汽車動力性檢測存在的幾個 重大問題(圖)

汽車動力性檢測主要是檢測汽車底盤輸出指示功率，即汽車和底盤測功機整個系統處于相對平衡狀態時的渦流機指示功率。目前我國在底盤測功機上進行汽車動力性檢測的準確性和可靠性太低，重復性也太差，為此我們進行了有關試驗和分析，認為存在以下幾個重大問題：
 
★ 底盤測功機恒速控制的數學模型極不完善。
 
★ 缺少汽車和底盤測功機整個系統處于平衡狀態時的穩態判斷方式。
 
★ 沒有對動力性檢測值進行修正（不是標準狀態下的修正）。

1、 恒速控制的數學模型

 底盤測功機渦流機的加載控制方式通常有恒速控制方式、恒力控制方式和恒電流控制方式等。從安全性和可靠性等方面考慮，在動力性檢測中通常采用恒速控制方式，所以，恒速控制的數學模型是底盤測功機最重要的性能之一。有些底盤測功機的恒速控制數學模型，無法使整個系統的車速穩定在設定車速點的規定范圍內，有些在設定的車速點較大范圍內進行無規則或者有規則的波動；有些達到設定車速點時間過長，造成檢測時間長，風冷渦流機易過熱；有些渦流機的自動加載使系統產生急制動現象，瞬態加載力遠大于汽車輸出驅動力；有些底盤測功機采用前后兩個長滾筒式，較大地增加了系統當量慣量，造成了恒速精度高的假象，使檢測值大大提高，甚至超過發動機的額定功率。現將我國某一知名品牌底盤測功機的有關試驗數據記錄如表1所示：

 
試驗車型為國產五十鈴柴油貨車，分別由甲、乙、丙、丁4個司機操作，掛次直接擋，先檢測柴油車在底盤測功機上的最高車速Vm,計算機自動按85％Vm的車速點作為汽車底盤輸出最大指示功率相應的車速進行恒速控制檢測，每0.2s取樣一次。
 
由表1中的檢測原始數據可知，最大瞬態減速度的絕對值大于10km/h/s,渦流機最大制動力為494N，是恒速點制動力的1.49倍。由于自動控制的渦流機制動力較大于汽車驅動力，使系統產生較大的減速度，出現急制動現象。在該底盤測功機進行動力性檢測時，出現損壞發動機和汽車傳動系的現象，從而造成檢測站對較舊的、車況較差的在用車不敢進行動力性檢測。所以，恒速控制數學模型好壞，不僅影響檢測的準確性，更重要的是會影響合理性和安全性。考慮到恒速控制加載的平穩性和安全性，系統的瞬態加速度不宜超過3km/h/s.

2、系統平衡的穩態判斷方式
 
在恒速控制動力性檢測中，只有當汽車和底盤測功機整個系統在設定車速點附近處于相對平衡狀態時，所檢測的渦流機指示功率才能代表和反映該車速點汽車底盤輸出指示功率。平衡狀態的表現形式有以下幾種：瞬時車速在設定車速點附近；渦流機加載力變化較小；渦流機加載功率變化較小。在設定車速點附近各點的瞬時加速度較小；由于目前國內底盤測功機尚無穩態自動判斷方式，在《底盤測功機上柴油車快速測功方法》發明專利中，提出了采用精度控制取樣和判斷的穩態檢測方式，以進行汽車底盤輸出指示功率檢測。按設定的時間間隔Δt取樣，當連續若干個取樣點的車速波動在設定車速點δ1范圍內，或者制動力波動小于δ2，或者功率波動精度小δ3，同時，各相鄰兩點的加速度的絕對值小于某一規定值a，計算機可自動判斷該若干個點屬于穩態檢測，取該若干個點檢測數據的平均值作為該恒定車速點的功率檢測值。可采用單參數精度控制，也可采用任意兩個參數或兩個以上參數組合的精度控制。顯然，越多的參數精度控制，穩態檢測判斷的精度越高，檢測時間可能相對長些。
 
表中原始檢測數據，精度控制采用3個連續點判斷，兩個參數組合控制，車速在設定車速點的±0.5km/h范圍內，渦流機制動力變化在5％以內，取3個點數據的平均值作為功率檢測值，P1=43.2kW,  P2=44.3kW,  P3=42.7kW,  P4=42.3kW，重復性誤差δ=(44.3-42.3)/42.3=4.7％，重復性不理想，可通過試驗，尋找到適合于該恒速控制數學模型最佳控制數組合。

