(安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心試驗(yàn)部，安徽 合肥 230601)

·新能源汽車與低碳運(yùn)輸·

汽車旋轉(zhuǎn)部件當(dāng)量質(zhì)量測試方法

葛勝迅，白俊超，姚 強(qiáng)

(安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心試驗(yàn)部，安徽 合肥 230601)

為提高轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺的測試精度，提出汽車旋轉(zhuǎn)部件當(dāng)量質(zhì)量測試方法。在某轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺上進(jìn)行系統(tǒng)對比測試，確定該轉(zhuǎn)轂?zāi)M質(zhì)量和轉(zhuǎn)轂損失補(bǔ)償之后的轉(zhuǎn)轂施加到輪邊的作用力，針對某重卡和轎車進(jìn)行車輪當(dāng)量質(zhì)量測試。結(jié)果表明：重卡滑行7組數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)精度可達(dá)1%；轎車滑行12組數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)精度為4%；增加試驗(yàn)次數(shù)可以有效地提高統(tǒng)計(jì)精度；在相同試驗(yàn)次數(shù)的前提下，輪胎慣量越大，測試相對精度越高。汽車旋轉(zhuǎn)部件當(dāng)量質(zhì)量的確定和補(bǔ)償，可有效地提高轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺模擬道路試驗(yàn)的測試準(zhǔn)確度，為轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)提供了理論和試驗(yàn)依據(jù)。

汽車；旋轉(zhuǎn)部件；當(dāng)量質(zhì)量；測試方法；轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)

在轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺上可以進(jìn)行傳統(tǒng)的動力性、經(jīng)濟(jì)性性能測試試驗(yàn)，具有試驗(yàn)條件可控、試驗(yàn)過程易于再現(xiàn)等優(yōu)勢，轉(zhuǎn)轂?zāi)M道路試驗(yàn)測試方式越來越多地被汽車整車、零部件科研和廠商所接受。與道路試驗(yàn)結(jié)果相比，轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)測試精度主要取決于道路滾動阻力、空氣阻力、慣性阻力的精確模擬和加載[1-3]，其中旋轉(zhuǎn)部件的當(dāng)量質(zhì)量補(bǔ)償是一個突出問題，當(dāng)前沒有很好的解決。

將汽車在行駛過程中旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動動能E=(1/2)Iω2假想成平移動能E=(1/2)(I/r2)v2，稱M1=I/r2為旋轉(zhuǎn)部件當(dāng)量質(zhì)量。汽車空檔滑行時(shí)，旋轉(zhuǎn)部件當(dāng)量質(zhì)量近似認(rèn)為是車輪當(dāng)量質(zhì)量，分為從動輪當(dāng)量質(zhì)量和驅(qū)動輪當(dāng)量質(zhì)量。從動輪當(dāng)量質(zhì)量M從為輪胎和制動鼓或制動盤轉(zhuǎn)動慣量之和除以輪胎的滾動半徑的平方。驅(qū)動輪當(dāng)量質(zhì)量M驅(qū)則除從動輪定義外，還包括主減速器、傳動軸、變速箱輸出軸等傳動系統(tǒng)的當(dāng)量質(zhì)量。在轉(zhuǎn)轂上進(jìn)行汽車動力性經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)時(shí)，整車當(dāng)量質(zhì)量和汽車路試時(shí)的當(dāng)量質(zhì)量不同，需要對當(dāng)量質(zhì)量進(jìn)行補(bǔ)償。以前驅(qū)車為例，道路上前后輪均運(yùn)轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)轂上常常僅前輪運(yùn)轉(zhuǎn)，因此轉(zhuǎn)轂上汽車總的旋轉(zhuǎn)部件當(dāng)量質(zhì)量缺少從動輪，需要轉(zhuǎn)轂額外模擬該部分質(zhì)量[4]。國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)提出在沒有準(zhǔn)確值的情況下，使用經(jīng)驗(yàn)的當(dāng)量質(zhì)量。如：美標(biāo)SAE J 1263-2009[5]和巴西國家標(biāo)準(zhǔn)ABNT-NBR 10312[6]，提到輕型汽車M1為試驗(yàn)質(zhì)量的3%，M從為試驗(yàn)質(zhì)量的1.5%；《汽車工程手冊試驗(yàn)篇》[7]中提到，轎車M1為整備質(zhì)量×0.04，卡車M1為整備質(zhì)量×0.07。使用經(jīng)驗(yàn)值不可避免帶來誤差。零部件試驗(yàn)可以獲得相關(guān)部件轉(zhuǎn)動慣量，然后換算成當(dāng)量質(zhì)量，但試驗(yàn)周期長，需要拆除相關(guān)部件，且零部件狀態(tài)與整車存在著區(qū)別；因此，有必要開發(fā)整車旋轉(zhuǎn)部件當(dāng)量質(zhì)量的方法，準(zhǔn)確得到該參數(shù)可降低試驗(yàn)誤差。

