第一节 汽车动力性检测

汽车动力性是指汽车以最大可能的平均行驶速度运送货物或乘客的能力。动力性是高效运输汽车最基本、最重要的一种性能，最能反映汽车的整体技术状况，因此它是汽车综合性能检测的必检项目。汽车动力性可以通过整车道路试验和台架试验测定。但对于在用汽车动力性的检测，常用驱动轮输出功率或驱动力作为诊断参数，用汽车底盘测功机检测。底盘输出功率检测俗称底盘测功，通过底盘测功，可以评价汽车的动力性。

一、汽车底盘测功机

汽车底盘测功机是一种不解体检验汽车性能的检测设备，它是在室内台架上通过模拟汽车道路行驶工况的方法来检测汽车动力性的，必要时还可检测汽车燃油经济性，以及汽车多工况排放指标。汽车底盘测功机按工作原理可分为测力式、惯性式和综合式三类。测力式底盘测功机可通过模拟道路阻力直接测量汽车驱动轮输出功率或驱动力；惯性式底盘测功机可通过模拟汽车行驶惯性来测量汽车的加速能力；综合式底盘测功机兼备测力式和惯性式两种功能，现代汽车底盘测功机大多属于综合式的。

1.底盘测功机结构

汽车底盘测功机一般由滚筒装置、加载装置、飞轮装置、测量装置、控制与指示装置和辅助装置等构成，如图2-1所示。

图2-1 汽车底盘测功机结构示意图

1—主动滚筒 2—加载装置（电涡流测功器） 3、10—压力传感器 4—联轴器 5—举升器 6—从动滚筒 7—挡轮 8—电磁离合器 9—飞轮装置 11—反拖电动机

（1）滚筒装置 底盘测功机的滚筒用来模拟连续移动的路面，测功时，驱动轮在滚筒上滚动。因此，滚筒是支承车轴载荷，并传递功率、转矩、速度的主要构件。底盘测功机有单滚筒与双滚筒两种类型。

单滚筒底盘测功机，其滚筒直径大，多为1500～2500mm，检测时车轮滚动阻力小，测试精度高，但由于大滚筒制造成本高，同时驱动轮检测定位难，因此单滚筒底盘测功机仅适用于科研单位。双滚筒底盘测功机，其滚筒直径相对较小，多为185～400mm，检测时驱动轮胎变形大，测试精度相对较低，但由于双滚筒制造成本低，且驱动轮检测定位方便，因此双滚筒底盘测功机适用于汽车维修企业和汽车综合性能检测站。

（2）加载装置 在测力式底盘测功机中，必须装有加载装置。加载装置俗称测功器，用来模拟汽车在道路上的行驶阻力，吸收驱动轮上的输出功率。测功器的类型有水力测功器、电力测功器和电涡流测功器。由于电涡流测功器具有测试精度高、适应范围广、结构紧凑、易于调控、便于安装等优点，因此现代汽车底盘测功机加载装置大多采用电涡流测功器。

圆盘式电涡流测功器的结构原理如图2-2所示。它主要由圆盘转子和浮动定子组成，其转子由高磁导率钢制成，圆周呈齿状，转子通过连轴器与滚筒相连；其定子圆周装有励磁线圈，定子通过浮动支承能绕其轴线摆动。这种测功器是利用电磁感应产生涡电流形成制动载荷的。测功时，励磁线圈通以直流电产生磁场，并通过转子、空气隙、铁心形成磁路，当汽车驱动滚筒带动转子在磁场中旋转时，由于磁通的周期性变化因而在转子盘上产生涡电流。由于涡电流和外磁场的相互作用，对转子盘产生一个制动阻力矩，从而对滚筒起加载作用。调节通过励磁线圈电流的大小，即可改变模拟阻力矩（或吸收功率）的范围。电涡流测功器将吸收的能量转变为热能，经空气或冷却水散失。

（3）飞轮装置 在惯性式底盘测功机中，必须装有飞轮装置。它通过离合器与主动滚筒相连，用于模拟汽车在道路上行驶的惯性。为了准确测量，飞轮的转动惯量应与被测车辆路试时的惯性相适应。一般来说，一定惯量的飞轮只能模拟一类对应车型的惯性能量。飞轮的转动惯量可根据行驶汽车的动能与底盘测功机检测时旋转部件动能相等的原则推出，其计算式如下

