汽車制動檢測系統(tǒng)的設(shè)計

汽車制動檢測系統(tǒng)的設(shè)計

1汽車動力性檢測汽車動力能是汽車在行駛中可實現(xiàn)的最大行駛速度、最大加速度和最大傾角能力。這是汽車的基本功能之一。隨著全國各地高等級公路相繼建成并投入使用,這就為汽車動力性提出挑戰(zhàn)。動力性差的汽車在高等級的公路上行駛,由于車速低、被超車頻率就高;還由于長時間滿負荷高速運行,發(fā)動機過熱,引發(fā)交通事故的幾率就越大。汽車是一種高效率的運輸工具,而運輸效率的高低在很大程度上取決于汽車的動力性。所以汽車的動力性是影響汽車安全運行和運輸效率的主要因素。為此,GBT17993-2005,《汽車綜合性能檢測站能力的通用要求》中,特別要求對汽車的動力性進行定期檢測,提出動力性檢測合格是營運汽車上路的一項重要技術(shù)條件并要求在檢測站上對汽車動力性進行檢測現(xiàn)在的檢測站不分車型,對大、中、小型車都在同一底盤測功機上進行檢測,這樣由于各種車型在臺架上由于各種因素的影響所受的阻力不同,底盤測功機對檢測結(jié)果的影響很大,使檢測結(jié)果不準(zhǔn)確,達不到檢測的目的。因此本文針對這一現(xiàn)狀,從分析道路和臺架試驗的差異出發(fā),分析主要車型在路試和臺試檢測結(jié)果的差異,為汽車動力性檢測的實際應(yīng)用和臺架試驗提供理論依據(jù)。2汽車臺架阻力與汽車旋轉(zhuǎn)阻力汽車在道路上行駛時,汽車運動所受到的行駛阻力有滾動阻力Ff,空氣阻力Fw,坡道阻力Fi,及加速阻力Fj,其表達式為:要在臺架上模擬道路運行狀況,首先要解決模擬整車的運動慣性和行駛阻力問題,這樣才能用臺架測試汽車運行狀況的動態(tài)性能。因此在臺架上用飛輪的轉(zhuǎn)動慣量來模擬汽車旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動慣量和汽車直線行駛時的慣量。用加載裝置來模擬汽車運行時所受到的空氣阻力、非驅(qū)動輪的滾動阻力和爬坡阻力。汽車行駛的路面是通過滾筒的模擬來實現(xiàn)。在臺架上的阻力有Fm、電渦流測功機風(fēng)阻Fw′,滾動阻力Ff′、電渦流機吸收功率產(chǎn)生的阻力Fdy和當(dāng)汽車加速運轉(zhuǎn)時克服的來自旋轉(zhuǎn)車輪和測功機旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性阻力Fj′,因此汽車在臺架上運轉(zhuǎn)的總阻力為:臺架阻力是底盤測功機傳動系統(tǒng)在傳遞力時存在的阻力,主要是由各動配合在相對運動中存在機械磨擦引起的機械阻力構(gòu)成,一般為定值,不受配合副相對運動速度的影響,是臺架本身的機械阻力,與車型無關(guān)。如圖1所示,在加工過程中,滾筒的橢圓度、同軸度ΔL越小,輪胎在滾筒上的運轉(zhuǎn)就越平穩(wěn),當(dāng)車速一定時,滾動阻力系數(shù)的波動范圍就越小,對車輪產(chǎn)生的阻力就越小。雙滾筒測功機由兩根2.7米以上的長滾筒組成,支撐軸承少,臺架機械損失小;四滾筒由四根短滾筒組成,較雙滾筒多了四個支撐軸承和一個聯(lián)軸器,還有同軸度的問題,故機械損失較大,在實際應(yīng)用中采用兩滾筒的測功機較好。圖2是KDCG系列某一型號的測功機的臺架總阻力,其中包含了電渦流機產(chǎn)生的阻力。電渦流機產(chǎn)生的阻力換算到滾筒表面的作用力就是對車輪的阻力Fdy,用Fdy與車速就可算出測功機吸收的功率。