【文章內(nèi)容簡介】 彈的過程將重復(fù)不斷地進(jìn)行。對(duì)這樣一個(gè)過程，可用圖 所示的輪胎等效系統(tǒng)模型來加以解釋。在輪胎等效系統(tǒng)模型中，假定車輪的外圓周與輪輞之間由一些徑向布置的線性彈簧和阻尼單元支撐；此外，車輪胎面也假定由一系列切向排列的彈簧和阻尼單元 就能充分作用，因而就生成附加的摩擦效應(yīng)，將它稱之為彈性遲滯阻力。輪胎胎面的彈簧和阻尼特性對(duì)路面附著力也有影響，選用低阻尼的胎面材料會(huì)導(dǎo)致附著摩擦力降低。 當(dāng)輪胎等效系統(tǒng)滾動(dòng)時(shí)，對(duì)應(yīng)的“ 彈簧 阻尼單元”便開始做功，并將其轉(zhuǎn)化為熱，所產(chǎn)生的彈性 遲滯阻力等于消耗的阻尼與行駛距離之比。 2．摩擦阻力 在圖 所示的輪胎等效系統(tǒng)模型中，由一系列彈簧 阻尼組成的單元連續(xù)滾動(dòng)進(jìn)黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 入輪胎接觸 印跡區(qū)，由此相應(yīng)的輪胎外圓圓弧就被壓成對(duì)應(yīng)的弦長，即“輪胎接地長度” 。在輪胎接觸印跡內(nèi)，路面與滾動(dòng)單元帶之間在哪縱向及橫向?qū)a(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即所謂的“部分滑動(dòng)”。由于部分滑動(dòng)引起輪胎磨損，其能量被轉(zhuǎn)換成熱，由此產(chǎn)生了車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)不得不克服的附加阻力。 圖 輪胎等效系統(tǒng)模型 像風(fēng)扇一樣，輪胎的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致氣流損失，但可將其看做是對(duì)整個(gè)車輛氣流影響的一部分。因此，通常將風(fēng)扇效應(yīng)阻力加到總的車輛空氣阻力中。 綜上所述，車輪在干、硬的平路面行駛，其滾動(dòng)阻力 RF 包括彈性遲滯阻力彈性遲滯,RF 、摩擦阻力 摩擦,RF 和風(fēng)扇阻力 ，風(fēng)扇RF 三部分，即： ，風(fēng)扇摩擦彈性遲滯 RRRR FFFF ??? , （ ） 試驗(yàn)表明，在 128152km/h 速度范圍內(nèi)， 90%95%輪胎的破壞是由內(nèi)部遲滯作用引起的，而 2%10%則歸咎于 輪胎與地面的摩擦，僅有 %%歸咎于空氣阻力。因此，輪胎在硬路面上的滾動(dòng)阻力主要由胎體變形所引起的輪胎材料遲滯作用造成。實(shí)際上，式（ 21）表達(dá)的各個(gè)分量（如彈性分量與摩擦分量）均無法單獨(dú)分開測量，因此有用的還是綜合表達(dá)式。 滾動(dòng)阻力系數(shù)的測定方法 一般可采用兩種不同的 方法測量輪胎的總滾動(dòng)阻力，即整車道路測試和室內(nèi)臺(tái)架黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 測試。整車道路測試的優(yōu)點(diǎn)是：道路狀況和基本條件是真實(shí)的，但由于輪胎重復(fù)試驗(yàn)所必要的外部環(huán)境，如天氣、道路及交通條件等外在因素的干擾和不定性，測試中很難保證指定的試驗(yàn)參數(shù)。而以上問題在室內(nèi)固定輪胎試驗(yàn)臺(tái)測試中可以避免。在室內(nèi)試驗(yàn)條件下，裝有試驗(yàn)輪胎的車輪被放在可以動(dòng)的滾動(dòng)表面上，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可由車輪連接桿系上的力傳感器獲得。 