第一節 汽車動力性檢測

汽車動力性是指汽車以最大可能的平均行駛速度運送貨物或乘客的能力。動力性是高效運輸汽車最基本、最重要的一種性能，最能反映汽車的整體技術狀況，因此它是汽車綜合性能檢測的必檢項目。汽車動力性可以通過整車道路試驗和臺架試驗測定。但對于在用汽車動力性的檢測，常用驅動輪輸出功率或驅動力作為診斷參數，用汽車底盤測功機檢測。底盤輸出功率檢測俗稱底盤測功，通過底盤測功，可以評價汽車的動力性。

一、汽車底盤測功機

汽車底盤測功機是一種不解體檢驗汽車性能的檢測設備，它是在室內臺架上通過模擬汽車道路行駛工況的方法來檢測汽車動力性的，必要時還可檢測汽車燃油經濟性，以及汽車多工況排放指標。汽車底盤測功機按工作原理可分為測力式、慣性式和綜合式三類。測力式底盤測功機可通過模擬道路阻力直接測量汽車驅動輪輸出功率或驅動力；慣性式底盤測功機可通過模擬汽車行駛慣性來測量汽車的加速能力；綜合式底盤測功機兼備測力式和慣性式兩種功能，現代汽車底盤測功機大多屬于綜合式的。

1.底盤測功機結構

汽車底盤測功機一般由滾筒裝置、加載裝置、飛輪裝置、測量裝置、控制與指示裝置和輔助裝置等構成，如圖2-1所示。

圖2-1 汽車底盤測功機結構示意圖

1—主動滾筒 2—加載裝置（電渦流測功器） 3、10—壓力傳感器 4—聯軸器 5—舉升器 6—從動滾筒 7—擋輪 8—電磁離合器 9—飛輪裝置 11—反拖電動機

（1）滾筒裝置 底盤測功機的滾筒用來模擬連續移動的路面，測功時，驅動輪在滾筒上滾動。因此，滾筒是支承車軸載荷，并傳遞功率、轉矩、速度的主要構件。底盤測功機有單滾筒與雙滾筒兩種類型。

單滾筒底盤測功機，其滾筒直徑大，多為1500～2500mm，檢測時車輪滾動阻力小，測試精度高，但由于大滾筒制造成本高，同時驅動輪檢測定位難，因此單滾筒底盤測功機僅適用于科研單位。雙滾筒底盤測功機，其滾筒直徑相對較小，多為185～400mm，檢測時驅動輪胎變形大，測試精度相對較低，但由于雙滾筒制造成本低，且驅動輪檢測定位方便，因此雙滾筒底盤測功機適用于汽車維修企業和汽車綜合性能檢測站。

（2）加載裝置 在測力式底盤測功機中，必須裝有加載裝置。加載裝置俗稱測功器，用來模擬汽車在道路上的行駛阻力，吸收驅動輪上的輸出功率。測功器的類型有水力測功器、電力測功器和電渦流測功器。由于電渦流測功器具有測試精度高、適應范圍廣、結構緊湊、易于調控、便于安裝等優點，因此現代汽車底盤測功機加載裝置大多采用電渦流測功器。

圓盤式電渦流測功器的結構原理如圖2-2所示。它主要由圓盤轉子和浮動定子組成，其轉子由高磁導率鋼制成，圓周呈齒狀，轉子通過連軸器與滾筒相連；其定子圓周裝有勵磁線圈，定子通過浮動支承能繞其軸線擺動。這種測功器是利用電磁感應產生渦電流形成制動載荷的。測功時，勵磁線圈通以直流電產生磁場，并通過轉子、空氣隙、鐵心形成磁路，當汽車驅動滾筒帶動轉子在磁場中旋轉時，由于磁通的周期性變化因而在轉子盤上產生渦電流。由于渦電流和外磁場的相互作用，對轉子盤產生一個制動阻力矩，從而對滾筒起加載作用。調節通過勵磁線圈電流的大小，即可改變模擬阻力矩（或吸收功率）的范圍。電渦流測功器將吸收的能量轉變為熱能，經空氣或冷卻水散失。

