重型车底盘测功机测试方法的研究_付松青

DOI:10.14175/j.issn.1002-4581.2011.01.005

·重型车底盘测功机测试方法的研究·

文章编号：1002-4581（2011）01-0016-05

重型车底盘测功机测试方法的研究

付松青1，高章2，刘双喜1，颜伏伍2

Fu Songqing 1，Gao Zhang 2，Liu Shuangxi 1，Yan Fuwu 2

（1. 中国汽车技术研究中心，天津300162；2. 武汉理工大学汽车工程学院，武汉

摘430070）针对传统的发动机台架无法真实反映重型车的燃油经济性和对排放的贡献，文中重点分析了重型车在底盘要：

测功机上的测量原理，详细介绍底盘测功机进行重型车燃油经济性和排放评价的测试方法，为将来在底盘测功机上进行重型整车测试提供理论支持。

关键词：重型柴油车；底盘测功机；排放；测试循环

中图分类号：U467.4+8文献标识码：A

北

京

汽车0引言传统重型汽车的性能评价主要是在发动机台架上完成，因此缺少许多基于整车行驶距离的排放和燃油消耗率的数据。同时相同发动机

可以匹配不同车辆，传动系等其他关键总成参

数、使用条件的差异等都对重型汽车实际排放

的影响显著，发动机台架实验与实际汽车使用

条件存在差异，无法准确评价其真实的排放水

平[1-4]。而油耗和排放对车辆和发动机而言是密

切相关的，油耗是重型车一个典型的整车性能

指标，发动机的台架测试不能准确地反映整车

在实际使用过程中的燃油经济性。此外，由于混

合动力车等新能源汽车的快速发展，特别是混

合动力车的发动机并没有与汽车驱动系统直接

耦合，因此测量方法与传统车辆的差异很大，更

要求其从整车角度对排放做出评价。

底盘测功机在准确性和稳定性方面具有明

显综合优势，未来重型底盘测试方法是评价重型

整车排放的重要技术手段。文中从目前国内外的

排放法规体系出发，分析了国内外在重型车底盘

·16·测功机整车排放方面所做的研究，在此基础上对底盘测功机测试方法、测量原理进行详细介绍和研究。1底盘测功机测试方法概述为了能够根据实际驾驶行为描述车辆的排放行为，底盘测功机必须准确真实地模拟实际道路的各种情况。在底盘测功机上进行整车测试所需要的设备主要包括道路模拟系统、功率吸收装置、惯性模拟系统、测功系统和排放测量设备，同时还必须具有准确反映汽车实际行驶特征的行驶循环。利用滚筒来模拟实际的道路情况，通过控制系统可以对加载装置以及惯性模拟系统进行自动或手动控制，利用惯性模拟系统来模拟汽车旋转体的转动惯量及汽车直线运动质量的惯量，至于汽车在运行过程中所受的空气阻力、非驱动轮的滚动阻力及爬坡阻力等，则采用功率吸收加载装置来模拟。同时利用测功和排放测量系统进行测量，实现对车辆的动力性，如加速性能、底盘输出功率、底盘输出最大驱动力、滑行性能以及能量消耗量、排放性能等的检测。《北京汽车》2011.No.1

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1. 1功率吸收单元1. 2惯量模拟系统

功率吸收单元PAU 的主要作用是模拟汽车惯量模拟系统是为了模拟汽车实际行驶过在加速度不变的情况下实际道路负荷和底盘测程和与底盘测功机上的惯量差，从而在底盘测功功机上负荷的差值。表1为实际道路行驶阻力和机上产生与实际相仿的道路加减速阻力。目前比底盘测功机滑行阻力对比。较常用的惯性模拟装置有飞轮和电子惯量模拟

两种。实际道路行驶的加速阻力模型如式（2）所

表1实际道路和底盘测功机整车滑行阻力对比示：

实际道路

底盘测功机F 加=! R W +I M f +I F r 2+I r 2d v （2）RL =F w +F f +F c +F i F Tloss =F c +F p1+F i +F df

F RL 为车辆道路负荷F Tloss 为底盘测功机摩擦损失式中，R W 为试验车重量；I M f 为飞轮当量惯F w 为空气阻力F pl 为测功机内部摩擦力量；I w1/r 2为驱动轮的当量惯量；I w2/r 2为从动轮的F f 为车轮滚动阻力F df 为滚动阻力