輪胎轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)的類型 選擇 根據(jù)滾動(dòng)面情況的不同，輪胎試驗(yàn)臺(tái)基本上可分為三種類型 ??2 （見 表 的說明） ： （ 1）外支撐試驗(yàn)臺(tái)； （ 2）內(nèi)支撐試驗(yàn)臺(tái)； （ 3）平板試驗(yàn)臺(tái)。 表 輪胎試驗(yàn)臺(tái)的類型及特點(diǎn) 試驗(yàn)類型 簡圖 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 外支撐試驗(yàn)臺(tái) 空間足夠大， 輪胎易于安裝 很難實(shí)現(xiàn)濕 路面測量 內(nèi)支撐試驗(yàn)臺(tái) 胎面可換，能實(shí) 現(xiàn)濕路面測量 空間有限，輪 胎不易安裝 平板試驗(yàn)臺(tái) 底座平坦，與實(shí) 際情況更吻合 導(dǎo)向困難，振 動(dòng)引起腐蝕 最常用的是外支撐試驗(yàn)臺(tái)，外 支撐試驗(yàn)臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是成本相對(duì)較低，承載能力高，且結(jié)構(gòu)緊湊，車輪周圍留有較大的空間，不但可容納各種不同的車輪導(dǎo)向元件，以保證車輪定位，而且還可方便車輪的安裝。但由于離心力的作用，很難在外轉(zhuǎn)鼓上設(shè)置黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 不同的道路條。 對(duì)內(nèi)支撐試驗(yàn)臺(tái)而言，離心力的作用可使車輪胎面很容易地固定于試驗(yàn)臺(tái)面。因此，內(nèi)支撐試驗(yàn)臺(tái)特別適合于進(jìn)行不同類型 路面的試驗(yàn)，比如確定輪胎濕胎面的滾動(dòng)特性。然而，車輪上的有限空間不利于車輪的安裝和控制。由于弧形支撐面的影響，所有的支撐試驗(yàn)臺(tái)基本上都存在測量誤差。與平板試驗(yàn)臺(tái)相比，在車輪載荷相同的情況下，內(nèi)支撐 試驗(yàn)臺(tái)使輪胎接觸印跡和變形量增大，從而摩擦阻力和彈性遲滯阻力也相應(yīng)增加。如果滾動(dòng)卷筒半徑與車輪半徑相比較大，其測量誤差就可控制在較小范圍內(nèi)。必要時(shí)可引入校正因子，以保證其測量結(jié)果與平面測量結(jié)果相吻合。 平板試驗(yàn)臺(tái)在最大程度上保證了輪胎的滾動(dòng)表面，為車輪控制和車輪運(yùn)動(dòng)提供了寬闊的空間，同時(shí)也方便了輪胎的安裝。通過變換不同滾板，可在一定條件下實(shí)現(xiàn)道路條件的改變，同樣也適用于 濕道路條件，但由于支撐面振動(dòng)可能會(huì)產(chǎn)生測量誤差。為解決滾板的導(dǎo)向問題，需要的技術(shù)成本較高，另外，滾板的磨損也增加了運(yùn)行成本。 本設(shè)計(jì)選用的就 是外支撐試驗(yàn)臺(tái)。 滾動(dòng)阻力系數(shù)的測量與計(jì)算 在輪胎試驗(yàn)臺(tái)上測量輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù) 的方法 ， 是用 轉(zhuǎn)鼓輪胎試驗(yàn)臺(tái) ，如 圖 所示。 ??3 圖 轉(zhuǎn)鼓輪胎試驗(yàn)臺(tái) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 工作原理是 由電力測功機(jī)驅(qū)動(dòng)的試驗(yàn)輪胎放在轉(zhuǎn)鼓上，輪胎上加載垂直載荷 W ，轉(zhuǎn)鼓軸連接著作為制動(dòng)裝置的測功器。