动力性检测与台架试验 - 图文(4)

关专业技术为基础，以计算机和各种专用物理效应设备为工具，利用系统模型（数学模型、物理效应模型或数学一物理效应模型）对真实的或设想的系统进行动态研究的一门多学科的综合技术。系统仿真最基本的理论基础为相似原理，是通过研究模型来揭示原型（实际系统）的形态特征和本质，从而达到认识实际系统的目的。相似理论有三个定理。相似第一定理内容为：彼此相似的现象必定具有数值相同的相似准则。相似准则通常用符号Ⅱ（ｎ）表示。汽车在道路或台架上运行时，所做的运动可用牛顿第二定律来描述，因此，它们具有相同的相似准则Ｎ。即牛顿准则Ｎ。＝Ｆｔ／ｍｖ相似第一定理阐述了模型实验时应测量那些量，即对于模拟汽车在道路上实际运行情况的底盘测功机来说，根据牛顿准则，在台架上应测量的量为力、时间和速度。相似第二定理内容为：凡同一类现象，当单值条件相似，而且由单值条件所包含的物理量所组成的相似准则相等，则这些现象必定相似。单值条件相似即几何条件、物理条件、边界条件及初始条件相似。相似第三定理内容为：必须把实验结果整理成相似准则之间的关系式。准则关系式可表述为：ｆ（ｎ，，兀：，ｎ。，……Ⅱ。）一０式中ｌ，２，３，……，ｎ为正整数。根据相似理论基础建立起来的，并利用计算机进行控制的测功机，随着模拟精度及控制精度的提高，与汽车道路实验的相关程度越来越密切，因而得到越来越广泛的应用。二、工作原理在室内台架试验所用的底盘测功机，又称转鼓试验台。在室内检测汽车底盘输出功率时，汽车相对地面是静止不动的，必须创造一个使汽车能输出所具有的动力的运行条件，因此相似第二定理的单值相似条件底盘测功机应有一种活动路面，使汽车能产生相对运动，同时还能制造出行驶阻力，以平衡、吸收汽车输出的动力。这样底盘测功机的基本构成应有：模拟路面的滚筒系统，模拟行驶阻力的加载系统和测量、控制系统。检测时，被测汽车驱动轮支承在双滚筒上，驱动轮带动滚筒转动，滚筒就相当于活动路面。若与滚筒串接的加载装置进行加载，则增加滚筒转动的阻力，这样汽车驱动轮带动滚筒转动时，必须输出相应的动力以克服滚筒转动的阻力，该阻力就是汽车行驶阻力，由测力传感器测出。当驱动轮输出的动力与滚筒的转动阻力平衡时，汽车等速运转。汽车加速、滑行时的惯性阻力由滚筒串接的飞轮组来模拟。驱动轮的转速由测速传感器测取。在汽车轮胎和滚筒表面没有滑移的情况下，滚筒表面线速度就是汽车的行驶速度，测量滚筒的转速就可以换算出汽车的行驶速度。根据有关物理定理在己知车速（或转速）和牵引力（或扭矩）的情况下，可根据式（２－４）求出加载装置吸收的功率Ｐ：Ｐ＝÷，．Ｌ?Ｈ＝二Ｍ．”９５５０９５５０（２－４）式中Ｐ一加载装置所吸收的功率，ｋｗ；Ｆ一行驶阻力，Ｎ；三一测力臂长度，“；Ｍ～加载装置吸收的力矩，Ｎ．ｍ：ｎ一滚筒转速，ｒ／ｍｉｎ。不计底盘测功机传动系统的机械损失，加载装置所吸收的力矩、功率即为汽车驱动轮的输出转矩和输出功率。控制系统按照检测的需要，根据测力和测速传感器反馈的信息，向加载装置发出加、减滚筒系统转动阻力的指令，增减汽车行驶阻力，以调节和控制汽车驱动轮输出的功率，进而实现运行工况的模拟。整个系统工作原理框图如下图２—２所示：图２－２系统工作原理图三、底盘测功机的结构分析底盘测功机主要由滚筒装置、加载装置、飞轮装置、举升装置、测力装置、测速装置、控制指示装置及辅助装置等组成，下面主要介绍滚筒装置、加载装置和飞轮装置，测功机详细结构示意图见下图２—３。１．滚筒一酾釜蠢一、。＆ｉ㈣￡乜壶艘ｔ＼㈣２ｍ监盟７图２－３底盘测功机结构示意图图２—４底盘测功机测量示意图底盘测功机按照滚筒的数量可分为单滚筒试验台和双滚筒试验台。