風(fēng)冷式電渦流測功機功率吸收裝置采用冷卻風(fēng)扇給勵磁線圈進行散熱,由于冷卻風(fēng)扇與轉(zhuǎn)子為一體,當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時,冷卻風(fēng)扇自身將消耗一定的驅(qū)動功率,且與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的三次方成正比,因此臺架總阻力與速度的平方成正比。如圖2所示,檢測車速越高,損耗的功率也越大,臺架總阻力就越大。臺架上的滾動阻力和加速時產(chǎn)生的加速阻力與車型有關(guān)是造成路試和臺試差異性的主要原因,不同的阻力對檢測結(jié)果有很大的影響。下面就兩種主要車型轎車和貨車進行滾動阻力和加速阻力的分析。2.1滾動式小管理特點汽車在道路上行駛時,車輪與路面的接觸是弧線與面的接觸。受到的滾動阻力主要由輪胎變形阻力、輪胎與路面間的滑移產(chǎn)生的摩擦阻力,以及輪胎移動或轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的空氣阻力組成,其中變形阻力和摩擦阻力占滾動阻力的95%以上。當(dāng)彈性輪胎在硬路面(混凝土路、瀝青路)上滾動時,輪胎的變形是主要的,此時由于輪胎的彈性遲滯性,輪胎變形對滾筒所做的功不能全部回收如圖所示圖中OCA、ADE分別為加載變形曲線和卸載曲線。顯然曲線不重合,面積之差OCADE則為加載與卸載過程的能量損失,這種損失為彈性物質(zhì)的遲滯損失,表現(xiàn)為阻礙車輪的滾動阻力Ff。由Ff=Gf(其中G為汽車重力,f為滾動阻力系數(shù))得,滾動阻力與汽車重力和滾動阻力系數(shù)有關(guān),而滾動阻力系數(shù)與路面種類、車速、輪胎結(jié)構(gòu)、氣壓有關(guān),故滾動阻力也與上述因素有關(guān)。在臺架上輪胎是以兩點安置在滾筒外圓面上,形而成兩弧線相切,滾動阻力可以表示成如下關(guān)系:式中:k———待求系數(shù);P———輪胎氣壓,Pa;N———單個滾輪對輪胎的支持力,N;V———車輪速度,m/s;α、β、γ———待求指數(shù)。從上式可知,滾動阻力受輪胎的結(jié)構(gòu)和類型、輪胎充氣壓力、軸荷、車輪速度、滾筒直徑和間距等的影響。因此路試與臺試滾動阻力的差異主要表現(xiàn)在路面種類與滾筒結(jié)構(gòu)兩者對輪胎作用的影響。輪胎在道路上滾動時,輪胎與路面同時發(fā)生變形,不同的道路有不同的結(jié)構(gòu)性能,輪胎與路面形成的應(yīng)力特性也不同。路面越粗糙,因輪胎振動造成的遲滯損失也大,滾動阻力越大。輪胎在滾筒表面上滾動時因滾筒是硬質(zhì)剛性材料接觸區(qū)域的變形全由輪胎來承擔(dān),因此導(dǎo)致路試與臺試滾動阻力的不同。圖4為車輪在滾筒上的靜態(tài)受力圖,從圖中可見車輪承受靜態(tài)支持力的分布取決于車輪在滾筒上的安置角(θ———車輪與滾筒接觸點的切線方向與水平方向的夾角),顯然:式中:L———為滾筒間距,mm;Rd———輪胎的滾動半徑,mm;r———滾筒半徑,mm。輪胎所受滾筒的支反力Nf和Nr可用下式表示:式中:W———軸重,N。故(3)式可寫成:滾筒直徑和間距是底盤測功機兩個主要結(jié)構(gòu)參數(shù),其對滾動阻力的影響主要表現(xiàn)在輪胎變形曲率的大小。從(4)、(5)、(6)式可知,當(dāng)車輪半徑和滾筒直徑不變時,增大間距,則車輪在滾筒上的安置角增大,滾筒對輪胎的支反力將增大輪胎與滾筒接觸區(qū)域的應(yīng)力將增大,接觸區(qū)域的應(yīng)變增大,滾動阻力將增大。因此,對轎車或貨車而言,要選定合適的滾筒間距進行動力性檢測,以及為模擬道路運行條件,應(yīng)選擇直徑盡可能大的滾筒。當(dāng)在滾筒間距、直徑不變的情況下,增大輪胎直徑,則車輪在滾筒上的安置角變小,從而滾筒對輪胎的支反力將減少,接觸區(qū)域的應(yīng)變減小,滾動阻力減小。