（3）飛輪裝置 在慣性式底盤測功機中，必須裝有飛輪裝置。它通過離合器與主動滾筒相連，用于模擬汽車在道路上行駛的慣性。為了準確測量，飛輪的轉動慣量應與被測車輛路試時的慣性相適應。一般來說，一定慣量的飛輪只能模擬一類對應車型的慣性能量。飛輪的轉動慣量可根據行駛汽車的動能與底盤測功機檢測時旋轉部件動能相等的原則推出，其計算式如下

圖2-2 圓盤式電渦流測功器的結構原理

1—圓盤轉子 2—定子 3—冷卻盤 4—主軸 5—連接盤 6—轉速傳感器 7—支座 8—排水管 9—空氣隙 10—勵磁線圈

式中 J、ω——飛輪的轉動慣量（kg·m²）、飛輪角速度（rad/s）；

J₀、ω₀——滾筒的轉動慣量（kg·m²）、滾筒角速度（rad/s）；

J_n、ω_n——測功器轉子的轉動慣量（kg·m²）、轉子角速度（rad/s）；

J_k、ω_k——從動車輪轉動慣量（kg·m²）、車輪角速度（rad/s）；

m——汽車質量（kg）；

v——汽車車速（m/s）。

為擴大車輛檢測范圍，其飛輪裝置應采用多個飛輪，以便用不同的飛輪或飛輪組合與不同的車型匹配。但由于現代車輛的類型復雜，以及測試條件的不斷變化，即使采用大量的飛輪也很難與各類車輛進行精確的慣性模擬。因此，在有的底盤測功機上其飛輪裝置只用一個飛輪，而通過制定相應的數學模型對測量結果進行修正來精確模擬各類汽車的行駛慣性。這樣不僅可以簡化飛輪裝置，降低制造成本，擴大使用范圍，還可使檢測操作更為方便。

（4）測量裝置 測量裝置主要包括測力裝置、測速裝置和測距裝置。

1）測力裝置。測力裝置用來測量驅動輪上的驅動力，它由測力臂和測力傳感器組成。其傳感器有液壓式、機械式和電測式等多種形式。測功時，測功器轉子與定子之間的制動轉矩通過與定子相連的測力臂傳給測力傳感器，然后傳感器輸送信號至測量電路，通過轉換由測力儀表直接顯示驅動輪的驅動力。

2）測速裝置。測速裝置可用來測量車速，它一般由測速傳感器、中間處理裝置和指示裝置組成。常見的測速傳感器有光電式、磁電式、霍爾傳感器及測速發電機等多種形式。測速傳感器的轉子隨滾筒一起滾動，測試時，傳感器將滾筒的轉速信號轉變為電信號，該信號經中間處理裝置變換放大，并由指示裝置顯示車速。底盤測功機在測功、加速、滑行、燃油消耗、排放等試驗時，都需要準確地測量車速。

3）測距裝置。一般采用光電盤脈沖計數式測距裝置。當汽車在底盤測功機上進行加速距離、滑行距離、燃油經濟性檢測時，必須使用測距裝置。

（5）控制與指示裝置

1）控制裝置?？刂蒲b置用來控制底盤測功機的整個檢測過程，使檢測能夠按照給定的方式自動進行，確保車輛檢測模擬的準確性。底盤測功機的控制主要是對加載裝置的控制，某電渦流式加載裝置的控制系統框圖如圖2-3所示。

圖2-3 電渦流式加載裝置控制系統框圖

從圖中可以看出，電渦流加載裝置控制系統是一個帶反饋的閉環系統。檢測時接通電源，整流系統將220V的交變電壓轉變為電渦流式加載裝置所要求的勵磁直流電壓，并提供控制電壓。選定控制方式（恒速控制或恒矩控制），于是系統將所選定的速度或轉矩信號與計算機輸出的設定信號同時輸給PID控制電路進行運算處理，然后輸出加減載控制脈沖信號（加載或減載電壓）觸發晶閘管，其晶閘管輸出電壓加在電渦流加載裝置的兩端，使勵磁線圈的電壓發生變化，導致電渦流加載裝置勵磁電流發生改變，從而控制底盤測功機的負荷。當車速或轉矩未能達到規定要求時，其車速或轉矩的反饋信號將促使其控制系統通過加載裝置不斷地修正被測車輛的速度或轉矩以達到控制的目的。

