汽车动力性能检测讲解.docx
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汽车动力性能检测讲解
学习任务3汽车动力性检测
汽车动力性是汽车最基本、最重要的一种性能，它直接关系到汽车的平均技术速度，对汽车的运输生产效率有着极其重要的影响。
在汽车检测部门，常用发动机最大输出功率、驱动轮最大输出功率作为汽车动力性评价指标。
汽车整车输出功率（即驱动轮输出功率）的测定是汽车综合性能检测的一个必检项目，也是评价汽车技术状况的基本参数之一。
检测汽车整车的输出功率，是为了获得汽车驱动轮的输出功率或牵引力，以评价汽车的动力性，也可以用测得的驱动轮输出功率与发动机输出功率进行对比，求出传动系的传动效率，以判定底盘传动系的技术状况。
汽车整车输出功率的室内试验具有周期短、节省人力、精度高等特点，因此在检测实践中应用十分广泛。
检测时采用的设备是底盘测功试验台。
一、底盘测功机试验台的结构与检测原理
1.底盘测功试验台结构
底盘测功试验台一般由滚筒装置、加载装置、测量装置、控制与指示装置和辅助装置等组成，其机械部分结构如图2-1所示。
（l）滚筒装置。
滚筒装置是测功试验台的基本组成件，其结构和性能将直接影响测功试验台的测试精度。
试验台的双滚筒有主、副滚筒之分，与测功器相连的滚筒为主滚筒，左右两个主滚简之间装有联轴器，左右两个副滚筒处于自由
图2-1底盘侧功试验台结构图
状态。
滚筒一般为钢制空心结构，并经动平衡试验，通过滚动轴承安装在框架上。
滚筒直径、表面状况、两滚筒的中心距是影响测功试验台性能的主要结构参数。
（2）加载装置。
用底盘测功试验台测试汽车性能和技术状况时，要求其必须能模拟汽车在道路行驶时所受的各种阻力。
汽车在道路上行驶的外部阻力不同于在测功试验台上运转时的阻力，在测功试验台上运转只有驱动轮转动，所引起的外部阻力较在道路上行驶时少，在测功试验台上不存在汽车在道路上行驶时所受的空气阻力、爬坡阻力及从动轮的滚动阻力。
这些外部阻力必须利用测功机的加载装置来模拟，以使汽车受力状况和汽车在道路上行驶一样。
加载装置有水力式、电力式和电涡流式等多种类型。
水力式功率吸收装置的可控性较电祸流式差，电力测功试验台的成本较高，目前双滚筒底盘测功试验台的加载装置普遍采用电涡流测功器，它具有测试范围广、成本低、尺寸小、耗电小和易实现自动控制等优点。
（3）测量装置。
测量装置包括测力装置、测速装置、测距装置等。
该装置应工作可靠，测量误差小，并能迅速地适应被测量值的变化。
1测力装置。
测功器的转子与定子之间制动力矩由与定子相连的测力臂传给测力装置，然后由仪表指示出数值，该指示值即为驱动轮上的驱动力。
根据测量原理的不同，测力装置有机械式、液压式、转矩仪式和电测式等多种类型，其中电测式测力装置应用最为广泛，它主要由电涡流测功器外壳、测力臂、测力传感器及信号处理电路等组成，如图2-5所示。
电涡流测功器的外壳（定子）用轴承安装在轴承座上，外壳可在轴承座上绕转子轴转动。
测力臂的一端装在外壳上，另一端装测力传感器。
2测速装置。
测速装置一般由测速传感器、中间处理装置和指示装置组成。
常见的测速传感器有光电式、磁电式、霍耳式等类型。
测速传感器一般安装在从动滚筒的端部，随滚筒一起转动，并把滚筒的转动转变为电信号。
光电式测速传感器由光源、带孔圆盘（光栅）和光敏管组成，图2-7为光电式测速传感器工作示意图。
汽车车轮驱动滚筒转动时。
带动光栅以一定的转速旋转，光源连续发光，当光束通过光栅上的小孔时，光束照到光敏管上，使它产生相应的电脉冲信号。