1 當(dāng)量質(zhì)量測試原理

汽車空檔滑行時(shí)整車縱向動力學(xué)方程為

F=(M+M1)a=(M+M驅(qū)+M從)a=

(M轂+M驅(qū))a。

(1)

式中：F為滑行阻力，N；a為滑行減速度，m/s2；M1為旋轉(zhuǎn)部件當(dāng)量質(zhì)量，為車輪當(dāng)量質(zhì)量，kg；M為試驗(yàn)車質(zhì)量，kg；M轂為模擬道路上質(zhì)量為M的試驗(yàn)車轉(zhuǎn)轂?zāi)M的總慣量，kg。

轉(zhuǎn)轂?zāi)M的總慣量由2部分組成，分別為轉(zhuǎn)轂滾筒的固有慣量M固有和電模擬慣量M電模擬，即

M轂=M固有±M電模擬。

(2)

每個轉(zhuǎn)轂滾筒因大小、材質(zhì)、均勻度等因素不同，有著不同的固有慣量M固有，且因滾筒磨損、季節(jié)變化的影響，固有慣量也發(fā)生著變化。轉(zhuǎn)轂固有慣量可以通過下式測定：

(3)

(4)

汽車固定在轉(zhuǎn)轂上模擬道路試驗(yàn)時(shí)，車輛本身沒有發(fā)生平移運(yùn)動，運(yùn)動件僅僅為汽車的旋轉(zhuǎn)件和轉(zhuǎn)轂的滾筒。

汽車處于空檔狀態(tài)下，運(yùn)動件的總慣量為

M總=M轂+M1。

(5)

汽車在空檔狀態(tài)下，輪邊受到電機(jī)模擬作用力和車輪滾動阻力的作用，汽車和滾筒受到的合力為

(6)

式中：F滾動為車輪在轉(zhuǎn)轂上的總滾動阻力，可以通過恒速模式測量，N。

恒速模式：轉(zhuǎn)轂根據(jù)設(shè)定車速自適應(yīng)控制電機(jī)輸出功率的大小，保證輪邊恒定在該車速下，可以實(shí)時(shí)測量出輸出輪邊作用力。

查清河流治理情況 為科學(xué)管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)……………………………………………… 呂紅波，陳寶中(7.24)

根據(jù)式(3)、(4)，可以得出車輪當(dāng)量質(zhì)量。

(7)

2 試驗(yàn)與結(jié)果分析

2.1轉(zhuǎn)轂?zāi)M總慣量M轂的確定

表1 不同慣量下滑行數(shù)據(jù)結(jié)果

將3次結(jié)果處理分析，得出M轂=7 800 kg時(shí)能得到最佳的精度,見表2。

表2 不同慣量下滑行數(shù)據(jù)

表3 不同轉(zhuǎn)轂作用力下滑行數(shù)據(jù)

2.3測試車輪當(dāng)量質(zhì)量M1的確定

表4 當(dāng)量質(zhì)量試驗(yàn)結(jié)果(重卡)

將結(jié)果進(jìn)行精度計(jì)算，相對統(tǒng)計(jì)精度為1%，絕對統(tǒng)計(jì)精度6 kg，最大誤差為3%，取平均值得出總的當(dāng)量質(zhì)量為566.9 kg。

表5 當(dāng)量質(zhì)量試驗(yàn)結(jié)果(轎車)

2.4結(jié)果分析

1)增加試驗(yàn)次數(shù)可以有效地提高統(tǒng)計(jì)精度，以上述轎車試驗(yàn)結(jié)果為例，前4組統(tǒng)計(jì)精度為8%，12組統(tǒng)計(jì)精度為4%。統(tǒng)計(jì)精度公式參見文獻(xiàn)8。

2)輕型車底盤測功機(jī)測試精度優(yōu)于重型車底盤測功機(jī)，AVL公司重型車底盤測功機(jī)量程為37 000 N，得到輪胎慣量絕對測試精度為6 kg；AVL公司輕型車底盤測功機(jī)量程為8 000 N，得到輪胎慣量絕對測試精度1 kg。

3)在相同試驗(yàn)次數(shù)的前提下，輪胎慣量越大，測試的相對精度越高。重卡滑行7組數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)精度可達(dá)1%，而轎車滑行12組數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)精度僅為4%；因?yàn)橹乜ㄝ喬T量較大，達(dá)到566.9 kg，而轎車輪胎慣量僅僅為28.0 kg。