F 当量惯量。c 为传动系（汽车）摩擦阻力F c 为传动系（汽车）摩擦阻力

F i 为坡道阻力F i 为坡道阻力底盘测功机上加速阻力模型如式3所示：

随着电子及控制技术的发展，现在的电力底F 加′=! I M f +r 2+I M d d v （3）盘测功机大多采用系数设定法来进行模拟。即根式中，I M f 为飞轮当量惯量；I w1/r 2为驱动轮的据道路滑行试验确定道路负荷公式中的系数A 、当量惯量；I M d 为底盘测功机的当量惯量值。

B 、C ，负荷设定时直接输入各系数，然后测定汽车由上面两式可以得出，底盘测功机惯量模拟在测功机上滑行负荷F Tloss ，控制系统自动确定系统就是通过改变系统（飞轮或电惯量等）的惯F PAU －V 负荷曲线。试验时底盘测功机就按此负荷性惯量从而改变底盘测功机的当量惯量值I M d 曲线控制功率吸收装置。（等于车辆基准质量R W 与从动轮的当量惯量

实际道路阻力和转鼓自身阻力可以通过分I w2/r 2之和），从而模拟真实惯量[6]。

段滑行法采集，采用回归法拟合，可以得两个阻

力的线性方程。表中F f 、F w 、F c 为汽车行驶速度的1. 3实验测量系统

一次或二次函数，F 实验测量系统主要包括测功系统和排放测

i 为常数，因此道路滑行中汽车

滑行阻力如式（1）所示[5]：量系统。结构示意图如图1所示。

F RL =F w +F f +F c +F i =A +B v +C v 2（1）

其中，A 为与速度无关的阻力，N ；B 为一次

速度影响系数，N/（km/h）；C 为二次速度影响系

数，N/（km/h）2。

通过滑行实验也可以得到汽车在底盘测功

机上的滑行阻力表达式为：图1底盘测功机结构示意图

F Tloss =a +b v +c v 2

测功系统主要包括水力式、电涡流式和电力

两式相减可以得到底盘测功机加载即功率式测功机3种。以电涡流测功机为例，汽车产生吸收装置所吸收的数值即为：一个驱动力矩M ，带动转鼓转动。经涡流器的电F PAU －F RL －F Tloss =（A －a ）+（B －b ）v +（C －c ）v 2磁切割作用，此力矩作用到涡流器及与涡流器相

通过上式就得到了一条F PAU -V 负荷曲线。试连的测力臂L ，在压力传感器上产生压力，并测试验时底盘测功机就按此负荷曲线控制功率吸收出此时的转速值，根据已知测力臂长度L 则可计装置进行准确模拟。算整车驱动功率值。加载装置所吸收的功率、扭《北京汽车》2011.No.1·17·北京汽车

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矩和转速之间的关系如下：

M =F ·L

n =F ·L ·n p =M ·

95509550（4）（5）速汽车的运行情况，是从纽约中心城区曼哈顿记录的数据中分析得到的。Orange 郡测试循环代表重型汽车的中速行驶循环，推荐在中心商务区使

而UDDS 测试循环则描述的是重型用这个循环。

汽车高速运行情况，它是由2个纽约非高速循

环、洛杉矶高速和非高速4个部分的数据组成[10]。

其测试工况如图2~图4所示。这样在进行重型

汽车燃油经济性和排放性能测量时可根据汽车

的行驶路况选择合理的行驶循环，以真实反映汽

车的能耗和排放。式中，F 为传感器所受压力值，N ；L 为测力臂长度，m ；P 为加载装置所吸收的功率，kW ；n 为滚筒转速，r/min。对于排放测试系统，根据GB17691—2005，只有全流稀释采样系统被认为是基准系统，其他任何系统和分析仪在检测前都要与其进行等效