此信号送入计数器即可得到被测轴的转速。
车速信号测量方法有两种，一种是测量单位时间计数（频率），另一种是测量脉宽（周期），两者均可得到滚筒的转速信号，根据滚筒的半径及光栅盘上小孔的个数，经过计算即可得到车速信号。
图2-7光电式测速传感器工作示竞图
1-光源；2-圆盘；3-光敏管
磁电式传感器由旋转齿轮、永久磁铁和感应线圈组成，图2-8为磁电式测速传感器工作示意图。
旋转齿轮固装在滚筒轴上，当汽车车轮驱动滚筒转动时，带动齿轮以一定的转速旋转，当磁电传感器对准齿顶时，磁电传感器感应电动势增强，当磁电传感器对准齿槽时，磁电传感器感应电动势则减弱，由于磁阻的变化，感应线圈中的磁通址随之变化，使磁电传感器输出交变的感应电动势，即信号电
压。
将信号电压（一般在3.0V左右）放大及整形后，变为脉冲信号送入CPU处
理，以获取车速信号
图2-8磁电式测速传感器工作示意图
1-齿顶；2-绕组；3-永久磁铁；4-脉冲电压
3测距装置。
在底盘测功试验台上测量加速距离、滑行距离、油耗时，除测量车速外，还需用测距装置测量汽车的行驶距离。
它采用与滚筒相连的光电式或磁电式测速传感器测取距离脉冲，结构原理同测速装置。
加速距离由计算机测量从ν1加速至ν2的光电脉冲数，经换算获取加速距离。
（4）控制与指示装置。
由计算机控制的底盘测功试验台的控制与指示装置常制成一体，有多个按键、显示窗、旋钮、功能灯、指示灯和报警灯等，安装在底盘测功试验台机械部分左前方易于操作和观察的地方，用来控制和显示操作过程与检测结果。
（5）辅助装置。
1举升装置。
为方便被测车辆驶人和驶出试验台，在试验台两个滚筒之间装有举升装置，举升装置由举升器和举升平板组成。
举升器有气动式、液动式和电动式三种，气动式使用较广。
图2-9为气动式举升器结构。
2移动式风冷装置。
由于汽车在底盘测功试验台上测试时并不发生位移，缺少迎风冷却，会导致发动机冷却系的散热速度相对不足，特别是进行长时间大负荷、全负荷检测时，发动机易过热，此外，长时间试验会使轮胎工作温度升高，影响其使用寿命。
为此，在试验台设有移动式风冷装置，以加强冷却。
3惯性模拟装置。
汽车在底盘测功试验台滚筒上是相对静止的，它不具有汽车在道路上行驶时的平移动能。
检测时汽车驱动轮带动测功试验台的滚筒旋转，由于系统转动惯量小于汽车的平移质量，加速时不足以产生与汽车在道路上行驶的加速阻力；减速时，又不具有汽车在道路行驶的动能。
为了模拟汽车在非稳定工况运行时的阻力，进行非稳定工况的性能侧试（如加速性能、滑行性能等），底盘测功试验台通常配置模拟汽车质量的机械式转动惯量装置，即飞轮。
二、驱动轮输出功率的检测
由于驱动轮输出功率的大小与汽车行驶工况有关，因此，为客观、准确地评价汽车动力性，在检测时必须正确选择能够反映汽车动力性的检测项目和检测点。
1．确定检测项目测功前，首先应根据检测目的或应车主的要求，确定检测项目。
不同的检测项目，其检测点的选取及测试方法会有所差别，常用的底盘测功检测项目有：
（1）发动机全负荷额定功率转速下驱动轮输出功率的检测。
（2）发动机全负荷额定转矩转速下驱动轮输出功率的检测。
（3）发动机全负荷选定车速下驱动轮输出功率的检测。
（4）发动机部分负荷选定车速下驱动轮输出功率的检测。
2．确定检测点
通常检测点的多少与所确定的检测项目有关。
在评定汽车技术等级和评价在用车动力性时，只需测定发动机全负荷额定功率转速下和额定转矩转速下驱动轮的输出功率。