4)車輪滾動阻力對試驗(yàn)結(jié)果有影響，考慮試驗(yàn)前后滾阻的變化，因此分別測量取平均值，降低測試誤差。

5)本文所用試驗(yàn)車均在空檔狀態(tài)下進(jìn)行，因此發(fā)動機(jī)飛輪慣量不在考慮范圍內(nèi)。如果帶檔發(fā)動機(jī)熄火狀態(tài)下重復(fù)以上試驗(yàn)，亦可得到飛輪部件當(dāng)量質(zhì)量和飛輪慣量。

3 結(jié)束語

本文提出了一種利用底盤測功機(jī)測試整車旋轉(zhuǎn)部件當(dāng)量質(zhì)量的方法，分析了其測量原理，實(shí)車測試和分析表明該方法是有效、可行的。論文對汽車整車旋轉(zhuǎn)部件當(dāng)量質(zhì)量的準(zhǔn)確測取，為汽車動力性、經(jīng)濟(jì)性準(zhǔn)確計(jì)算、道路滑行試驗(yàn)校正等提供了依據(jù)，為提高轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)?zāi)M正確度提供了有效手段。汽車旋轉(zhuǎn)部件當(dāng)量質(zhì)量的確定和補(bǔ)償，有效提高了底盤測功機(jī)試驗(yàn)的準(zhǔn)確度，對企業(yè)以降低油耗為目標(biāo)的產(chǎn)品精細(xì)開發(fā)具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義，同時(shí)對轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)理論的完善提供了依據(jù)。

[1]韓宗奇, 李亮. 測定汽車滑行阻力系數(shù)的方法[J]. 汽車工程, 2002, 24(4): 364-366.

[2]高有山, 李興虎, 黃敏, 等. 汽車滑行阻力分析[J]. 汽車技術(shù), 2005(4): 27-30.

[3]李曉甫, 趙克剛, 黃向東, 等. 汽車行駛阻力模型參數(shù)的確定[J]. 汽車工程, 2011, 33(8): 645-648.

[4]Mitschke M, Wallentowitz H. 汽車動力學(xué)[M]. 4版. 陳蔭三, 余強(qiáng)，譯. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2009: 112-118.

[5]SAE International. J1263-2009, Road load measurement and dynamometer simulation using coastdown techniques [S]. Warrendale of USA: SAE International, 2009.

[6]Brazilian Association of Technical. NBR 10312-2009，Automotive light road vehicles - displacement resistance determination by deceleration, free in roadway and simulation in dynamometer [S]. Andar of Brazil: Brazilian Association of Technical, 2009.

[7]汽車工程手冊編輯委員會. 汽車工程手冊試驗(yàn)篇[M]. 北京: 人民交通出版社, 2001:169-171.

[8]GB 18352.5—2013 輕型汽車污染物排放限值及測量方法：中國第五段[S].北京：中國環(huán)境出版社, 2013.

(編校：夏書林)

ExperimentalStudyofTestMethodforEffectiveMassofAutomotiveRotatingParts

GE Sheng-xun, BAI Jun-chao, YAO Qiang

(AnhuiJianghuaiAutomobileCo.Ltd.TechnicalCenter,Hefei230601China)

A test approach of automobile rotating parts’ effective mass is proposed to improve the test accuracy of drum dynamometer. Firstly, the drum simulation mass and the force loaded on the tire by the drum after loss compensation were determined by comparative tests on a drum dynamometer. Then the effective masses were tested for a truck and a passenger car. The results show that the accuracy of the heavy truck is up to 1% based on the obtained 7 groups coast down data, and the accuracy of car is up to 4% based on the obtained 12 groups coast down data. So we can make a conclusion that increasing the test times can effectively improve the statistical accuracy, and the larger the inertia of tires, the higher the relative accuracy of tests if the respective test times are the same. The determination and compensation of automobile rotating parts’ effective mass could effectively improve the road simulating test accuracy of drum dynamometer. The study in the paper provides the theoretical and experimental basis for drum dynamometer test.

automobile; rotating parts; effective mass; test method; drum dynamometer test

2014-05-23

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51105001)；汽車安全與節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目(KF14022)。

葛勝迅(1985—)，男，工程師，主要研究方向?yàn)閯恿π浴⒔?jīng)濟(jì)性試驗(yàn)。

U467.1 ；TP23

：A

：1673-159X(2015)03-0041-05

10.3969/j.issn.1673-159X.2015.03.009