輪邊輸出功率、VelMaxHP點(diǎn)階段和80%VelMaxHP點(diǎn)階段的排氣光吸收系數(shù)k及80%VelMaxHP點(diǎn)階段的氮氧化物，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正并判定數(shù)據(jù)合格與否。

傳統(tǒng)的自由加速法只是通過(guò)改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，屬于無(wú)負(fù)載檢測(cè)，與車(chē)輛在實(shí)際行駛時(shí)的尾氣排放狀態(tài)相差甚遠(yuǎn)。而加載減速法是利用底盤(pán)測(cè)功機(jī)加載，使車(chē)輛在有負(fù)載的情況下再檢測(cè)排氣煙度，這樣與車(chē)輛實(shí)際行駛時(shí)的狀態(tài)更接近，可以有效的說(shuō)明車(chē)輛真實(shí)排放狀態(tài)。

2 加載減速法測(cè)試過(guò)程

駕駛?cè)瞬倏v車(chē)輛，使用前進(jìn)擋驅(qū)動(dòng)被檢車(chē)輛，選擇合適的擋位，使油門(mén)踏板處于全開(kāi)位置時(shí)，測(cè)功機(jī)指示的車(chē)速最接近 70km/h，但不能超過(guò)100km/h。在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，檢測(cè)員按下相應(yīng)的檢測(cè)開(kāi)始鍵，控制程序?qū)⒋藭r(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為最大發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（MaxRPM），并根據(jù)輸入的發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，計(jì)算最大功率下的轉(zhuǎn)鼓線速度。

在PAU加載之前，通過(guò)輸入的發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率確定轉(zhuǎn)鼓表面的最大力和PAU的吸收功率。在進(jìn)行污染物檢測(cè)前確認(rèn)轉(zhuǎn)鼓和PAU是否可以接受該力和功率，如果不能承受應(yīng)停止，如果可以承受檢測(cè)控制系統(tǒng)將自動(dòng)控制 PAU開(kāi)始加載減速過(guò)程。先從記錄的MaxRPM轉(zhuǎn)速開(kāi)始進(jìn)行功率掃描，以獲得實(shí)際峰值功率下的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。在速度控制模式下，當(dāng)轉(zhuǎn)鼓線速度大于計(jì)算的 VelMaxHP 時(shí)，速度變化率每秒不得超過(guò)±0.5km/h；如果轉(zhuǎn)鼓線速度低于計(jì)算的 VelMaxHP 時(shí)，速度變化率每秒不得超過(guò)±1.0km/h。在獲得真實(shí)的VelMaxHP之后，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)進(jìn)行功率掃描，直到轉(zhuǎn)鼓線速度比實(shí)際的VelMaxHP 低 20%為止。在結(jié)束了功率掃描并確定了真實(shí)的 VelMaxHP 后，控制系統(tǒng)應(yīng)立即改變 PAU 負(fù)載，并控制轉(zhuǎn)鼓速度回到真實(shí)的VelMaxHP值，以進(jìn)行加載減速檢測(cè)。

3 加載減速法測(cè)試過(guò)程分析

在整個(gè)加載減速測(cè)試過(guò)程，涉及到了功率掃描階段得到的最大輪邊功率MaxP和兩點(diǎn)測(cè)試的VelMaxHP點(diǎn)階段采樣期間9s測(cè)試得到的平均輪邊輸出功率Pa。

在功率掃描階段和兩點(diǎn)測(cè)試階段，當(dāng)被檢車(chē)輛在測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)鼓上運(yùn)轉(zhuǎn)，主要受到底盤(pán)測(cè)功機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)鼓摩擦阻力和工況法排放測(cè)試系統(tǒng)控制PAU所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力，還有功率掃描過(guò)程中由于轉(zhuǎn)鼓速度變化率所產(chǎn)生的力。

式中：MaxP——功率掃描階段測(cè)試得到的最大輪邊功率，單位為kW；

Pc——測(cè)功機(jī)內(nèi)部摩擦損失功率，為通過(guò)滑行法測(cè)試得到，內(nèi)部損失功率的大小取決于轉(zhuǎn)鼓線速度變化的快慢（一般來(lái)說(shuō)底盤(pán)測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)鼓線速度越高內(nèi)部摩擦損失功率越大，轉(zhuǎn)鼓線速度越低內(nèi)部摩擦損失功率越小），單位為kW；