性检查[7]。全流稀释采样系统主要包括主控计算

硬件）、排气定容取样系统（CVS ）、全流机（含软、

颗粒物采样系统（二级稀释系统）、排气污染物分

析设备和CVS 稀释空气用空调系统以及气体（标

准气体及标定气体）、其他如温度、气压和绝对湿

度等的测量仪器、设备标定用装置以及其他必须

的管路及附件等辅助设备。主要包括气体污染物

北

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汽车分析系统、颗粒物取样系统和烟度测量系统。图2Manhattan 测试循环1. 4行驶循环考虑到重型车的结构和工作特点，能否开发代表实际道路汽车运行工况的行驶循环是能否精确测量重型车排放的一个关键[8]。如果行驶循

环不能很好地代表实际行驶特征，会导致车辆在

实际使用中的高能耗和高污染。目前国内外大多

数使用的行驶循环都是从城市的测试数据记录

中分析、概括得到，比如北京典型公交测试循环

（Chinese City Bus Cycle ，CCBC ）等。

1.4.1美国

美国汽车工程师协会（SAE ）于2002年颁布

了混合动力车和传统重型汽车排放和燃油经济

性测试推荐规程SAE J2711，目的是提供在底盘

测功机上测量重型汽车一个或多个行驶循环的

排放和燃油经济性的测试方法。

SAE J2711中推荐了3种测试循环[9]：

Manhattan 测试循环、UDDS （Urban Dynamometer

Driving Schedule ，城区底盘测功机测试循环）、

Orange （奥伦奇）郡测试循环。这3个循环的数据

都是来自实车测试数据，反应了大量的怠速、加

速、减速和稳定工况。Manhattan 测试循环代表低

·18·1.4.2日本《日本机动车型式认证手册》的相关章节规定了使用底盘测功机进行JE05循环排放试验的方法。从2005年末开始，日本对重型车(总质量大于3.5t) 开始使用JE05测试循环，

这是根据东京《北京汽车》2011.No.1图4UDDS 行驶循环图3Orange 郡测试循环

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的车辆行驶状况制定的循环，适用于重型柴油车

和汽油车[11]。其测试工况如图5所示。车辆在底盘2底盘测功机测量方法的优缺点分析测功机上运行工况、测量污染物排放质量以及试

验过程中车辆发动机所作的功，计算出与发动机2. 1底盘测功机法的优点

虽然标准法规中并没有强制性要求使用底台架试验量纲相同的结果[12]（g/kWh）。盘测功机来测量重型车排放，但是底盘测功机在

重型车排放测试上的优势使其越来越受关注。

（1）相比于发动机台架测试，底盘测功机测

试技术考虑了整车属性和真实的道路运行条件，

模拟准确性和一致性较好，同时减少了发动机的

拆装工作，缩短了测试周期，节约了成本。

（2）相比于车载测量系统，底盘测功机测试

技术提供了法规级精度的气体测试仪器，可控的

图5JE05测试循环实验室条件，为复杂仪器的安装使用提供了空

1.4.3中国间，提高了实验的准确性、重复性和可比性。同时

我国于2005年制定了GB/T19754—《重型解决了混合动力等新能源汽车无法在实验室进混合动力电动汽车能量消耗量试验方法》。该标行测试的问题。

准规定了最大总质量超过3.5t 的重型混合动力

汽车在底盘测功机和道路上进行能量消耗试验2. 2底盘测功机的缺点

的试验方法，本标准中推荐对于城市客车，采用2（1）底盘测功机的造价和维修费用较高，占次的中国典型城市公交循环[13]，其测试循环如图地面积大，与车载排放测试设备相比，使用灵活6所示。重型车在底盘测功机上的测试方法可以性较差。

参考该标准，CCBC 是在北京、上海和广州3个城（2）行驶阻力的确定是重型车底盘测功机测市公交车运行工况数据的基础上开发的，目前普试的重点和难点，由于重型车质量跨度较大，道遍为国内的节能新能源车辆开发试验所采用。此路滑行试验的条件要求非常苛刻，使得测试过程外在我国国III 阶段的《中重型商用车辆燃料消耗的成本和难度加大。目前国内大多采用分段滑量测量方法》征求意见稿中，也推荐采用行，拟合处理的方式进行。

C －WTVC 循环进行中重型商用车燃油消耗量的（3）目前国内缺少在底盘测功机进行重型车测量。C －WTVC 是以世界统一的重型商用车辆瞬测试的能力和经验，法规体系也不完善，给底盘态循环（WTVC ）为基础，调整加速度和减速度形测功机测试方法的推广增加了难度。