图2-2 圆盘式电涡流测功器的结构原理

1—圆盘转子 2—定子 3—冷却盘 4—主轴 5—连接盘 6—转速传感器 7—支座 8—排水管 9—空气隙 10—励磁线圈

式中 J、ω——飞轮的转动惯量（kg·m²）、飞轮角速度（rad/s）；

J₀、ω₀——滚筒的转动惯量（kg·m²）、滚筒角速度（rad/s）；

J_n、ω_n——测功器转子的转动惯量（kg·m²）、转子角速度（rad/s）；

J_k、ω_k——从动车轮转动惯量（kg·m²）、车轮角速度（rad/s）；

m——汽车质量（kg）；

v——汽车车速（m/s）。

为扩大车辆检测范围，其飞轮装置应采用多个飞轮，以便用不同的飞轮或飞轮组合与不同的车型匹配。但由于现代车辆的类型复杂，以及测试条件的不断变化，即使采用大量的飞轮也很难与各类车辆进行精确的惯性模拟。因此，在有的底盘测功机上其飞轮装置只用一个飞轮，而通过制定相应的数学模型对测量结果进行修正来精确模拟各类汽车的行驶惯性。这样不仅可以简化飞轮装置，降低制造成本，扩大使用范围，还可使检测操作更为方便。

（4）测量装置 测量装置主要包括测力装置、测速装置和测距装置。

1）测力装置。测力装置用来测量驱动轮上的驱动力，它由测力臂和测力传感器组成。其传感器有液压式、机械式和电测式等多种形式。测功时，测功器转子与定子之间的制动转矩通过与定子相连的测力臂传给测力传感器，然后传感器输送信号至测量电路，通过转换由测力仪表直接显示驱动轮的驱动力。

2）测速装置。测速装置可用来测量车速，它一般由测速传感器、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、霍尔传感器及测速发电机等多种形式。测速传感器的转子随滚筒一起滚动，测试时，传感器将滚筒的转速信号转变为电信号，该信号经中间处理装置变换放大，并由指示装置显示车速。底盘测功机在测功、加速、滑行、燃油消耗、排放等试验时，都需要准确地测量车速。

3）测距装置。一般采用光电盘脉冲计数式测距装置。当汽车在底盘测功机上进行加速距离、滑行距离、燃油经济性检测时，必须使用测距装置。

（5）控制与指示装置

1）控制装置。控制装置用来控制底盘测功机的整个检测过程，使检测能够按照给定的方式自动进行，确保车辆检测模拟的准确性。底盘测功机的控制主要是对加载装置的控制，某电涡流式加载装置的控制系统框图如图2-3所示。

图2-3 电涡流式加载装置控制系统框图

从图中可以看出，电涡流加载装置控制系统是一个带反馈的闭环系统。检测时接通电源，整流系统将220V的交变电压转变为电涡流式加载装置所要求的励磁直流电压，并提供控制电压。选定控制方式（恒速控制或恒矩控制），于是系统将所选定的速度或转矩信号与计算机输出的设定信号同时输给PID控制电路进行运算处理，然后输出加减载控制脉冲信号（加载或减载电压）触发晶闸管，其晶闸管输出电压加在电涡流加载装置的两端，使励磁线圈的电压发生变化，导致电涡流加载装置励磁电流发生改变，从而控制底盘测功机的负荷。当车速或转矩未能达到规定要求时，其车速或转矩的反馈信号将促使其控制系统通过加载装置不断地修正被测车辆的速度或转矩以达到控制的目的。

2）指示装置。现代汽车底盘测功机检测的输出功率、驱动力和车速等参数普遍采用监视器直接显示，显示器还可显示测量过程的动态曲线。一般底盘测功机还有指针式仪表，它可显示电涡流测功机的电流、转速、输出转矩，以便监视测功机的工作状态。