单滚筒试验台滚筒直径大，多在１２００ｍｍ－－２５００ｍｍ之间。多采用硬质木料或钢板制成，采用空心结构。车轮支撑在单滚筒上转动时接近于在平路上的滚动，因此试验精确度高，试验台价格高，主要用于科学实验。双滚筒试验台滚筒直径一般在１８５ｍｍ一５００ｍｍ。车轮支撑在两个滚筒上转动就有别于在道路上的滚动，因此降低了试验精确度，试验台价格也低，仅为单滚筒的几十分之一。汽车检测维修部门主要用双滚筒或四滚筒式试验台。图２—４为底盘测功机测量示意图。这种试验台具有安放定位方便、适用车型较多的优点。双滚筒试验台的滚筒多采用钢质材料，也是采用空心结构。按其表面形状不同，有光滑式、滚花式、沟槽式和涂覆式等多种形式。目前，光滑式滚筒应用最多。２．加载装置用底盘测功机测试汽车性能和检测汽车的技术状况，就必须能模拟汽车在道路上行驶时所受的各种阻力，这些外部阻力就靠测功机加载装置来模拟，以使汽车在台架上受到的阻力接近道路上的行驶阻力。早期的功率吸收装置为水力测功机，其测量精度不高且加载滞后较大，因此逐渐被淘汰。目前功率吸收装置多采用电涡流测功机，对于要求高的特种测功机则采用直流电机，它可以工作在发电机和电动机两种模式，用电控模式代替飞轮的作用，是底盘测功机功率吸收装置的发展方向，但价格昂贵目前还难以普及。电涡流测功机主要由定子和转子两部分组成。定子四周装有励磁线圈，励磁线圈通直流电时，定子在铁心与转予间隙处就有磁力线通过，转子转动时就形成波幅脉动磁场，并在转子或定子上产生感应电动势，并产生感应电流即电涡流。该电涡流与它产生的磁场相互作用，使转子受到一个负荷力矩，力矩的方向与滚筒旋转方向相反，成为制动力矩以起到加载作用。调节励磁电流即可改变制动力矩的大小，从而改变被测汽车的外部阻力。与此同时，定子也受到一个与制动力矩大小相等、方向相反的力矩。由于定子浮动装置于支承座上，受外力作用后定子便可转动。故此反力矩使定子绕其轴摆动并经一定长度的杆臂传给测力传感器，测量装置便将测定的力矩及车轮相应的转速换算为驱动轮的输出功率或驱动力。加载装置所吸收的功率、力矩和转速之间的关系如式（２－４）所示。８０７。弋６０ｌ、ｌ＼。）５０卜、＼｛４０３０Ｌ—２０Ｅ１。ｌ圈２－５涡流机的热态特性曲线图汽车驱动轮输出的功率被电涡流器吸收，转化为电涡流，在涡流器的转子或定子中转变为热能散发。因此，为使转子或定子处于正常的工作温度，必须尽快使其将质量排出，迅速冷却。常用水或空气作为介质把电涡流转化的热量排出。据此电涡流器分成水冷式和风冷式两类，风冷式电涡流测功机不能测量较大的持续功率，涡流机连续工作的转速越高，最大制动力矩下降值就越大，如图２—５所示。但风冷涡流机安装、使用方便，且在用汽车检测大多是在短时间内进行的，因此在实际中普遍使用风冷式电涡流测功机。３．飞轮装置当模拟汽车加速或滑行时利用飞轮装置来储存汽车行驶时的动能以实现对加速、滑行的测试。由于车型不同，汽车的质量和车轮规格也不同。底盘测功机若要检测不同车型的汽车，就必须按车型配备飞轮，这在机械上显然是难以作到，也不可取。为简化结构，现代底盘测功机配置飞轮的基本原则是根据底盘测功机需要检测的各车型系列汽车的质量范围（ｍ。油一ｍ。。。）及保证确定的检测精确度所允许的最大模拟质量误差（ｍ。），配置尽可能少的飞轮。根据ｍ。ｉ。ｍ。。。及ｍｏ确定不同转动惯量的飞轮数，并使各个飞轮能组合成若于个惯量级，以模拟给定的质量范围内的各种车型汽车的质量。显然测功机匹配的惯量级数越多，量程就越大，就能更准确的模拟汽车行驶的动能。