CN101858814A - 滑行测量底盘电力测功机寄生摩擦阻力的标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车检测技术领域，涉及一种滑行测量底盘电力测功机寄生摩擦阻力的标定方法，包括下列步骤：标定测功机的基础惯量BIM；先将转鼓加速到超出测量速度范围的较高转速，再使测功机自由滑行，当转鼓速度降低至测量速度范围的上限时，开始计时，记录测功机转鼓在每个速度区间经历的滑行时间；重复多次测量，取各此测量所得的每一个速度区间下的滑行时间的平均值t区间，并计算该速度区间下的寄生摩擦阻力值；采用二次拟合的方法将各个设定速度以及相应寄生摩擦阻力值拟合曲线。通过本发明可以测量出测功机寄生摩擦阻力大小，对测功机的寄生摩擦阻力进行标定，可以提高测功机的准确度，减小汽车试验中由于寄生摩擦阻力引起的误差。

Description

滑行测量底盘电力测功机寄生摩擦阻力的标定方法

技术领域

本发明属于汽车检测技术领域，涉及一种底盘电力测功机寄生摩擦阻力标定方法。

背景技术

底盘电力测功机(以下简称测功机)是汽车排放、耐久试验中使用的专用室内汽车检测设备，也可以应用在汽车诊断与维修行业中。它通过转鼓与被测车辆驱动轮相接触，模拟汽车在道路上的行驶状态，通过在转鼓上加载惯量和阻力可以模拟汽车在道路行驶状态，同时收集汽车行驶速度、加速度、驱动力等参数。加装尾气分析仪后，还可以结合不同的工况曲线加载阻力得到汽车在特定工况下的排放性能参数。作为一个复杂的测试系统，由于电机轴承摩擦以及转鼓与空气的摩擦等诸多因素影响，使测试系统自身存在一定的系统损耗，构成测功机系统的寄生摩擦阻力(寄生摩擦)，会对测量结果造成一定的偏差。因此需要采取专门的方法对寄生摩擦阻力值进行测量，排除其对测试系统造成的影响。由于寄生摩擦阻力不是恒定值，会随着速度的变化而发生变化，需要测量在不同的速度条件下摩擦力值，并将结果拟合成寄生摩擦阻力曲线，保存至测功机系统控制软件中。

发明内容

本发明针对底盘电力测功机的结构特点以及寄生摩擦阻力的性能特点，提出一种电力测功机寄生摩擦阻力标定方法。以确定底盘测功机的速度、系统时间、驱动力等基本性能的准确性为前提，采用本发明提出的方法进行无车辆加载试验。本发明采用如下的技术方案。

一种滑行测量底盘电力测功机寄生摩擦阻力的标定方法，包括下列步骤：

(1)标定测功机的基础惯量BIM；

(2)设定寄生摩擦阻力标定的测量速度范围的上限和下限，并设定记录滑行时间点的速度下降值ΔV，把测量速度范围按照速度大小划分成各个速度区间，每个速度区间的宽度等于速度下降值ΔV；

(3)先将转鼓加速到超出测量速度范围的较高转速，再使测功机自由滑行，当转鼓速度降低至测量速度范围的上限时，开始计时，记录测功机转鼓在每个速度区间经历的滑行时间；

(4)重复上面的步骤2次或2次以上，取各次测量所得的每一个速度区间下的滑行时间的平均值t_区间，根据公式F_区间＝BIW×ΔV/(t_区间×3.6)计算该速度区间下的寄生摩擦阻力值，其中，速度下降值ΔV的量纲为km/h；

(5)采用二次拟合的方法将各个设定速度以及相应寄生摩擦阻力值拟合成以寄生摩擦阻力为横坐标，速度为纵坐标的曲线。

作为优选实施方式，本发明的标定方法，步骤(1)包括下列步骤：

(1)隔离测功机，使电机在不附加任何驱动阻力的情况下直接驱动转鼓；

(2)在无载荷的情况下启动电力测功机，将测功机惯量设定为基础惯量；

(3)设定初始转速、最高转鼓速度以及位于两者之间的测量速度区间，并设定转鼓加速度；

(4)先将转鼓加速到初始转速，再以恒定的加速度值加速至最高转鼓速度，测量并记录转鼓在测量速度区间内加速所经历的时间以及所测得的驱动力；当转鼓速度达到最高转鼓速度时，施加反向驱动力，使转鼓转速以恒定的加速度值减速至初始转速，测量并记录转鼓在测量速度区间内减速所经历的时间以及所测得的驱动力；

(5)再重复步骤(4)的测量过程2次或2次以上，记录每次测得的数据记录，完成一次对基础惯量的测量；

(6)计算各个测量速度区间内每次测量得出的基础惯量值的平均值，将该平均值作为该设定的加速度处的平均转动惯量；

(7)改变所设定的转鼓加速度，重复步骤(4)至(6)数次，求得在各个设定的加速度下的平均转动惯量，再对各个设定的加速度下的平均转动惯量求平均值，最终得到测功机的基础惯量BIM。