为了全面考核车辆的动力性、底盘的技术状况以及调整质量，检测点除了制造厂给出的发动机额定功率对应的转速点和额定转矩对应的转速点外，还应进行中间转速下的功率检测，这样才能全面反映出供油系统和点火系统的调整质量和底盘的技术状况。
常用的检测点车速有发动机额定功率转速对应的车速、发动机最大转矩转速对应的车速和汽车常用车速（中速）。
3．底盘测功试验台的准备
（1）检查调整底盘测功试验台各部件，补充润滑油。
（2）检查举升器有无漏气（油）现象，工作是否正常。
（3）对于水冷式测功机，将冷却水阀打开。
（4）检查各连接导线是否连接可靠。
4．被检测车辆的准备
（1）检测车辆测试前应处于热车状态，检测过程中受检车辆的发动机冷却液出口温度应控制在（80士5）℃，必要时可设置外加风扇向汽车发动机吹拂，以确保检测结果可靠。
（2）按GB/T18276-2000规定，检测前检查受检汽车空气滤清器，需按时更换空气滤清器滤芯，以防止因空滤器滤芯堵塞而降低充气效率、减小发动机功率的情况发生。
（3）检查轮胎气压，并使之达到制造厂的规定值。
轮胎花纹深度必须符合车辆使用手册的要求，一般不得小于1.6mm。
胎面、胎壁不得有暴露出轮胎帘布层的破裂和割伤。
（4）检查动力传动路线有无连接松脱。
（5）车辆为空载，以简化检测作业。
（6）所用燃油和润滑油必须符合车辆生产厂技术条件的规定，以保证受检车辆运转条件与同型号新车一致，才可将测得的驱动轮输出功率与新车的额定值进行比较。
5．功率检测步骤
（1）打开底盘测功试验台电源开关，调整功率表换挡开关置相应挡位。
（2）升起举升器托板，使被测车辆的驱动轮以与滚筒轴线呈垂直的状态停放在托板上。
（3）降下举升器托板，用挡块抵住非驱动轴的一对车轮，必要时通过钢丝绳将汽车尾部与地锚拉紧，前桥驱动的车辆拉紧驻车制动，并调整活动挡轮使其靠近车轮，接通移动式风冷装置电源。
（4）根据受检车型号按GB/T18276-2000的规定设定检测车速，见表2-2（额定转矩或额定功率的检测工况车速）。
（5）关闭空调系统等非汽车运行所需的耗能装置，起动汽车，逐步加速并换至直接挡，使汽车以直接挡的最低稳定车速运转，将加速踏板踩到底，测定额定转矩或额定功率工况的驱动轮输出功率。
（6）以每10km/h检测车速设置一测试点，测取汽车驱动轮输出功率。
为使测取的驱动轮输出功率是发动机稳定工况下的输出功率，必须待检测车速至少稳定15s后才取值。
（7）测取数据时的实测车速与设定车速误差不应大于士0.5km/h，以确保
检测数据的准确、可靠。
记录环境状态及检测数据，并将输出功率修正为标准环境状态下的校正驱动轮输出功率，对于检测修正值低于允许值的车辆，允许重测一次。
（8）全部测试完毕，待驱动轮停转，切断移动式风冷装置电源，移去挡块，升起举升器托板，将被测车辆驶出试验台，并切断底盘测功试验台电源。
6．检测注意事项
（1）对走合期的新车或大修车不宜进行驱动轮输出功率的检测。
（2）检测过程中，测试车辆前方严禁站人，同时还应密切注意被检车辆的各种异响、发动机和底盘测功试验台的工作状态，以保证测试工作的顺利进行。
（3）对同一辆车应尽量避免连续重复测试，在测试过程中，严禁在试验台上紧急制动。
三、在用车动力性检测结果分析
利用底盘测功试验台检测时，在用车的动力性评价指标通常为发动机在额定转矩和额定功率时的驱动轮输出功率。
1．驱动轮实际输出功率的测取
在实际检测环境状态下，采用发动机在额定转矩和额定功率的工况时，利用底盘测功试验台测得的驱动轮输出功率即为驱动轮的实际输出功率，该功率不包含轮胎滚动阻力和底盘测功试验台传动系统阻力所消耗的功率。