2）指示裝置?，F代汽車底盤測功機檢測的輸出功率、驅動力和車速等參數普遍采用監視器直接顯示，顯示器還可顯示測量過程的動態曲線。一般底盤測功機還有指針式儀表，它可顯示電渦流測功機的電流、轉速、輸出轉矩，以便監視測功機的工作狀態。

（6）輔助裝置

1）舉升裝置。為方便被測車輛駛入和駛出底盤測功機，在主、副兩滾筒中間裝有舉升裝置。舉升裝置有氣動、液動和電動三種形式，以氣動式舉升裝置為多見。

2）冷卻風扇。采用風冷式的底盤測功機，在加載裝置處裝有冷卻風扇，以加強空氣流動，散失加載裝置測功時產生的熱能，冷卻加載裝置。

3）反拖電動機。有的底盤測功機裝有反拖電動機，利用反拖電動機可以有效、快速地檢測底盤傳動效率。

2.底盤測功機原理

汽車駛上底盤測功機，將驅動輪支承于兩個滾筒之上（圖2-4），起動發動機讓車輪驅動滾筒轉動使之模擬路面的行駛狀態，此時滾筒表面的線速度就是汽車的行駛速度，根據滾筒的轉速可以換算出汽車的行駛速度，而滾筒的轉速可由測速傳感器輸出脈沖信號來反映，其脈沖頻率的高低與滾筒轉速成正比。汽車行駛的道路阻力由電渦流測功器加載模擬，當給電渦流測功器勵磁線圈加一定電流時，則測功器中的渦電流與磁場相互作用，產生一個制動轉矩，反作用于滾筒表面，這個制動轉矩反力使定子隨著轉子旋轉方向擺動，通過力臂作用在壓力傳感器之上，壓力傳感器輸出模擬信號的大小與制動轉矩成正比，在滾筒轉速穩定時，該制動轉矩與驅動輪驅動力對滾筒的驅動力矩相等。據此，可求出驅動輪作用在滾筒上的驅動力。

圖2-4 雙滾筒底盤測功機測功示意圖

實際上，在測速裝置獲取車速信號（滾筒轉速電信號）的同時，其測力裝置也將驅動力信息（滾筒制動轉矩）轉換成電信號，兩信號同時輸入給計算機系統處理運算后，即可顯示驅動輪輸出功率。其功率表達式為

式中 P_k——驅動輪輸出功率（kW）；

F_t——驅動力（N）；

v——車速（km/h）。

通過改變電渦流測功器負荷的大小，可以模擬汽車在道路上行駛的各種阻力，因此可以實現汽車在各種車速下驅動輪上的輸出功率、驅動力的測定。但實際測試時，汽車發動機穩態轉速下的最大功率點和最大轉矩點對應的汽車底盤輸出功率及驅動力的測試用得最多，因為利用這些參數可以評價汽車及發動機的動力性。

在底盤測功機上進行變工況試驗，如對汽車進行加速能力和滑行距離測試時，需用飛輪裝置來模擬汽車行駛的慣性力。

二、驅動輪輸出功率的檢測

1.檢測項目的確定

測功前，應根據動力性檢測的要求確定檢測項目。因為不同的檢測項目，其檢測點的選取及測試方法有所差異。常用的底盤測功檢測項目如下。

（1）發動機全負荷額定功率轉速下驅動輪輸出功率的檢測 它檢測的是汽車最大驅動功率，其功率大小可反映汽車整車的動力性及技術狀況，是汽車動力性檢測的必檢項目。

（2）發動機全負荷額定轉矩轉速下驅動輪輸出功率的檢測 它檢測的是發動機最大轉矩時對應的驅動功率，其功率大小可反映汽車的最大加速能力和爬坡能力，是汽車動力性檢測的必檢項目。