通过本发明可以测量出测功机寄生摩擦阻力大小，对测功机的寄生摩擦阻力进行标定，可以提高测功机的准确度，减小汽车试验中由于寄生摩擦阻力引起的误差。

具体实施方式

使用底盘电力测功机对汽车驱动力进行测试，由测功机的载荷传感器直接测得的力包含汽车驱动力以及测功机系统自身寄生摩擦损耗阻力。欲得到汽车驱动力实际值需要将测功机载荷传感器直接测量的数值减去寄生摩擦阻力。所以首先需要对寄生摩擦阻力进行标定。

底盘电力测功机寄生摩擦阻力是由于测功机电机轴承摩擦以及转鼓与空气摩擦等原诸多不确定因素造成的系统自身损耗，并且随着速度的变化而变化。转鼓速度与寄生摩擦之间的变化关系很难用数学表达式进行准确的表述，在实际使用当中采集各个速度状态下寄生摩擦阻力值，绘制成速度曲线相对于寄生摩擦的曲线，存入测功机系统控制软件中，供系统在测试中使用。

由于测功机是很复杂的系统，不能将寄生摩擦阻力的各个形成因素进行精确的分析，而是以宏观的形式表现出来。在测定寄生摩擦阻力时，需将测试车辆与测功机隔离，把测功机作为单独的对象进行研究。通过将测功机转鼓加速到一定速度，暂停测功机电机对转鼓的驱动，使转鼓在不受电机的辅助减速以及外加载荷的作用下，完全自由转动，直到转速降为0，这一过程称之为滑行。转鼓在滑行过程中，仅仅受到寄生摩擦阻力的作用使速度逐渐降低。因此通过测量滑行速度和减速时间，可以计算转鼓在固定速度区间内的平均减速度a，根据牛顿定律

F＝M×a

其中，F＝换算到转鼓表面的阻力；M＝转鼓转动惯量换算到鼓表面等效的质量，这里称之为基础惯量BIW；a＝转鼓表面减速度。

在对测功机寄生摩擦阻力标定之前，首先要标定其基础惯量，是转鼓与电机惯量等旋转部件转动惯量之和的宏观表现，不能直接计算得出。因此将测功机作为单独的测量对象进行研究。通过电机直接驱动转鼓，在不附加任何驱动阻力的情况下，使电机驱动力仅与系统惯量相互作用改变转鼓转速。在固定的转速度区间内，通过向转鼓施加恒定的加速度(或减速度)，使其均匀地改变转速，根据牛顿定律M＝F/a，用电机驱动F除以转鼓表面加速度a，可以得到系统的等效惯量M——测功机基础惯量。通过多次测量取平均值的方法将测量的结果作为最后的结果BIW存入系统控制软件中。

本发明的滑行测量底盘测功机寄生摩擦阻力的标定方法如下：

首先安装护栏，防止人员靠近测设设备。将测量转动信号时间的计时器(目前，很多国内外产品都带有内置计时系统，可以不再安装)与测功机系统时间输出接口连接；将测功机电机驱动力信号及系统加速度测量信号通过通信电缆与图形记录器连接。热机20分钟(仅针对于电机侧置型测功机，电机中置型测功机则不需要热机)，使转鼓轴与轴承充分磨合接触以使转鼓测量系统灵敏、稳定。关闭道路载荷和惯量模拟功能。在测功机控制软件的速度模式中，设定测量速度区间为16-64km/h及加速度(如1kmph/s)。驱动转鼓速度至初始转速8km/h，再以固定的加速度(1kmph/s)加速至最高转速72km/h。测量并记录计时器中转鼓从16km/h加速到64km/h所经历的时间以及所测得的驱动力。当转鼓速度达到72km/h时，施加反向驱动力，使转鼓转速以恒定加速度(如1kmph/s)减速至8km/h，测量并记录转鼓从64km/h至16km/h所经历的时间以及所测得的驱动力。将上述测量过程按照设定的加速度(1kmph/s)再连续重复4次，将每次测得的数据记录在数据表中，完成一次对基础惯量的测量。

这样可以在以设定的加速度1kmph/s为加速度的5个测量区间中计算得出基础惯量值Wi(i＝1，2，...9，10)：

$W_i=\frac{F_i}{(\mathrm{\ΔV}/\mathrm{\Δt})}$

式中：Fi(i＝1，2，...，10)＝加速过程中测得的驱动力；即为加速度a，其中：V₀＝采样区间初始时转鼓表面速度(16/64km/h)；V₁＝采样区间终止时转鼓表面速度(64/16km/h)；t₀＝采样初始时刻(v＝16/64km/h时)；t₁＝采样终止时刻(v＝64/16km/h时)。