3、指示功率檢測值的修正
 
汽車在底盤測功機上進行動力性檢測與發動機臺架試驗的最大不同在于，兩者的系統當量慣量相差很大。動力性檢測的系統平衡是相對的，必然存在系統的加速度，這種加速度的存在對于發動機和臺架較小的當量慣量來說，所造成的檢測誤差可能很小，可忽略不計。然而，對于汽車和底盤測功機的較大的系統當量慣量來說，這種檢測誤差不可忽略不計。因此，在《汽車多功能模擬加載檢測裝置》發明專利中提出，在采用精度控制取樣穩態判斷的同時，應對汽車底盤輸出指示功率值進行修正。

 在這若干個穩態取樣檢測點之中，每兩個點之間仍然有一定的加速度，這種不平衡造成的檢測誤差與系統的加速度和當量慣量成正比。假設連續若干個點的檢測值符合精度控制要求，以該若干個點的平均車速V和平均加載力F來計算功率，同時，以該若干個點每兩個點之間加速度代數和的平均值a、平均車速V和系統當量慣量（m2+m3）來修正檢測值，修正后的汽車底盤輸出指示功率檢測值為Psi。
 Psi=F.V/3600+(m2+m3)·a·v/3600  
 m2——底盤測功機的當量慣量(kg)
 m3——汽車規定擋位動力傳動系(含發動機)當量慣量 (kg)
 
當減速時a為負值，渦流機加載力大于驅動力，應減小功率來修正；當加速時，a 為正值，渦流機加載力小于驅動力，應增加功率來修正。修正由計算機自動完成。通過試驗可得：底盤測功機當量慣量m2≈640kg，五十鈴系列車型的m3≈195kg, m2+ m3=835kg,由此可得系統慣性功率P1j=1.95kW,P2j=3.95kW,P3j=
2.48kW,P4j=0.99kW,可得修正后的功率值，P1=41.3kW,P2=40.4kW,P3=
40.2kW,P4=41.3kW,未修正的最大誤差為3.95/40.4=9.8%，修正后重復性誤差為（41.3-40.2）/40.2=2.7%.

 如果在國內另一知名品牌的底盤測功機上，滾筒直徑相同，采用前后兩個長滾筒結構型式，則底盤測功機當量慣量相應增加約300kg。假設穩態控制精度一樣，如不修正，檢測誤差更大。如加上主滾筒軸上的慣性飛輪，動力性檢測失去意義。

4、選擇和使用底盤測功機的幾點建議
 
上述動力性檢測存在的幾個重大問題，主要是由我國底盤測功機目前技術水平較低所造成。各廠家的底盤測功機的技術參數僅有幾個外形尺寸參數等，根本無法反映出產品的技術水平。作為用戶，如何選用底盤測功機，提幾點參考意見：
 
（1）底盤測功機宜采用低速大扭矩的渦流機。如選用適宜發動機臺架試驗的高速小扭矩渦流機，很難與底盤測功機要求進行良好匹配，容易造成較低速時渦流機制動力小于車輛驅動力。
 （2）底盤測功機自身的當量慣量盡可能小。
 （3）作為用戶，無需了解控制的數學模型，但應該了解其檢測原始參數，通過分析確定其數學模型是否合理，以保證底盤測功機加載或減載的平穩性和快捷性。
 （4）要了解底盤測功機的控制周期，穩態判斷方式，對檢測值是否有修正、如何修正等。升速和降速變化10km車速點達到穩態所需時間，通常為6~8s較為理想。
 （5）檢查穩態的所有取樣點車速能否穩定在設定車速點的±0.3km/h內。
 （6）同一車輛不同司機操作進行重復性檢測，重復性誤差宜小于3%。例如，通過對表中的原始數據分析可得到以下結論：

 a、車速的測量精度不夠，至少應保留小數點后3位數；
 b、過加載十分嚴重，極不利于動力性檢測的安全性；
 c、自動控制的數學模型很不理想，在自動控制加、減載方面，計算機有許多錯判；
 d、精度判斷的3個點太少，應該用5個點來判斷；
 e、車速相對設定車速點的誤差
±0.5km/h偏大了些，宜為±0.3km/h；
 f、渦流機加載力的波動5%偏大了些，宜為小于4%。
 
由于該底盤測功機的控制數學模型固化在單機里，無法對其進行改進。通過增加穩態精度判斷和檢測值修正。柴油車底盤輸出最大指示功率檢測，從車輪轉動到檢測完畢松油門僅需16s左右時間，（加載時間約4s），如完善控制數學模型和精度控制穩態判斷，估計加載時間為6～8s，從而使動力性檢測具有良好的準確性和操作性。