（3）發動機全負荷選定車速下驅動輪輸出功率的檢測 它檢測的是選定車速對應的功率，往往會選多種車速，其功率大小可反映不同車速時的動力性。

（4）發動機部分負荷選定車速下驅動輪輸出功率的檢測 它檢測的是多種不同的節氣門開度、不同選定車速下的功率，其功率大小可反映汽車在不同工況下行駛的動力性。

2.檢測點的選擇

通常檢測點的多少與所確定的檢測項目有關。在汽車技術等級評定、在用汽車動力性評價時，只需測定發動機全負荷額定功率轉速下和額定轉矩轉速下驅動輪的輸出功率。若需全面考核發動機的動力性、底盤的技術狀況及調整質量，還可進行中間轉速下的功率測量。

檢測點車速取決于發動機工況和汽車檔位。發動機工況由檢測項目確定，而汽車檔位一般選擇直接檔或傳動比最接近于1的檔。其檢測點的車速值可根據下式確定。

式中 v——汽車底盤測功車速（km/h）；

n——選定工況的發動機轉速（r/min）；

r——車輪的滾動半徑（m）；

i_g′——變速器選定檔位的傳動比；

i₀——主減速器傳動比。

提示：驅動輪輸出功率的大小與汽車的行駛工況有關。只有正確地選擇檢測工況和檢測點，才能客觀地評價汽車的使用性能。

3.檢測前的準備

（1）底盤測功機的準備

1）在底盤測功機進行定期檢查、定期潤滑、定期標定的基礎上，保證底盤測功機各系統能進行正常工作。

2）按規定的程序操作進入待檢狀態。

3）飛輪裝置除進行多工況油耗試驗和加速、滑行試驗外，不允許任意使用。

（2）被測車輛的準備

1）輪胎表面應清潔，不能嵌入任何雜物。

2）輪胎的規格和氣壓應符合制造廠的規定。

3）發動機機油應充足，機油壓力應在允許范圍內。

4）發動機冷卻系統的工作應正常。

5）車輛處于空載狀態，并關閉空調系統等非汽車運行所必須的耗能裝置。

6）道路運行，使汽車各運動部件、機油、冷卻液等達到正常的溫度狀態。

注意：

走合期的新車或大修車不宜進行驅動輪輸出功率的檢測。

4.功率檢測步驟

1）接通底盤測功機電源，使設備處于檢測狀態。

2）升起舉升器托板。

3）將被測車輛沿垂直滾筒的方向平穩駛上底盤測功機，并將驅動輪置于兩滾筒間舉升器托板上。

4）操作儀器，降下舉升器托板。

5）用三角鐵塞住從動輪，對被測車輛進行必要的縱向約束。

6）起動發動機，利用被測車輛帶動底盤測功機滾筒稍作空運轉，使底盤測功機各運動部件的工作溫度正常。

7）測量驅動輪輸出功率。根據檢測項目及檢測點設定的檢測車速來測量功率，每點重復測量三次，取平均值。按如下選定的內容進行檢測。

①發動機全負荷額定功率轉速下驅動輪輸出功率的檢測。起動發動機，由低檔加速逐漸換至選定檔，逐漸踩下加速踏板，同時調節測功器的加載負荷，使發動機在加速踏板踩到底及額定轉速對應的車速下運轉，待車速穩定15s后，讀取和記錄功率值。

②發動機全負荷額定轉矩轉速下驅動輪輸出功率的檢測。起動發動機，由低檔加速逐漸換至選定檔，逐漸踩下加速踏板，同時調節測功器的加載負荷，使發動機在加速踏板踩到底及最大轉矩轉速對應的車速下穩定運轉，15s后讀取功率。

③發動機全負荷選定車速下驅動輪輸出功率的檢測。在選定檔位下，將加速踏板踩到底，通過調節測功器的加載負荷，使發動機在選定車速下穩定運轉，15s后讀取功率。

④發動機部分負荷選定車速下驅動輪輸出功率的檢測。在選定檔位下，在發動機節氣門部分開啟時，通過調節測功器的加載負荷，使發動機在選定車速下穩定運轉，15s后讀取功率。