成的驾驶循环（C －WTVC ）。3结论

（1）基于底盘测功机的测试方案是未来重型

车辆评价方法的发展方向，推荐在能耗和排放标

准修订和制定时使用。在驾驶循环的选择上，可

以借鉴国外成熟的驾驶循环，再结合我国实际的

交通情况、道路情况等进行调整，推出能反映我

国实际情况的驾驶循环。

（2）GB/T19754中采用2次中国典型城市公

图6中国典型城市公交循环（下转第23页

）

《北京汽车》2011.No.1·19·北京汽车

·行人保护腿部分析与试验对比及优化·

图16right 碰撞点的腿部变形图

由上面3个点在不同方案下的腿部变形图

可以看出，增加腿部下支撑后，3个点的弯曲角度

图13腿部上支撑的作用在很大程度上得到减小，说明腿部支撑对于改善

图14~图16分别为3个碰撞点在不同方案膝盖的弯曲角度有很大的作用。

下的腿部变形。4结束语

文中通过仿真和试验的对比，说明仿真分析

有很高的精确度，并且通过去掉泡沫，增加腿部

下支撑的方法，使某车型的行人保护性能通过

EC 第一阶段的要求，为该车型的行人保护试验

图14left 碰撞点的腿部变形图提供指导，节约了试验成本。

参考文献

［1］汤晓东，等. 车辆的行人安全开发与设计［J ］.2009.

收稿日期：2010-08-10

图15mid 碰撞点的腿部变形图

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! （上接第19页）

交循环的目的是为了增加混合动力车储能装置［4］Technical Research Centre of Finland.Bus emission evalua-电量变化的可能性，对于传统重型车是没有必要tion:2002-2004SUMMARY REPORT.2005-4-25.

［5］余志生. 汽车理论（第四版）［M ］. 北京：机械工业出版社，的。同时，两次公交测试循环与国外测试循环相2007.

比，持续时间太长。因此在测试传统重型车排放［6］方茂东．排放试验用底盘测功机的设定研究［J ］. 汽车工和油耗时，推荐使用1次公交测试循环。程，1996，18（2）：114－119.

［7］GB17691－2005车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与

（3）相比于国外，我国在重型底盘测机上的汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国III 、IV 、V 阶段）［S ］. 研究和硬件设施都不够完善，也没有形成比较完［8］张建伟，李孟良，艾国和，等. 车辆行驶工况与特征的研究整的体系和法规。我国需要加大力度对底盘测功［J ］. 汽车工程，2005，27（2）.

［9］SAE J2711. Recommended Practice for Measuring Fuel E-

机测试技术进行研究，结合国内重型车辆技术发conomy and Emissions of Hybrid-Electric and Conventional Heavy-展水平，借鉴国外的先进经验，从而制定比较完Duty Vehicles ［S ］.2002.

善的重型车整车排放的法规体系，从根本上提高［10］Michael Block ，William Miller ，Nigel Clark ，etc ．An In-

vestigation into the Emissions Reduction Performance of an SCR

我国汽车检测水平。System Over Two Years ’In-Use Heavy-Duty Vehicle Operation ［J ］.

参考文献SAE 2005-01-1861．

［1］李孟良，苏茂辉，秦孔建，等. 实际行驶工况下柴油车发动［11］Automobile Type Approval Handbook for Japanese Certi-机负荷分布及排放［J ］. 江苏大学学报（自然科学版），2007，28fication ［S ］.2008．

（3）．［12］余薇，秦孔建．重型汽车排放和油耗测试方法现状及

［2］傅立新，郝吉明，何东全，等. 北京市机动车污染物排放特发展趋势［C ］.2009年中国汽车工程年会论文集,2009：761－765．征［J ］. 环境科学，2000，21（3）. ［13］GB/T19754－2005《重型混合动力电动汽车能量消耗量［3］高继东，张远军，李孟良，等. 重型柴油车实际道路排放颗试验方法》［S ］.2005.

粒物的粒度分布［J ］. 吉林大学学报（工学版），2008，38（1）. 收稿日期：2010-07-28《北京汽车》2011.No.1

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