2．驱动轮输出功率的校正汽车使用手册中提供的额定功率（最大功率）和额定转矩（最大转矩）均是指发动机在标准环境状态和在规定的额定转速下输出的功率和转矩。
标准环境状态是：
大气压力po＝l00kPa；相对湿度Φ0=30%；环境温度T0=298K（25℃）。
由于实际测试环境状态与标准环境状态差别较大，这样同一辆汽车在不同的测试环境下测得的驱动轮输出功率将明显不同。
如在高原、热带和寒带地区工作时，汽车发动机功率将显著下降，同一辆汽车在冬季和夏季发动机性能也差别明显，如以实测汽车驱动轮输出功率与额定输出功率比较将会导致错误的检测结论。
为此，必须将实测驱动轮输出功率校正为标准环境状态下的功率，即使其转
换为与额定功率相同的环境状态下的功率，然后再与额定输出功率进行比较，这样就可避免误判，保证动力性检测作业的公正性和科学性。
实测环境状态下的输出功率校正为标准环境状态下的输出功率，
动轮输出功率。
校正驱动轮输出功率的表达式为
Po＝α×P
式中Po—校正功率（即标准环境状态下的功率）（kW）；α—校正系数，通过计算或查表得到；P—实测驱动轮输出功率（kW）
（1）汽油车驱动轮输出功率校正系数αa的计算公式为式中T一测试时的环境温度（K）;
ps—测试时的干空气压（kPa）。
式中的99（kPa）为标准环境状态下的干空气压，298（境状态下的环境温度。
测试环境的干空气压（ps）可根据下式计算：
ps＝p-Φ×psw式中p—测试环境状态下的大气压（kPa）；
Φ—测试环境状态下的相对湿度（％）；psw—测试环境状态下的饱和蒸汽压（kPa）o式（2-4）中的Φ×psw亦可从表2-1查得。
（2）柴油车驱动轮输出功率校正系数αd的计算公式为
式中fa—大气因子；
fm—发动机因子，是发动机型式和调整的特性参数。
fm＝0.036qc-1.14
qc＝q/r
式中qc—校正的比排量循环供油量；
称为校正驱
（2-2）
（2-3）
）为标准环
（2-4）
（2-5）
（2-6）
（2-7）
（2-8）
q—比排量循环供油量（mg/（L·循环））；
r—增压比，压缩机出口与进口的压力比（对于自然吸气式发动机r=1）。
在qc值低于40mg/（L·循环）时，fm可取恒定值0.3；在qc值高于40mg/
L·循环）时，fm可取恒定值1.2。
表2-1不同湿度和温度下的Φ×psw值
3．在用车动力性评价
（1）计算校正驱动轮输出功率与相应发动机输出总功率的百分比：
ηVM＝PVMO/PM或ηVP＝PVPo/Pe（2-9）
式中ηVM—汽车额定转矩工况下的校正驱动轮输出功率与额定转矩功率的百分比（％）；
ηVP—汽车额定功率工况下的校正驱动轮输出功率与额定功率的百分比（％）；
PVMO—汽车额定转矩工况下的校正驱动轮输出功率（kW）；PVPo—汽车额定功率工况下的校正驱动轮输出功率（kW）；PM—发动机额定转矩功率（kW）；
Pe—发动机额定功率（kW）。
（2）在用车动力性评价标准。
在用车动力性合格的条件是：
2-10）
2-11）
ηVM≥ηMa或ηVP≥ηPa式中ηMa—汽车额定转矩工况下的校正驱动轮输出功率与额定转矩功率的百分比的允许值（％）；ηPa—汽车额定功率工况下的校正驱动轮输出功率与额定功率的百分比的允许值（％）。
GB18565-2001《营运车辆综合性能要求和检验方法》中规定，轿车的动力性按额定转矩工况进行检测和评价，应满足式（2-10）合格条件的要求；而其他车辆应在规定的式（2-10）和式（2-11）两种合格条件中任选一种工况进行检测和评价。