在檢測站上滾筒的間距和直徑都是不變的,轎車輪胎直徑小故安置角大,輪胎滾動阻力大。因此在適合檢測貨車的測功機上檢測轎車,轎車受到的滾動阻力較大,測量結(jié)果不準(zhǔn)確。不同的輪胎型號在軸荷等使用條件相同的情況下具有不同的滾動阻力,滾動阻力隨輪胎斷面高寬比的減小而減小,與貨車相比轎車輪胎斷面的高寬比較小,因此受到的滾動阻力較小。據(jù)研究資料表明,滾動阻力隨軸荷的增加而增加,這樣貨車受到的滾動阻力較大。檢測時,滾動阻力隨著速度的增加而增大。貨車的檢測速度較低,在40～60km/h之間,而轎車的較高,在70～90km/h之間,因此速度對轎車的滾動阻力影響較大。2.2汽車動能試驗汽車在水平道路上加速行駛時需要克服其質(zhì)量加速運動時的慣性力,就是加速阻力。汽車的質(zhì)量分為平移質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量兩部分,加速時不僅平移質(zhì)量產(chǎn)生慣性力,旋轉(zhuǎn)質(zhì)量也產(chǎn)生慣性力偶矩。而在臺架上只有發(fā)動機本身、汽車驅(qū)動輪和試驗臺的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生的慣性阻力,與實際道路行駛中差別較大。因此要在臺架上進行加速能力測量,須使用飛輪系統(tǒng),利用其轉(zhuǎn)動慣量來模擬汽車加速阻力實現(xiàn)對汽車加速能力的測試;儲存汽車行駛時的動能實現(xiàn)對滑行距離的測試。加速與滑行,取決于飛輪系統(tǒng)、滾筒及臺架旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)動能是否路試時汽車在相應(yīng)車速下的動能一致。路試時的動能W為(后輪為驅(qū)動車輪):式中:m———汽車質(zhì)量,kg;ω———車輪角速度,rad/s;Jk、Jr———前后車輪轉(zhuǎn)動慣量,kg·m2;W0———汽車傳動系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)動能,W。臺架的動能W′(同一車速)為:式中:J、ωf———飛輪的轉(zhuǎn)動慣量、角速度,kg·m2、rads;J0、ω0———滾筒的轉(zhuǎn)動慣量、角速度,kg·m2、rads;Jh、ωh———加載裝置轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量、角速度,kg·m2、rad/s從兩式可知,影響兩者加速阻力差異的因素主要是:汽車質(zhì)量、前輪(即非驅(qū)動輪)的轉(zhuǎn)動慣量、滾筒的轉(zhuǎn)動慣量及加載裝置轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量,而飛輪就是對兩者差異的彌補。滾筒和加載裝置對加速阻力的影響由臺架本身結(jié)構(gòu)決定的與車型無關(guān),不同的汽車質(zhì)量、非驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)動慣量對加速阻力的影響很大,這樣使飛輪就有不同的分組,以滿足不同車型的需要。輪胎的質(zhì)量均勻分布,其轉(zhuǎn)動慣量分別與輪胎質(zhì)量和半徑的平方成正比,與輪胎質(zhì)量的分布有關(guān)。輪胎質(zhì)量分布在輪胎邊緣越多,則慣性質(zhì)量越大。因此,輪胎磨損越多,轉(zhuǎn)動慣量就會越小,從而使加速阻力減小。相對于轎車和貨車而言,兩者的質(zhì)量有很大的差別,貨車的質(zhì)量較大,輪胎的規(guī)格和轎車不一樣,半徑較大,因此,貨車的加速阻