汽车动力性检测实验指导书.docx

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汽车动力性检测实验指导书

汽车动力性检测实验指导书

汽车动力性检测项目及检测方法

一、汽车动力性评价指标

  汽车动力性是汽车在行驶中能达到的最高车速、最大加速能力和最大爬坡能力，是汽车的基本使用性能。

汽车属高效率的运输工具，运输效率的高低在很大程度上取决于汽车的动力性。

这是因为汽车行驶的平均技术速度越高，汽车的运输生产率就越高。

而影响平均技术速度的最主要因素就是汽车动力性。

  随着我国高等级公路里程的增长，公路路况与汽车性能的改善，汽车行驶车速愈来愈高，但在用汽车随使用时间的延续其动力性将逐渐下降，不能达到高速行驶的要求，这样不仅降低了汽车应有的运输效率及公路应有的通行能力，而且成为交通事故、交通阻滞的潜在因素。

因此，在交通部1990年发布的13号令中，特别要求对汽车动力性进行定期检测。

动力性检测合格是营运汽车上路运行的一项重要技术条件。

1995年交通部为了提高在用汽车的技术性能，发布了JT/T198-95《汽车技术等级评定标准》，将动力性作为第一项主要性能进行评定。

另外早在1983年国家颁布的GB3798《汽车大修竣工出厂技术条件》第2.6项中对汽车大修后的加速性能规定了最低要求，这都说明了国家对在用汽车动力性的重视。

  汽车检测部门一般常用汽车的最高车速、加速能力、最大爬坡度、发动机最大输出功率、底盘输出最大驱动功率作为动力性评价指标。

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   1.最高车速υamax（km/h）

  最高车速是指汽车以厂定最大总质量状态在风速≤3m/s的条件下，在干燥、清洁、平坦的混凝土或沥青路面上，能够达到的最高稳定行驶速度。

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  2.加速能力t（s）

  汽车加速能力是指汽车在行驶中迅速增加行驶速度的能力。

通常用汽车加速时间来评价。

加速时间是指汽车以厂定最大总质量状态在风速≤3m/s的条件下，在干燥、清洁、平坦的混凝土或沥青路面上，由某一低速加速到某一高速所需的时间。

（1）原地起步加速时间，亦称起步换档加速时间，系指用规定的低档起步，以最大的加速度（包括选择适当的换档时机）逐步换到最高档后，加速到某一规定的车速所需的时间，其规定车速各国不同，如0-50km/h，对轿车常用0-80km/h，0-100km/h，或用规定的低档起步，以最大加速度逐步换到最高档后，达到一定距离所需的时间，其规定距离一般为0-400m，0-800m，0-100Om，起步加速时间越短，动力性越好；

（2）超车加速时间亦称直接档加速时间，指用最高档或次高档，由某一预定车速开始，全力加速到某一高速所需的时间，超车加速时间越短，其高档加速性能越好。

  我国对汽车超车加速性能没有明确规定，但是在GB3798-83《汽车大修竣工出厂技术条件》中规定，大修后带限速装置的汽车以直接档空载行驶，从初速20km/h加速到40km/h的加速时间，应符合表1规定。

