道路模拟系统

道路模拟系统
道路模拟系统

（一）滚筒
（1）滚筒直径：汽车底盘测功机所采用的路面模拟系统的滚筒一般是直径为φ180～400mm的钢滚筒，按
其结构性是可分为两滚筒和四滚筒。所谓两滚筒路面模拟系统由两根长滚筒组成，其特点是支承轴承，台
架的机械损失少；所谓四滚筒路面模拟系统由四根短滚筒组成，它较两滚筒多了四个支承轴承和一个联轴
器，在检测过程中，其损失较大。

（2）滚筒的表面状况：滚筒的表面状况是指滚筒表面的加工方法和清洁程度（水、油和橡胶粉末的污染等）。

汽车在干燥滚筒上的驱动过程是一个摩擦过程，总摩擦力有若干分力组成，如：F总＝F附着+F
阻滞

式中：F附着—接触面间的附着力；
F阻滞—轮胎在滚筒上滚动变形时，由于伸张作用能量的差别而消耗的能量，进而转化为阻止车轮滚
动的作用力；

该两项分力取决于轮胎材料、结构和温度。
附着系数随速度增加而下降的原因较为复杂，一方面时由于滚筒圆周速度提高，橡胶块与滚筒之间的嵌合
程度越来越差，在未达到平衡状态之前便产生了华东和振动；另一方面随着速度的提高，接触面的温度上
升加快，很快在滚筒表面形成了一层橡胶膜，降低了附着系数。

（3）安置角：所谓汽车车轮在滚筒上的安置角是指车轮与滚筒接触点的 切线方向与水平方向的夹角，如
图2-2车轮在滚筒上的受力分析。

图2-2 制动台车轮受力示意图
安置角对滚动阻力的影响，根据图车轮在滚筒上匀速旋转时的受力分析，由力偶平衡定理：
其中滚动阻力矩：

所以车轮的滚动阻力为：
式中： —车轮的滚动阻力；
f—滚动阻力系数；

故:
由上式可见，台架的滚动阻力系数随着安置角增大而增大。
试验过程对安置角的要求如下：
a.车轮带动装有惯性飞轮的滚筒以最大加速度加速时，不得驶出滚筒，以确定最小安置角；
b.当台架滚筒制动后，保证车辆仍可驶出滚筒，以确定最大安置角。
在装有惯性飞轮及吸收装置加载的条件下，汽车以最大加速度加速时，确保车轮不驶出滚筒，以确定其最
小安置角。最大驱动力 所满足的条件为：

由于安置角与滚筒直径、中心距以及轮胎尺寸有关，所以不同吨位级的汽车底盘测功机适应不同范围的轮
胎尺寸。
（二）功率吸收装置（加载装置）
（1）底盘测功机功率吸收装置类型 在汽车检测线所用的底盘测功机功率吸收装置的类型有：电涡流式、
水力式和电力式。

水力式功率吸收装置的可控性较电涡流式差，电力测功机的成本比较高，故一般采用电涡流式功率吸收装
置。

（2）电涡流式功率吸收装置的基本结构分为水冷式和风冷式两种。
①水冷式电涡流功率吸收装置的基本结构如图2-3：

1- 励磁体 2-涡流环 3-端盖 4-轴承 5-测速传感器 6-联轴器 7-主轴 8-滚动轴承 9-进水软管 10-进水口 11-排水口
12-线圈 13-轴承架 14-油面指示器 15-油杯 16-出水管 17-感应子 18-励磁绕组

图2-3 水冷式电涡流功率吸收装置
其主要由转子（包括带齿状凹凸的感应子17、轴7）和定子（包括作为磁轭的铁芯1、涡流环2、励磁绕组
18、端盖3）组成。

其特点是：
a.结构复杂、安装不便；
b.较风冷式测量精度高；
c.冷却效率高，适合持续运行工况使用；
d.冷却水温度一般不超过60℃，以防结垢、冷却水PH值按说明书规定执行。
风冷式电涡流功率吸收装置的基本结构如2-4图：
图2-4 风冷式电涡流功率吸收装置
其主要由转子、定子、励磁线圈、支承轴承、冷却风扇叶片、力传感器等组成，其特点是：
a.结构简单，安装方便；
b.冷却效率低，不宜长时间运行，一般在高转速、大负荷下工作时间不宜超过x分钟；
c.冷却风扇在工作时消耗一定的功率，故应将此消耗的功率计入汽车底盘输出功率。
电涡流式功率吸收装置的工作原理如2-5图：

图2-5 电涡流式功率吸收装置
当励磁线圈通以直流电时，在转子与铁芯间隙就有磁力线通过，此间隙的磁通分布在转子齿顶处的磁通密
度最大，而通过齿槽处的磁通密度最小。当转子以转速n旋转时，则在A处的磁通就减少。由磁感应定理
可知，此时在定子的涡流环内产生感生电动势，试图阻止磁通的减小，于是就有电涡流产生，电涡流方向
用右手定则判断，如图V⊙所示。同理，B处产生的电涡流如图中所示。

由图可见在齿顶处的电涡流方向为?，因此用右手定则判定，此时定子受力，其方向如图所示。而在齿槽处
由于磁通很小，所以受力也很小。因此总的受力F之方向如图所示，此力便与定子处外壳相连接的力臂引
入称量机构便可进行力矩测量。

当测功机转子以转速n（r/min）转动，且给励磁线圈加一定的电流时，可摆动的定子外壳就产生一定的阻
力矩T（NM），便得到吸收功率阻力矩P，

（三）惯性模拟装置
汽车在道路上行驶时汽车本身具有一定的惯
性能，即汽车的动能；而汽车在底盘测功机
上运行时车身静止不动，是车轮带动滚筒旋
转，在汽车减速工况时，由于系统的惯量比
较小，汽车很快停止运行，所以检测汽车的
减速工况和加速工况时，汽车底盘测功机必
须配备惯性模拟系统如图2-6所示。

图2-6 惯性模拟系统
汽车在道路上平移动能：

底盘测功机运行时旋转元件具有动能：
式中：m—汽车的质量；
v—汽车在道路上行驶的车速；
J—汽车底盘测功机台架旋转元件的转动惯量；
—汽车底盘测功机台架旋转元件的角速度。
在忽略汽车非驱动轮的旋转惯量的前提下，汽车底盘测功机台架为了模拟道路满足的条件为：

又因：

式中R—滚筒半径
可得：
汽车底盘测功机台架转动惯量是通过飞轮来实现的，目前由于对汽车台架的惯量没有制定相应的标准，因
而国产底盘测功机所装配的惯性飞轮的个数不同，且飞轮惯量的大小也不同，飞轮的个数越多，则检测精
度愈高。

下面简单介绍一种带有反拖装置的底盘测功机。
所谓反拖系统是采用反拖电机带动功率吸收装置、滚筒及车轮以及汽车传动系的一种装置，如图2-7所示，
其基本结构由反拖电机、滚筒、车轮、扭矩仪（或电机悬浮测力装置）等组成。

1-变频电机 2-扭矩议 3-滚筒 4-轮胎

图2-7 带有反拖装置的底盘测功机
其特点是：
（1）可以方便检测汽车底盘测功机台架的机械损失；
（2）可以检测汽车传动系、主减速器、车轮与滚筒以及台架机械系统的阻力损失，但值得注意的是在检测
过程中，主减速器、车轮与滚筒的正向拖动与反向拖动阻力与差异，目前尚未得到广泛应用。