實(shí)驗(yàn)中測出驅(qū)動(dòng)輪胎的轉(zhuǎn)矩 tT 和作用于轉(zhuǎn)鼓的制動(dòng)力矩 dT ，則滾動(dòng)阻力系 數(shù) f 為 )( rRWr rTRTf dt ??? （ ） 式中 ： tT — 驅(qū)動(dòng)輪胎的轉(zhuǎn)矩 dT — 轉(zhuǎn)鼓的制動(dòng)力矩 R — 轉(zhuǎn)鼓的半徑 r — 輪胎的動(dòng)力半徑 W — 作用于輪胎上的垂直載荷 試驗(yàn)設(shè)備及技術(shù)條件 轉(zhuǎn)鼓技術(shù)條件 由于鋼帶式試驗(yàn)機(jī)價(jià)格昂貴，目前在室內(nèi)進(jìn)行輪胎滾動(dòng)阻力試驗(yàn)的設(shè)備仍以轉(zhuǎn)鼓式試驗(yàn)機(jī)為主。但是現(xiàn)用設(shè)備的轉(zhuǎn)鼓直徑不盡相同，有 、 、 、 2m、 、3m等。 ISO18164在考慮到各國設(shè)備情況和鼓面曲率對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響后，一方面作出了轉(zhuǎn)鼓直徑應(yīng)在 ～ 3m之間的規(guī)定；另一方面指出，在不同直徑的轉(zhuǎn)鼓上測得的輪胎滾動(dòng)阻力值也不同，并給與了校正公式。但是該公式系一近似計(jì)算公式 ，輪胎與轉(zhuǎn)鼓接觸面上的力分布的改變并非一簡單的幾何形狀的改變，還與輪胎各部件剛度等諸多因素有關(guān) ??4 。這里選擇直徑為 。 轉(zhuǎn)鼓表面應(yīng)為光滑的鋼制表面或有紋理的表面，轉(zhuǎn)鼓表面應(yīng)保持清潔。 汽車在干燥滾筒上的驅(qū)動(dòng)過程是一個(gè)摩擦過程 ??5 ，總摩擦力由若干分力組成，如： 阻滯附著總 FFF ?? （ ） 式中： 附著F —— 接觸面間的附著力； 阻滯F —— 輪胎在滾筒上滾動(dòng)變形時(shí)，由于壓縮與伸張作用之間能量的差別而消耗的能量，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為阻止車輪滾動(dòng)的作用力； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 該兩項(xiàng)分力取決于輪胎材料、結(jié)構(gòu)和溫度。 附著系數(shù)隨速度增加而下降的原因較為復(fù)雜，一方面是由于滾筒圓周速度提高，接觸面的溫升加快，很快在滾筒表面形成了一層橡膠膜，降低了附著系數(shù)。 (3)轉(zhuǎn)鼓寬度 轉(zhuǎn)鼓測試面寬度應(yīng)大于輪胎胎面的寬度，輪胎直徑為 ，寬為 ，所以 轉(zhuǎn)鼓寬度選為 。 3． 溫度環(huán)境 (1)標(biāo)準(zhǔn)條件 標(biāo)準(zhǔn)室溫是指在距輪胎側(cè) 1m處的輪胎旋轉(zhuǎn)軸上測得的溫度，應(yīng)為 25176。 C。 (2) 轉(zhuǎn)鼓表面溫度 注意確保測量開始時(shí)轉(zhuǎn)鼓表面的溫度與室溫大致相同。 4． 試驗(yàn)條件 本項(xiàng)試驗(yàn)的內(nèi)容為在一定的輪胎充氣壓力下測量輪胎的滾動(dòng)阻力，在試驗(yàn)過程中，允許輪胎氣壓有所增大（封閉式氣壓） 。 5． 試驗(yàn)速度 （ 1）載荷 指數(shù)不小于 122的試驗(yàn)速度 速度級(jí)在 K到 M之間的輪胎轉(zhuǎn)鼓速度為 80km/h，速度級(jí)在 F到 J之間的輪胎轉(zhuǎn)鼓 速度為 60 km/h。 （ 2）載荷指數(shù)小于 122的試驗(yàn)速度 轉(zhuǎn)鼓速度為 80km/h，如有需要，可采用 120km/h的轉(zhuǎn)鼓速度。 試驗(yàn)步驟 （ 1） 磨合 為了保證測量結(jié)果的重復(fù)性，早開始試驗(yàn)之前，應(yīng)使輪胎有一個(gè)初始的磨合過程，然后再使之冷卻。 （ 2） 溫度調(diào)節(jié) 充氣輪胎在試驗(yàn)場所的溫度環(huán)境中放置一定時(shí)間，以便達(dá)到熱平衡，通常在 6h后溫度達(dá)到平衡。 （ 3） 壓力調(diào)整 溫度調(diào)節(jié)結(jié)束后，將充氣壓力調(diào)整到試驗(yàn)壓力， 10min后再檢查一遍。 （ 4） 初步確定試驗(yàn)方案 測量并記錄的內(nèi)容包括： 1）試驗(yàn)轉(zhuǎn)鼓速度 v（ km/h）； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 2）垂直于轉(zhuǎn)鼓表面的輪胎載荷 W； 3）充氣壓力； 4） 驅(qū)動(dòng)輪胎的轉(zhuǎn)矩 tT ，作用于轉(zhuǎn)鼓的制動(dòng)力矩 dT ； 5）試驗(yàn)轉(zhuǎn)鼓半徑 R（ m）； 6）選擇的試驗(yàn)方法 。 ??6 滾動(dòng)阻力對(duì)汽車底盤輸出功率測定值的影響分析 車輪滾動(dòng)時(shí) ，輪胎與路面的接觸區(qū)域產(chǎn)生法向、切向的相互作用力以及相應(yīng)的輪胎和支承路面的相對(duì)剛度決定了變形的特點(diǎn)。當(dāng)彈性輪胎在硬質(zhì)的鋼制光滾筒上 滾動(dòng)時(shí)，輪胎的變形是主要的，此時(shí)由于輪胎內(nèi)部摩擦產(chǎn)生彈性遲滯損失，使輪胎變形時(shí)對(duì)它做的功不能全部收回，此能量消耗在輪胎各組成分相互間的摩擦以及橡膠、簾線等物質(zhì)的分子間的摩擦，最后轉(zhuǎn)化為熱能而消失在大氣中。這種損失即為彈性物質(zhì)的遲滯損失。 因?yàn)闈L動(dòng)阻力系數(shù)與模擬路面的滾筒種類、行駛車速以及輪胎的構(gòu)造、材料、氣壓等有關(guān)，所以，對(duì)其影響因素分析是非常必要的，具體分析如下： (1)若滾筒的半徑 r越大，在車輪滾動(dòng)時(shí)輪胎的變形量就越小，也就是說彈性遲滯損失就越小，故滾動(dòng)阻力系數(shù)隨 滾筒半徑的增大而減小。 (2)在加工過程中滾筒的橢圓度、同軸度越小，輪胎在滾筒上的運(yùn)轉(zhuǎn)就越平穩(wěn)，當(dāng)車速一定時(shí)滾動(dòng)阻力系數(shù)的波動(dòng)范圍就越小，所以說，滾動(dòng)阻力系數(shù)隨滾筒加工精度的提高而減小。 (3)目前我國在用的底盤測功機(jī)滾筒表面有兩種，一種是常見的光滾筒即表面未經(jīng)處理的滾筒，另一種是滾筒表面噴涂有耐磨硬質(zhì)合金，前者由于滾筒表面較光滑，其附著系數(shù)約為 ，試驗(yàn)用的東風(fēng)車在 50km/h 工況下檢測最大底盤輸出功率時(shí)，其滑移率約為 8%，也就是說，汽車車輪在行走時(shí)，除滾動(dòng)阻力外還有滑拖，致使被檢測車輪發(fā)熱，增大了 滾動(dòng)阻力損失，同時(shí)由于速度的誤差，引起了所測功率的誤差。后者采用表面噴涂技術(shù)，將滾筒表面的附著系數(shù)提高到 左右，接近于一般水泥路面的附著系數(shù)，則可避免滑拖現(xiàn)象。 (4)滾筒中心距 L 是指底盤測功機(jī)前后兩排滾筒支承軸線之間的距離，隨著滾筒中心距的增加，汽車車輪的安置角隨之增大，前后滾筒對(duì)車輪支承力也隨之增大，這樣將導(dǎo)致車輛在測功機(jī)臺(tái)架上的運(yùn)行滾動(dòng)阻力增加。 綜上所述滾筒直徑、安置角、滾筒表面質(zhì)量、滾筒中心距對(duì)滾動(dòng)阻力有很大的影黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 響，由于部分底盤測功機(jī)僅顯示功率吸收裝置的吸收功率，所以同一輛車在不同臺(tái)架上 測得的數(shù)值不同。