通过对各个加速区间得到的基础惯量取平均值得到转鼓在1kmph/s的加速度下平均转动惯量BIW1：

${\mathrm{BIW}}_1=\frac{\mathrm{\Σ}{F}_i}{n}$

式中，n为加速区间个数，这里为10。再分别将加速度设定为2kmph/s、3kmph/s、4kmph/s、5kmph/s，以上面相同的方法测量在相应加速度下得到的惯量值BIWj，并将BIWj的平均值BIW设定为测功机控制软件中的最终的基础惯量。

$\mathrm{BIW}=\frac{\mathrm{\Σ}{\mathrm{BIW}}_j}{m}$

式中：BIWj(j＝1，2，...，5)＝各个加速度下得到的惯量值；m＝设定加速度的个数，此处为5。

将求得BIW设定为测功机的基础惯量，存储在测功机控制软件中，进行寄生摩擦阻力的标定。将测功机转鼓加速，待速度到达105km/h时，中断测功机电机转矩输出，使转鼓进行自由滑行，并将此时作为起始测量时间点t105，此后转鼓仅受到寄生摩擦阻力的作用而减速。当转鼓速度降低至100km/h时，开始进入测量速度范围，设转鼓滑行速度每下降ΔV＝10km/h时记录一次滑行时间点，以速度每下降一个ΔV＝10km/h作为一个测量区间，首先测量转鼓从100km/h减速到90km/h过程中的平均寄生摩擦阻力：记录转速达到100km/h的时间点t100和减速至90km/h的时间点t90，从而得到减速时间t09＝t100-t90，计算这一区间内的平均寄生摩擦力：

F09＝BIW×ΔV/(t09×3.6)

其中，F09＝转鼓从100km/h减速到90km/h过程中的平均寄生摩擦阻力；BIW＝测功机的基础惯量；t09＝转鼓从100km/h减速到90km/h过程经历的时间。

再按照此法计算转鼓从90km/h减速到80km/h这一速度区间内平均寄生摩擦阻力F98，并依次计算之后各个速度区间内的平均寄生摩擦阻力值。

计算每个速度区间的平均寄生摩擦力的通用公式为F_区间＝BIW×ΔV/(t_区间×3.6)，式中，t_区间为该速度区间经历的滑行时间，ΔV的量纲为km/h。

将以上滑行重复4次，将在各个测量区间得到的5个结果取平均值，作为相应区间内的寄生摩擦阻力值。根据经验，寄生摩擦阻力曲线近似于二次曲线，可以采用二次拟合的方法将各个设定速度以及相应寄生摩擦阻力值拟合成以寄生摩擦阻力相对于速度的曲线。

Claims (2)

1.一种滑行测量底盘电力测功机寄生摩擦阻力的标定方法，包括下列步骤：

(1)标定测功机的基础惯量BIM；

(2)设定寄生摩擦阻力标定的测量速度范围的上限和下限，并设定记录滑行时间点的速度下降值ΔV，把测量速度范围按照速度大小划分成各个速度区间，每个速度区间的宽度等于速度下降值ΔV；

(3)先将转鼓加速到超出测量速度范围的较高转速，再使测功机自由滑行，当转鼓速度降低至测量速度范围的上限时，开始计时，记录测功机转鼓在每个速度区间经历的滑行时间；

(4)重复上面的步骤2次或2次以上，取各此测量所得的每一个速度区间下的滑行时间的平均值t_区间，根据公式F_区间＝BIW×ΔV/(t_区间×3.6)计算该速度区间下的寄生摩擦阻力值，其中，速度下降值ΔV的量纲为km/h；

(5)采用二次拟合的方法将各个设定速度以及相应寄生摩擦阻力值拟合成以寄生摩擦阻力为横坐标，速度为纵坐标的曲线。

2.根据权利要求1所述的底盘电力测功机寄生摩擦阻力的标定方法，其特征在于，步骤(1)包括下列步骤：

(1)隔离测功机，使电机在不附加任何驱动阻力的情况下直接驱动转鼓；

(2)在无载荷的情况下启动电力测功机，将测功机惯量设定为基础惯量；

(3)设定初始转速、最高转鼓速度以及位于两者之间的测量速度区间，并设定转鼓加速度；

(4)先将转鼓加速到初始转速，再以恒定的加速度值加速至最高转鼓速度，测量并记录转鼓在测量速度区间内加速所经历的时间以及所测得的驱动力；当转鼓速度达到最高转鼓速度时，施加反向驱动力，使转鼓转速以恒定的加速度值减速至初始转速，测量并记录转鼓在测量速度区间内减速所经历的时间以及所测得的驱动力；

(5)再重复步骤(4)的测量过程2次或2次以上，记录每次测得的数据记录，完成一次对基础惯量的测量；

(6)计算各个测量速度区间内每次测量得出的基础惯量值的平均值，将该平均值作为该设定的加速度处的平均转动惯量；

(7)改变所设定的转鼓加速度，重复步骤(4)至(6)数次，求得在各个设定的加速度下的平均转动惯量，再对各个设定的加速度下的平均转动惯量求平均值，最终得到测功机的基础惯量BIM。