表1  直接档加速时间

发动机标定功率与汽车整备质量之比

（马力/t）

10-15

　>15-20

>20-25

>25-50

>50

（kw/t）

7.36-11.03

>11.03-14.71

>14.71-18.39

>18.39-36.78

>36.78

加速时间  （s）

<30

<25

<20

<15

<10

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 3.最大爬坡度Imax（%）

  最大爬坡度是指汽车满载，在良好的混凝土或沥青路面的坡道上，汽车以最低前进档能够爬上的最大坡度。

由于受道路坡道条件的限制，汽车综合性能检测站通常不做汽车爬坡测试。

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  4.发动机最大输出功率Pmax

  发动机最大输出功率是指发动机在全负荷状态下，仅带维持运转所必需的附件时所输出的功率，又称总功率。

此时被测试发动机一般不带空气滤清器、冷却风扇等附件。

新出厂发动机的最大输出功率一般是指发动机的额定功率。

额定功率是制造厂根据发动机具体用途，发动机在全负荷状态和规定的额定转速下所规定的总功率。

在国外有些厂家所谓的额定功率是指发动机在额定转速下输出的净功率。

常在额定功率后注有“净”字，以示区别。

净功率是指在全负荷状态下，发动机带全套附件时所输出的功率。

汽车发动机最大输出功率是汽车动力性的基本参数。

汽车在使用一定时期后，技术状况发生变化，发动机的最大输出功率变小，所以用其变小的差值评价发动机技术状况下降的程度。

如我国JT/T198-95《汽车技术等级评定标准》就是按在用汽车的发动机最大输出功率与额定功率相比较小于75%时，将该车技术状况定为三级。

所以发动机最大输出功率的大小作为一辆汽车在使用前、后和维修前、后动力性的评价指标很合理，但应注意，在汽车综合性能检测站用无外载测功法或底盘测功机所测定的发动机功率，必须换算为总功率后才能与额定功率比较。

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   5.底盘输出最大驱动功率DPmax

  底盘输出最大驱动功率是指汽车在使用直接档行驶时，驱动轮输出的最大驱动功率（相应的车速在发动机额定转速附近）。

  底盘输出最大驱动功率一般简称底盘输出最大功率，是实际克服行驶阻力的最大能力，是汽车动力性评价的一项重要指标。

汽车在使用过程中，发动机本身、发动机附件及传动系的技术状况都会下降，其底盘输出的最大功率将因此减小。

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二、汽车动力性检测项目与有关标准

  汽车动力性检测项目主要有:

加速性能检测、最高车速检测、滑行性能检测、发动机输出功率检测、汽车底盘输出功率检测。

  动力性检测可依据的标准有:

  JT/T198一95《汽车技术等级评定标准》；

  GB/T15746.2-1995《汽车修理质量检查评定标准--发动机大修》；

  GB3798-83《汽车大修竣工出厂技术条件》；

  JT/T201-95《汽车维护工艺规范》。

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三、汽车动力性台架检测方法

  汽车动力性室内台架试验的方式，主要是用无外载测功仪检测发动机功率，底盘测功机检测汽车的最大输出功率、最高车速和加速能力。

室内台架试验不受气候、驾驶技术等客观条件的影响，只受测试仪本身测试精度的影响，测试条件易于控制，所以汽车检测站广泛采用汽车动力性室内台架试验方式。

为了取得精确的测量结果，底盘测功机的生产厂家，应在说明书中给出该型底盘测功机在测试过程中本身随转速变化机械磨擦所消耗的功率，对风冷式测功机还需给出冷却风扇随转速变化所消耗的功率。

另外，由于底盘测功机的结构不同，对汽车在滚筒上模拟道路行驶时的滚动阻力也不同，在说明书中还应给出不同尺寸的车轮在不同转速下的滚动阻力系数值。

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   1.汽车底盘输出功率的检测方法

  通过底盘测功机检测车辆的最大底盘驱动功率，用以评定车辆的技术状况等级。

（1）在动力性检测之前，必须按汽车底盘测功机说明书的规定进行试验前的准备。

台架举升器应处于升状态，无举升器者滚筒必须锁定；车轮轮胎表面不得夹有小石子或坚硬之物；

（2）汽车底盘测功机控制系统、道路模拟系统、引导系统、安全保障系统等必须工作正常；

  （3）在动力性检测过程中，控制方式处于恒速控制，当车速达到设定车速（误差±2km/h）并稳定5s后（时间过短，检测结果重复性较差），计算机方可读取车速与驱动力数值，并计算汽车底盘输出功率。

  （4）输出检测结果。

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  2.发动机功率的检测方法

  用发动机无外载检测仪检测发动机功率，使用方便，检测快捷，在规范操作的前提下，可对发动机动力性检测与管理提供有效依据。

还可以用于同一发动机调试前后、维修前后的功率对比，因此也得到广泛使用。

（1）起动发动机并预热至正常状态，与此同时接通无外载测功仪电源，连接传感器；

（2）按仪器使用说明书进行操作；

  （3）从测功仪上读取（或算成）发动机的功率值。

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  3.数据处理

（1）检测的数据处理

  目前底盘测功机显示的数值，有的是功率吸收装置的吸收功率的数值，有的则是驱动轮输出的最大底盘输出功率的数值。

对于显示功率吸收装置所吸收功率数值的，在检测结果的数据处理时，必须增加汽车在滚筒上滚动阻力消耗的功率、台架机械阻力消耗的功率及风冷式功率吸收装置的风扇所消耗的功率，其计算式应为:

      汽车底盘最大输出功率=功率吸收装置所消耗的功率+滚动阻力所消耗的功率

                +台架机械阻力所消耗的功率

                +风冷式功率吸收装置冷却风扇所消耗的功率

（2）检测发动机最大输出功率的数据处理

  依据JT/T198-95《汽车技术等级评定标准》的规定，所测发动机最大输出功率应与发动机的额定功率相比较。

为此，发动机最大输出功率的计算式应为:

      发动机最大输出功率Pmax=附件消耗功率P1+传动系消耗功率P2+底盘最大输出功率DPmax

  所以，在测得底盘最大输出功率之后，应增加传动系消耗功率P2及附件消耗功率P1，才可确定发动机最大输出功率Pmax，若该汽车发动机额定功率为净功率，不包括发动机附件消耗功率P1，则处理后发动机最大输出功率Pmax的数值为Pmax=P2+DPmax。

  用发动机无外载测功仪测得的发动机功率P为净功率，若该汽车发动机的额定功率为总功率，而不是净功率，则所测得的功率P应加发动机附件消耗功率P1后才可与额定功率相比较。

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　汽车底盘测功机

一、底盘测功机的功能

  底盘测功机是模拟汽车在道路上行驶时受到的阻力，测量其驱动轮输出功率以及加速、滑行等性能的设备。

有的底盘测功机还带有汽车燃料消耗量检测装置。

底盘测功机具有如下功能:

   ①测量汽车驱动轮输出功率。

  ②检验汽车滑行性能。

  ③检验汽车加速性能。

  ④校验车速表。

  ⑤校验里程表。

  ⑥配备油耗仪的底盘测功机可以在室内模拟道路行驶，测量等速油耗。

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二、底盘测功机的基本结构及工作原理

  底盘测功机是一种不解体检验汽车性能的检测设备，它是通过在室内台架上汽车模拟道路行驶工况的方法来检测汽车的动力性，而且还可以测量多工况排放指标及油耗。

同时能方便地进行汽车的加载调试和诊断汽车在负载条件下出现的故障等。

由于汽车底盘测功机在试验时能通过控制试验条件，使周围环境影响减至最小，同时通过功率吸收加载装置来模拟道路行驶阻力，控制行驶状况，故能进行符合实际的复杂循环试验，因而得到广泛应用。

底盘测功机分为两类，单滚筒底盘测功机，其滚筒直径大（1500-2500mm），制造和安装费用大，但其测试精度高，一般用于制造厂和科研单位；双滚筒式底盘测功机的滚筒直径小（180-500mm），设备成本低，使用方便，但测试精度较差，一般用于汽车使用、维修行业及汽车检测线、站。

近年来因电子计算机技术的高度发展，为数据的采集、处理及试验数据分析提供了有效的手段，同时为模拟道路状态准备了条件，加速了底盘测功机的发展，加之各类专用软件的开发和应用，使汽车底盘测功机得到了广泛的推广。

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（一）汽车底盘测功机的基本结构

  汽车底盘测功机主要由道路模拟系统、数据采集与控制系统、安全保障系统及引导系统等构成。

普通型道路模拟系统如图l所示。

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（二）工作原理

  汽车在道路上运行过程中存在着运动惯性、行驶阻力，要在试验台上模拟汽车道路运行工况，首先要解决模拟汽车整车的运动惯性和行驶阻力问题，这样才能用台架测试汽车运行状况的动态性能。

为此，在该试验台上利用惯性飞轮的转动惯量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，采用电磁离合器自动或手动切换飞轮的组合，在允许的误差范围内满足汽车的惯量模拟。

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。

路面模拟是通过滚筒来实现的，即以滚筒的表面取代路面，滚筒的表面相对于汽车作旋转运动。

在系留装置及车偃等安全措施保障下，通过控制系统可对加载装置及惯性模拟系统进行自动或手动控制，以实现对车辆的动力性如加速性能、汽车底盘输出功率、底盘输出最大驱动力、滑行性能、车速表校验、里程表校验等项目的检测。

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三、汽车底盘测功机的构造

（一）道路模拟系统

  1、滚筒装置

  （l）滚简直径  底盘测功机所采用的路面模拟系统的滚筒一般是直径为Ø180-400mm的钢滚筒，按其结构形式可分为两滚筒和四滚筒两种。

所谓两滚筒路面模拟系统由两根短滚筒组成，其特点是支承轴承少，台架的机械损失小;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，其机械损失较大。