表2-2为汽车动力性的评价标准。
GB18565-2001《营运车辆综合性能要求和检验方法》给出了各种车型的ηMa、ηPa允许值，若ηVM或ηVP比其相应的ηMa或ηPa允许值小，则表明汽车动力性不良，在用车发动机及其传动系统技术状况较差。
为了确诊汽车动力性不良的原因，可在底盘测功试验台上采用反拖的方法来检测车辆传动系统消耗的功率，若测得的传动系统消耗功率过大，表明传动系统技术状况不佳，否则，说明发动机动力性不足、技术状况欠佳。
4．影响测试精度的因素分析为了确定底盘测功试验台的测试精度，必须分析在汽车检测过程中影响汽车底盘输出功率测定值的因素。
（1）机械阻力对汽车底盘输出功率测定值的影响。
汽车底盘测功试验台的台架机械损失主要来自支承轴承、联轴器、升速器等处的摩擦，这些部件在车轮带动滚筒旋转过程中，由于摩擦力的存在将消耗一定的功率，为此采用倒拖方法可以测出不同车速下底盘测功试验台的台架机械阻力所消耗的功率（不含升速器的机械损耗），车速与机械阻力消耗功率关系如图2-11所示。
由于台架阻力消耗了汽车部分驱动功率，因此，在检测汽车底盘输出功率时，必须将其计入机械阻力所消耗的功率之中。
另外，有些底盘测功试验台在滚筒与功率吸收装置之间安装有升速器，要求升速器外壳必须是浮动的，并安装拉压传感器以检测传动转矩。
由于升速器的搅油损失和机械损失不仅与加注机油量的多少有关，而且还随温度的变化而变化，使台架机械损失难以测得，增大了检测误差。
2）冷却风扇对汽车底盘输出功率测定值的影响。
由于风冷式电涡流测功器靠风扇式的转子散热，从而使驱动转子旋转的阻力增加，风冷式电涡流测功器的功率消耗（称为风损功率已）随之增大，对于滚筒直径为370mm的风冷式电涡流测功器，风损功率随检测车速的变化规律如图2-12所示。
由图可见，检测车速越高，则风损功率就越大，实测驱动轮输出功率误差也将越大。
因此，当底盘测功试验台安装有风冷式电涡流功率吸收装置时，必须给出风扇消耗功率与转子转速（或车速）的数学模型，以便计入底盘输出功率中。
表2-2汽车驱动轮输出功率的限制
汽弔型号
额定转矩工况
额定功率工况
丸车
类別
血接挡检测
（km•h'1）
校正黙动轮输出功率/额宦转矩功率的限（ftrj/%
H接档检测逢度W（km•h-,）
校正AK动轮输出功率/额定功率的限值久/%
我货
尺车
1010.1020系列
汽油车
60
50
90
40
1030.1040祭列
汽油车
60
50
90
40
柴油韦
55
50
90
45
1050.1060系列
rc油车
60
50
90
40
柴油车
50
50
K0
45
1070.1080系列
柴油车
50
50
80
45
1090系列
汽油车
40
50
80
45
柴油车
55
50
80
45
1100.1110.1120.1150系列
柴油车
50
45
80
40
1140%1150.1160系列
柴油车
50
50
80
40
1170.1190系列
柴油车
55
50
80
40
半挂
列T
10t半挂列车系列
汽油车
40
50
80
45
柴油车
50
50
80
45
151.201半挂列车系列
柴油车
45
45
70
40
251半挂列乍系列
柴油车
45
50
75
40
客车
6600系列
汽油车
60
45
85
35
柴油车
45
50
75
40
6700条列
汽油车
50
40
80
35
柴油车
55
45
75
35
6800系列
汽油车
40
40
85
35
柴油车
45
45
75
35
6900系列
汽油车