因此如果以底盤測功機(jī)作為法定計(jì)量設(shè)備，其滾簡直徑、中心距、表面處理以及加載方式必須標(biāo)準(zhǔn)化。 輪胎氣壓對(duì)滾動(dòng)阻力系數(shù)影響很大，氣壓低時(shí)在硬路面上輪胎變形大，滾動(dòng)時(shí)遲滯損失增加，為了減少該項(xiàng)所引起的檢測誤差，要求在動(dòng)力性檢測前必須將輪胎氣壓充至標(biāo)準(zhǔn)氣壓。 ??7 本章小結(jié) 本章主要確定了轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)的總體設(shè)計(jì)方案的目的和測量方法， 詳述了輪胎滾動(dòng)阻力的力學(xué)特性 ,并對(duì)滾筒 裝置和輪胎的尺寸參數(shù)進(jìn)行了選擇 ， 探討 了試驗(yàn)設(shè)備以及 技術(shù)條件 。同時(shí)也分析了滾動(dòng)阻力對(duì)汽車底盤輸出功率測定值的影響 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 第 3 章 電機(jī)的選擇 電力測功機(jī)的功用 電力測功機(jī)的應(yīng)用情況 電力測功機(jī)是測功機(jī)家族中比較有發(fā)展?jié)摿Φ囊粋€(gè)分支。電力測功機(jī)就是利用直流電機(jī)或者交流電機(jī)作為轉(zhuǎn)換元件，將電能轉(zhuǎn)換成電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械能，以轉(zhuǎn)矩形式為軸承電機(jī)加載；并通過對(duì)輸出功率的測試，是一種全功能（有電動(dòng)工況又有發(fā)電工況）、高性能的重要檢測設(shè)備。在這些功能中，很大一部分是針對(duì)電機(jī)的。它是被測電機(jī)的加載設(shè)備，是電機(jī)制造和產(chǎn)品研發(fā)過 程中重要的性能測試和檢測設(shè)備之一。它通過軸連接器與被測電機(jī)同軸對(duì)接，用于模擬和控制被測電機(jī)的負(fù)載，以測量電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電流、電壓、功率、效率等參數(shù)，以及其他特殊的動(dòng)力試驗(yàn)測試項(xiàng)目，如安全性試驗(yàn)、動(dòng)平衡試驗(yàn)等。 國內(nèi)通常把直流測功機(jī)和交流測功機(jī)統(tǒng)稱為電力測功機(jī)。電力測功機(jī)目前大都采用直流測功機(jī)，這是因?yàn)橹绷麟姍C(jī)的調(diào)速性能好，控制簡單。但直流電機(jī)由于換向器的影響，不能適用于高速運(yùn)行，因此在轉(zhuǎn)速很高的情況下，往往采用機(jī)械減速裝置。 電力測功機(jī)的結(jié)構(gòu)原理 電力測功機(jī) 利用電機(jī)測量各種動(dòng)力機(jī)械軸上輸出的轉(zhuǎn) 矩，并結(jié)合轉(zhuǎn)速以確定功率的設(shè)備。因?yàn)楸粶y量的動(dòng)力機(jī)械可能有不同轉(zhuǎn)速，所以用作電力測功機(jī)的電機(jī)必須是可以平滑調(diào)速的電機(jī)。目前用得較多的是直流測功機(jī)、交流測功機(jī)和渦流測功機(jī)。 直流測功機(jī)由直流電機(jī)、測力計(jì)和測速發(fā)電機(jī)組合而成。直流電機(jī)的定子由獨(dú)立的軸承座支承，它可以在某一角度范圍內(nèi)自由擺動(dòng)。機(jī)殼上帶有測力臂，它與測力計(jì)配合，可以檢測定子所受到的轉(zhuǎn)矩。根據(jù)直流電機(jī)原理，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩同時(shí)施加于定子和轉(zhuǎn)子。定子所受到的轉(zhuǎn)矩與