提示：檢測時，被測汽車前方嚴禁站人，應密切注意被測車輛的各種異響、發動機冷卻液溫度及底盤測功機的工作狀態，以免發生意外事故，保證測試順利進行。

8）記錄環境狀態下的各種檢測數據，以便進行數據處理。輸出或打印檢測結果。

9）測試完畢后，待驅動輪停轉，拆除外圍的冷卻及約束附件，升起舉升器托板，將被測車輛駛離底盤測功機，然后切斷底盤測功機電源。

三、在用汽車動力性的評價

在車輛技術狀況等級評定及綜合性能檢測中，需要對在用汽車進行動力性評價。

1.評價指標

臺架檢測時，常用發動機在額定轉矩和額定功率時的驅動輪輸出功率作為在用汽車動力性評價指標。汽車在使用過程中，發動機、傳動系統的技術狀況會逐漸下降，其驅動輪輸出功率將相應減小。因此，利用發動機在額定轉矩和額定功率工況條件下驅動輪輸出功率的數值，能評價在用汽車的動力性和技術狀況。

2.評價方法

在用汽車動力性是依據規定檢測工況下，校正驅功輪輸出功率與相應的發功機輸出總功率的百分比與標準值比較進行評價的，其評價方法如下。

（1）測出實際驅動輪輸出功率 在實際環境狀態下，采用汽車額定轉矩和額定功率的工況，在底盤測功機上測出汽車驅動輪的輸出功率。該功率稱為實際驅動輪輸出功率，它不含輪胎滾動阻力和底盤測功機傳動系統阻力所消耗的功率。

（2）計算校正驅動輪輸出功率 實際驅動輪輸出功率校正到標準環境狀態下的功率，稱為校正驅動輪輸出功率。校正驅動輪輸出功率的表達式為

式中 P₀——標準環境狀態下的校正功率；

α——校正系數，通過計算或查表得到；

P——實際驅動輪輸出功率。

校正功率的標準環境狀態是指大氣壓100kPa、相對濕度30%、環境溫度298K（25℃）、干空氣壓99kPa（干空氣壓是基于總氣壓為100kPa，水蒸氣分壓為1kPa計算得到的）時的狀態。

（3）計算校正驅動輪輸出功率與相應發動機輸出總功率的百分比

式中 P_VMO——汽車在額定轉矩工況下的校正驅動輪輸出功率（kW）；

P_VPO——汽車在額定功率工況下的校正驅動輪輸出功率（kW）；

P_M——發動機額定轉矩功率（kW）；

Pe——發動機額定功率（kW）。

ηVM——汽車在額定轉矩工況下的校正驅動輪輸出功率與額定轉矩功率的百分比（%）；

ηVP——汽車在額定功率工況下的校正驅動輪輸出功率與額定功率的百分比（%）。

（4）在用汽車動力性評價 GB/T 18276—2000《汽車動力性臺架試驗方法和評價指標》中規定，在用汽車動力性合格的條件是

或

式中 η_Ma——汽車在額定轉矩工況下校正驅動輪輸出功率與額定轉矩功率的百分比的允許值（%）；

η_Pa——汽車在額定功率工況下校正驅動輪輸出功率與額定功率的百分比的允許值（%）。

若η_VM或η_VP比其相應的η_Ma或η_Pa允許值小，則表明汽車的動力性不良，說明在用汽車發動機及其傳動系技術狀況較差。

提示：為了確診汽車動力性不良的原因，在底盤測功機上可采用反拖法檢測傳動系統消耗的功率，若汽車傳動系統消耗功率過大，則表明傳動系統效率過低，說明汽車傳動系統技術狀況不良；否則，說明發動機動力性不足、技術狀況不良。

3.評價標準

在用車動力性評價標準就是校正驅動輪輸出功率與相應發動機輸出總功率百分比的允許值，如η_Ma、η_Pa，表2-1為GB/T 18276—2000《汽車動力性臺架試驗方法和評價指標》提供的部分在用國產汽車評價標準，其他在用車輛可參照執行。

表2-1 汽車驅動輪輸出功率限值

（續）

①半掛列車是按載質量分類。

②為汽車變速器使用三檔時的參數值。