（6）辅助装置

1）举升装置。为方便被测车辆驶入和驶出底盘测功机，在主、副两滚筒中间装有举升装置。举升装置有气动、液动和电动三种形式，以气动式举升装置为多见。

2）冷却风扇。采用风冷式的底盘测功机，在加载装置处装有冷却风扇，以加强空气流动，散失加载装置测功时产生的热能，冷却加载装置。

3）反拖电动机。有的底盘测功机装有反拖电动机，利用反拖电动机可以有效、快速地检测底盘传动效率。

2.底盘测功机原理

汽车驶上底盘测功机，将驱动轮支承于两个滚筒之上（图2-4），起动发动机让车轮驱动滚筒转动使之模拟路面的行驶状态，此时滚筒表面的线速度就是汽车的行驶速度，根据滚筒的转速可以换算出汽车的行驶速度，而滚筒的转速可由测速传感器输出脉冲信号来反映，其脉冲频率的高低与滚筒转速成正比。汽车行驶的道路阻力由电涡流测功器加载模拟，当给电涡流测功器励磁线圈加一定电流时，则测功器中的涡电流与磁场相互作用，产生一个制动转矩，反作用于滚筒表面，这个制动转矩反力使定子随着转子旋转方向摆动，通过力臂作用在压力传感器之上，压力传感器输出模拟信号的大小与制动转矩成正比，在滚筒转速稳定时，该制动转矩与驱动轮驱动力对滚筒的驱动力矩相等。据此，可求出驱动轮作用在滚筒上的驱动力。

图2-4 双滚筒底盘测功机测功示意图

实际上，在测速装置获取车速信号（滚筒转速电信号）的同时，其测力装置也将驱动力信息（滚筒制动转矩）转换成电信号，两信号同时输入给计算机系统处理运算后，即可显示驱动轮输出功率。其功率表达式为

式中 P_k——驱动轮输出功率（kW）；

F_t——驱动力（N）；

v——车速（km/h）。

通过改变电涡流测功器负荷的大小，可以模拟汽车在道路上行驶的各种阻力，因此可以实现汽车在各种车速下驱动轮上的输出功率、驱动力的测定。但实际测试时，汽车发动机稳态转速下的最大功率点和最大转矩点对应的汽车底盘输出功率及驱动力的测试用得最多，因为利用这些参数可以评价汽车及发动机的动力性。

在底盘测功机上进行变工况试验，如对汽车进行加速能力和滑行距离测试时，需用飞轮装置来模拟汽车行驶的惯性力。

二、驱动轮输出功率的检测

1.检测项目的确定

测功前，应根据动力性检测的要求确定检测项目。因为不同的检测项目，其检测点的选取及测试方法有所差异。常用的底盘测功检测项目如下。

（1）发动机全负荷额定功率转速下驱动轮输出功率的检测 它检测的是汽车最大驱动功率，其功率大小可反映汽车整车的动力性及技术状况，是汽车动力性检测的必检项目。

（2）发动机全负荷额定转矩转速下驱动轮输出功率的检测 它检测的是发动机最大转矩时对应的驱动功率，其功率大小可反映汽车的最大加速能力和爬坡能力，是汽车动力性检测的必检项目。

（3）发动机全负荷选定车速下驱动轮输出功率的检测 它检测的是选定车速对应的功率，往往会选多种车速，其功率大小可反映不同车速时的动力性。

（4）发动机部分负荷选定车速下驱动轮输出功率的检测 它检测的是多种不同的节气门开度、不同选定车速下的功率，其功率大小可反映汽车在不同工况下行驶的动力性。

2.检测点的选择

通常检测点的多少与所确定的检测项目有关。在汽车技术等级评定、在用汽车动力性评价时，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。若需全面考核发动机的动力性、底盘的技术状况及调整质量，还可进行中间转速下的功率测量。