Fi——PAU加載之后對(duì)傳感器產(chǎn)生的力，單位為N；

m——測(cè)試使用的底盤(pán)測(cè)功機(jī)基準(zhǔn)慣量，單位為kg；

a——功率掃描過(guò)程中的加速度，由于功率掃描時(shí)是速度由高到低，所以加速度為負(fù)值，單位為m/s2；

V——轉(zhuǎn)鼓線速度，單位為km/h。

當(dāng)車(chē)輛在兩點(diǎn)測(cè)試中的VelMaxHP點(diǎn)階段進(jìn)行排氣污染物檢測(cè)時(shí)，轉(zhuǎn)鼓線速度將處于穩(wěn)定狀態(tài)持續(xù)12s（穩(wěn)定3s后采樣9s）。當(dāng)被檢車(chē)輛處于勻速運(yùn)行時(shí)，其輪邊所受外力處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，此時(shí)加速度a為0，轉(zhuǎn)鼓線速度和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速保持不變，輪邊功率數(shù)據(jù)取決于功率吸收單元的吸收功率（Fi與當(dāng)前轉(zhuǎn)鼓線速度的乘積）與內(nèi)部摩擦損失功率之和，且輪邊功率保持不變。

當(dāng)車(chē)輛處于功率掃描階段時(shí)，F(xiàn)i處于變化狀態(tài)從而引起轉(zhuǎn)鼓線速度的變化，輪邊所受外力也發(fā)生變化，動(dòng)態(tài)的平衡被破壞，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也改變，那么此時(shí)的a不為0。當(dāng)Fi不再變化，加速度a的數(shù)值趨近于0，轉(zhuǎn)鼓線速度、Fi和輪邊功率重新達(dá)到平衡狀態(tài)，數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定。加載減速法的功率掃描階段就是依據(jù)“穩(wěn)定、變化、穩(wěn)定、變化……”的循環(huán)規(guī)律，進(jìn)行最大輪邊功率對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)鼓線速度VelMaxHP的尋找。

4 車(chē)輛加載減速法測(cè)試過(guò)程實(shí)例

通過(guò)使用輕型車(chē)用底盤(pán)測(cè)功機(jī)和重型車(chē)用底盤(pán)測(cè)功機(jī)進(jìn)行加載減速法檢測(cè)得到的輪邊功率進(jìn)行分析。

4.1 輕型車(chē)加載減速法測(cè)試過(guò)程數(shù)據(jù)功率計(jì)算

某輕型貨車(chē)總質(zhì)量為2795kg，在輕型車(chē)用底盤(pán)測(cè)功機(jī)（底盤(pán)測(cè)功機(jī)基準(zhǔn)慣量為907kg）上進(jìn)行加載減速法測(cè)試，加載減速法功率掃描階段和兩點(diǎn)測(cè)試階段中VelMaxHP點(diǎn)階段的測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

4.3 功率數(shù)據(jù)分析

輕型車(chē)測(cè)得的功率掃描過(guò)程中的實(shí)測(cè)最大輪邊功率為71.3kW，比兩點(diǎn)測(cè)試中VelMaxHP點(diǎn)階段平均輪邊功率的64.3kW大，兩者的比例關(guān)系約為110.9%。

重型車(chē)測(cè)得的功率掃描過(guò)程中的實(shí)測(cè)最大輪邊功率為210.1kW，比兩點(diǎn)測(cè)試中VelMaxHP點(diǎn)階段平均輪邊功率的198.2kW大，兩者的比例關(guān)系約為106.0%。

5 總結(jié)

如兩點(diǎn)測(cè)試階段的VelMaxHP階段采樣期間 9s的數(shù)據(jù)都一致，那么功率掃描過(guò)程中的實(shí)測(cè)最大輪邊功率與兩點(diǎn)測(cè)試中VelMaxHP點(diǎn)階段的平均輪邊功率的比例關(guān)系可以總結(jié)公式為：

式中：i——實(shí)測(cè)最大輪邊功率與兩點(diǎn)測(cè)試工況中VelMaxHP點(diǎn)階段平均輪邊功率的比值。

加載減速法所使用工況法排放測(cè)試系統(tǒng)中的底盤(pán)測(cè)功機(jī)基準(zhǔn)慣量和加速度（轉(zhuǎn)鼓速度變化率）直接參與到了實(shí)測(cè)最大輪邊功率與兩點(diǎn)測(cè)試工況中VelMaxHP階段的平均輪邊功率的比值計(jì)算，因此i應(yīng)大于100%。

參考文獻(xiàn)

[1] 生態(tài)環(huán)境部.柴油車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（自由加速法及加載減速法）：GB 3847-2018[S].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社.2018.

[2]雙菊榮，劉劍筠，姚欣燦.LugDown法設(shè)備性能的改進(jìn)與完善方法[J].環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2014.26（6）：67-70.