40
40
85
35
柴油车
60
45
85
35
6100系列
汽油年
40
40
85
35
柴油车
40
45
85
35
6110系列
汽油车
40
40
85
35
柴油车
55
45
80
35
6120系列
柴油车
60
40
90
35
侨车
夏利.羸磺
95/65®
40/35②
—
—
桑塔纳
95/65^
45/40%
—
—
注：
5010系列~5040系列制式货车和HI式货车料动轮输岀功率的允许值按同系列评通货车的允许值下调2%；其他系列制式货车和Mt式货车昭动轮输岀功率的允许值按同系列怦通货车的允许＜ftFW4%；
①半挂列车楚按虢质试分类；②为汽车变逢档使用三挡时的
图2-11机械阻力消耗功率与车速关系图2-12风损功率与检测车速的关系
（3）滚动阻力对汽车底盘输出功率测定值的影响。
车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生的法向、切向的相互作用力以及相应的轮胎和支承路面的相对刚度决定了变形的特点。
当弹性轮胎在硬质的钢制滚筒上滚动时，轮胎的变形是主要的，此时由于轮胎内部摩擦产生弹性迟滞损失，使轮胎变形时对它做的功不能全部收回，此能量消耗在轮胎各组成部分相互间的摩擦以及橡胶、帘线等物质的分子间的摩擦，最后转化为热能而消失在大气中。
这种损失即为弹性物质的迟滞损失。
因为滚动阻力系数与模拟路面的滚筒种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料、气压等有关，所以，对其影响因素的分析是非常必要的，具体分析如下：
①钢制滚筒对滚动阻力系数的影响。
a．若滚筒直径越大，在车轮滚动时轮胎的变形量就越小，也就是说弹性迟滞损失就越小，故滚动阻力系数随滚筒半径的增大而减小。
b．在加工过程中滚筒的圆度、同轴度越小，轮胎在滚筒上的运转就越平稳，当车速一定时，滚动阻力系数的波动范围就越小，所以说，滚动阻力系数随滚筒加工精度的提高而减小。
c．目前在用的底盘测功试验台滚筒表面有两种，一种是常见的光滚筒即表面未经处理的滚筒，另一种是滚筒表面喷涂有耐磨硬质合金。
前者由于滚筒表面较光滑，其附着系数约为0.5，试验用的东风汽车在50km/h工况下检测最大底盘输出功率时，其滑移率约为8%，也就是说，汽车车轮在行走时，除滚动阻力外还有滑拖，致使被检测车轮发热，增大了滚动阻力损失，同时由于速度的误差，引起了所测功率的误差。
后者采用表面喷涂技术，将滚筒表面的附着系数提高到0.8左右，接近于一般水泥路面的附着系数，则可避免拖滑现象。
d．滚筒中心距L是指底盘测功试验台前后两排滚筒支承轴线之间的距离，随着滚筒中心距的增加，汽车车轮的安置角随之增大，前后滚筒对车轮支承力也随之增大，这样将导致车辆在测功试验台上的运行滚动阻力增加。
综上所述，滚筒直径、安置角、滚筒表面质量、滚筒中心距对滚动阻力有很大的影响，由于部分底盘测功试验台仅显示功率吸收装置的吸收功率，所以同一辆车在不同台架上测得的数值也不尽相同。
因此如果以底盘测功试验台作为法定计量设备，其滚筒直径、中心距、表面处理以及加载方式必须标准化。
②轮胎气压对滚动阻力系数的影响。
轮胎气压对滚动阻力系数影响很大，气压低时在硬路面上轮胎变形大，滚动时迟滞损失增加，为了减少该项所引起的检测误差，要求在动力性检测前必须将轮胎气压充至轮胎规定的标准气压。
【作业布置】
【教学后记】
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