（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，总摩擦力由若干分力组成，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，由于压缩与伸张作用之间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，一方面是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滑动和振动；另一方面随着速度的提高，接触面的温升加快，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。

台架的阻力系数随着安置角的增大而增大。

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，不得使出滚筒，以确定最小安置角；

  b、当台架滚筒制动后，保证车辆仍可是出滚筒，以确定最大安置角。

  （4）路面模拟系统常见的故障

  滚筒轴承座温度过高，其原因为：

  ①滚筒两端轴承同心度失准，前、后派滚筒平行度没达到原设计要求，可以通过精心调整轴承座排除故障；

   ②滚筒轴承润滑不良，需检查轴承工作状况，按照使用说明书的要求，定期对滚筒轴承进行润滑。

  2、功率吸收装置（加载装置）

（1）底盘测功机功率吸收装置类型  在汽车检测线上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、电力式。

  由于一般水力式功率吸收装置的可控性较电涡流式差，电力测功机的成本较高，因而国内所生产的汽车底盘测功机大多数采用电涡流式功率吸收装置。

（2）电涡流功率吸收装置的基本结构  电涡流测功器主要由定子和转子两部分组成。

在定子四周装有励磁线圈，转子与测功机主动滚筒相连，在磁场中转动。

当励磁线圈通以直流电时，磁力线在定子、涡流环、空气隙和转子之间构成回路。

磁通的大小与励磁线圈的应数以及所通过的电流大小有关。

转子外圆制成凸凹不同的形状，由于通过齿顶和凹槽的磁通不一样，凸出部分比凹陷部分通过的磁通多，当转子旋转时，引起磁通的变化，从而在固定的涡流环中产生涡流。

这种涡流产生的磁场又产生一个与转子旋转方向相同的转矩，由于作用与反作用的关系，转子产生一个与自己转动方向相反的转矩，该转矩是转子转速和磁场电流的函数。

由于转子与滚简相连，就等于给滚筒施加了一个阻力，用这个阻力来模拟汽车在道路上行驶的阻力。

这个对转子起制动作用的扭矩，使浮动的定子顺着转子旋转方向摆动。

制动力矩的大小可以通过控制励磁电流来调节，所以，电涡流测功器很容易实现自动控制。

  涡流环必须能使涡流在其中自由产生，为此要求制作涡流环的材料电阻越小越好。

对转子和定子要求磁力线能顺利通过，材料应具有高的导磁率，电工纯铁和低碳钢适合于做这些零件的材料。

为了避免磁力线通过转子轴造成不必要的损失，转子轴可采用非导磁材料制造。

  电涡流测功器是一个功率吸收装置，它将吸收的汽车驱动轮输出功率转变成热能，经空气或冷却水散发出去。

由于冷却方式不同，电涡流测功器分为风冷和水冷两种类型。

  ①水冷式电涡流功率吸收装置的基本结构如图2所示，水冷式电涡流功率吸收装置主要由转子（包括带齿状凹凸的感应子17、主轴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，特别是我国北方冬季，由于气温低，必须注意冷却水管路保温以防水管冻裂；

  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.冷却水温度一般不得超过60℃以防结垢，冷却水pH值按说明书规定执行。

  ②风冷式电涡流功率吸收装置的基本结构如图3所示，风冷式电涡流功率吸收装置主要由转子、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，功率吸收装置不易长时间运行，其转子的导磁率随温度的上升而下降；因而其最大吸收功率随温升而减小，所以一般风冷式功率吸收装置在高转速、大负荷下工作时间不宜超过5min；

  c.由于冷却风扇在工作时消耗一定的功率，所以应该将风扇所消耗的功率计入汽车底盘输出功率。

  （3）电涡流功率吸收装置的工作原理  图4是电涡流功率吸收装置基本工作原理图。

  当励磁线圈通以直流电时，在转子与铁芯间隙处就有磁力线通过。

此间隙的磁通分布在转子齿顶处的磁通密度大，而通过齿槽处的磁通密度小。

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体内产生感应电势，力图阻止磁通的减小，于是就有电涡流产生，涡电流方向用右手定则判定，如图“+·”所示。

同理，在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“·”，因此用左手定则判定，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，此力使与定子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（N·m）便可得到吸收功率P，

P=T·n／9549（kw）

3.惯性模拟装置

  上述结构为常见于仅检测汽车底盘输出功率的汽车底盘测功机。

为了检测汽车的滑行性能，我国目前有部分非电力式底盘测功机配备有惯性模拟系统如图5所示。

  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。

  汽车底盘测功机台架转动惯量是通过飞轮来实现的，目前由于我国对汽车台架的惯量没有制订相应的标准，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，飞轮的个数愈多，则检测的精度愈高。

  例如，国产RCD-1030型底盘测功机，按照常用汽车的质量，将飞轮组合成四级，见下表。

按车质量选择惯性飞轮

汽车质量（kg）

选择飞轮

汽车质量（kg）

选择飞轮

1000

不挂飞轮，利用滚筒等转动件

3000

挂大飞轮

2000

挂小飞轮

4000

挂大飞轮加小飞轮

  日本弥荣CDM-600型底盘测功机的惯性飞轮安装在滚筒机架左边，也是用离合器将飞轮与滚筒联结起来。

飞轮根据被测车的质量选配，见下表。

CDM-600型底盘测功机的惯性飞轮

汽车质量（kg）

需配置的飞轮（kg）

汽车质量（kg）

需配置的飞轮（kg）

小于800

不配置飞轮

1400-2100

1200

800-1400

700

大于2100

700+1200

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（二）底盘测功机采集与控制系统

  1.车速信号采集

  目前国内检测线用的汽车底盘测功机所采用车速信号传感器可分为以下几个类型。

（1）光电式车速信号传感器图6为直射式光电车速传感器的工作示意图。

它由光源、带孔圆盘（光栅）和光敏管组成。

汽车车轮在光滚筒上滚动时，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。

车速信号有两种，其一是单位时间计数（频率），其二是测脉宽（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可得到车速信号。

   常见的故障:

没有车速信号，其原因为:

  ①发光光源断电或光源灯坏，需检查电路或更换电源灯；

  ②由于车轮在旋转时带起的灰尘遮住光源或使光源发光强度减弱；

  ③光电管有故障，需更换；

  ④信号线有短路或断路现象；

  ⑤车速信号预处理系统有故障，需检查脉冲整形、光隔等电路；

  ⑥A/D转换有故障，需检查；

  ⑦控制柜有指示，计算机无车速显示，需检查单片机与计算机的通讯电缆线接触是否良好。

（2）磁电式车速信号传感器 图7为磁电车速传感器工作示意图。

它由旋转齿轮和永久磁铁及感应线圈等组成。

汽车车轮在光滚筒上滚动时，带动齿轮以一定的转速旋转，当磁电传感器对准齿顶时，磁电传感器感生电动势增强，同理当磁电传感器对准齿槽时，磁电传感器感生电动势减弱，由于磁阻的变化，磁电传感器输出的电压信号为交变信号。

因信号较弱（一般在3mV左右），所以必须经过信号放大及整形电路，将交变信号变为脉冲信号，送入CPU高速输入口（HSI），以获取车速信号。

  常见的故障:

没有车速信号，其原因如下:

  ①磁电传感器距齿轮的间隙过大（一般为0.5-1.Omm）；

  ②其他参见光电式车速信号传感器故障④⑤⑥⑦。

  （3）霍尔传感器 图8为霍尔车速传感器工作示意图。

汽车车轮在滚筒上滚动时，带动转盘旋转，当霍尔传感器（霍尔元件）对准永久磁铁时，磁场强度增强，产生霍尔效应，输出电压可达10mV，当霍尔传感远离磁场时，输出电压降至OV，这样便可得到脉冲信号，送入CPU高速输入口（HSD），通过检测脉冲频率或周期，便可得到车速信号。

  常见的故障:

没有车速信号，其原因为:

  ①霍尔传感器有故障；

  ②其他参见光电式车速信号传感器故障④⑤⑥⑦。

  （4）测速电机 图9为测速电机工作示意图，汽车车轮在光滚筒上滚动时，带动测速电机旋转，测速电机产生的电压正比于滚筒的转速，通过A/D采集可得到车速信号。

  常见的故障:

没有车速信号，其原因:

  ①测速电机有故障，没信号输出；

  ②其他参见光电式车速信号传感器故障④⑥⑦。

  2.驱动力信号

  汽车底盘测功机驱动力传感器可分为两种，其一是拉压传感器，安装图如图10（a）所示；其二是位移传感器，其安装图如图10（b）所示；它们一边连接功率吸收装置的外壳，另一边连接机体。

  功率吸收装置在工作过程中，无论是水力式、电涡流式还是电