检测点车速取决于发动机工况和汽车档位。发动机工况由检测项目确定，而汽车档位一般选择直接档或传动比最接近于1的档。其检测点的车速值可根据下式确定。

式中 v——汽车底盘测功车速（km/h）；

n——选定工况的发动机转速（r/min）；

r——车轮的滚动半径（m）；

i_g′——变速器选定档位的传动比；

i₀——主减速器传动比。

提示：驱动轮输出功率的大小与汽车的行驶工况有关。只有正确地选择检测工况和检测点，才能客观地评价汽车的使用性能。

3.检测前的准备

（1）底盘测功机的准备

1）在底盘测功机进行定期检查、定期润滑、定期标定的基础上，保证底盘测功机各系统能进行正常工作。

2）按规定的程序操作进入待检状态。

3）飞轮装置除进行多工况油耗试验和加速、滑行试验外，不允许任意使用。

（2）被测车辆的准备

1）轮胎表面应清洁，不能嵌入任何杂物。

2）轮胎的规格和气压应符合制造厂的规定。

3）发动机机油应充足，机油压力应在允许范围内。

4）发动机冷却系统的工作应正常。

5）车辆处于空载状态，并关闭空调系统等非汽车运行所必须的耗能装置。

6）道路运行，使汽车各运动部件、机油、冷却液等达到正常的温度状态。

注意：

走合期的新车或大修车不宜进行驱动轮输出功率的检测。

4.功率检测步骤

1）接通底盘测功机电源，使设备处于检测状态。

2）升起举升器托板。

3）将被测车辆沿垂直滚筒的方向平稳驶上底盘测功机，并将驱动轮置于两滚筒间举升器托板上。

4）操作仪器，降下举升器托板。

5）用三角铁塞住从动轮，对被测车辆进行必要的纵向约束。

6）起动发动机，利用被测车辆带动底盘测功机滚筒稍作空运转，使底盘测功机各运动部件的工作温度正常。

7）测量驱动轮输出功率。根据检测项目及检测点设定的检测车速来测量功率，每点重复测量三次，取平均值。按如下选定的内容进行检测。

①发动机全负荷额定功率转速下驱动轮输出功率的检测。起动发动机，由低档加速逐渐换至选定档，逐渐踩下加速踏板，同时调节测功器的加载负荷，使发动机在加速踏板踩到底及额定转速对应的车速下运转，待车速稳定15s后，读取和记录功率值。

②发动机全负荷额定转矩转速下驱动轮输出功率的检测。起动发动机，由低档加速逐渐换至选定档，逐渐踩下加速踏板，同时调节测功器的加载负荷，使发动机在加速踏板踩到底及最大转矩转速对应的车速下稳定运转，15s后读取功率。

③发动机全负荷选定车速下驱动轮输出功率的检测。在选定档位下，将加速踏板踩到底，通过调节测功器的加载负荷，使发动机在选定车速下稳定运转，15s后读取功率。

④发动机部分负荷选定车速下驱动轮输出功率的检测。在选定档位下，在发动机节气门部分开启时，通过调节测功器的加载负荷，使发动机在选定车速下稳定运转，15s后读取功率。

提示：检测时，被测汽车前方严禁站人，应密切注意被测车辆的各种异响、发动机冷却液温度及底盘测功机的工作状态，以免发生意外事故，保证测试顺利进行。

8）记录环境状态下的各种检测数据，以便进行数据处理。输出或打印检测结果。

9）测试完毕后，待驱动轮停转，拆除外围的冷却及约束附件，升起举升器托板，将被测车辆驶离底盘测功机，然后切断底盘测功机电源。

三、在用汽车动力性的评价

在车辆技术状况等级评定及综合性能检测中，需要对在用汽车进行动力性评价。

1.评价指标

台架检测时，常用发动机在额定转矩和额定功率时的驱动轮输出功率作为在用汽车动力性评价指标。汽车在使用过程中，发动机、传动系统的技术状况会逐渐下降，其驱动轮输出功率将相应减小。因此，利用发动机在额定转矩和额定功率工况条件下驱动轮输出功率的数值，能评价在用汽车的动力性和技术状况。

2.评价方法

在用汽车动力性是依据规定检测工况下，校正驱功轮输出功率与相应的发功机输出总功率的百分比与标准值比较进行评价的，其评价方法如下。

（1）测出实际驱动轮输出功率 在实际环境状态下，采用汽车额定转矩和额定功率的工况，在底盘测功机上测出汽车驱动轮的输出功率。该功率称为实际驱动轮输出功率，它不含轮胎滚动阻力和底盘测功机传动系统阻力所消耗的功率。

（2）计算校正驱动轮输出功率 实际驱动轮输出功率校正到标准环境状态下的功率，称为校正驱动轮输出功率。校正驱动轮输出功率的表达式为

式中 P₀——标准环境状态下的校正功率；

α——校正系数，通过计算或查表得到；

P——实际驱动轮输出功率。

校正功率的标准环境状态是指大气压100kPa、相对湿度30%、环境温度298K（25℃）、干空气压99kPa（干空气压是基于总气压为100kPa，水蒸气分压为1kPa计算得到的）时的状态。

（3）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

式中 P_VMO——汽车在额定转矩工况下的校正驱动轮输出功率（kW）；

P_VPO——汽车在额定功率工况下的校正驱动轮输出功率（kW）；

P_M——发动机额定转矩功率（kW）；

Pe——发动机额定功率（kW）。

ηVM——汽车在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——汽车在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（%）。

（4）在用汽车动力性评价 GB/T 18276—2000《汽车动力性台架试验方法和评价指标》中规定，在用汽车动力性合格的条件是

或

式中 η_Ma——汽车在额定转矩工况下校正驱动轮输出功率与额定转矩功率的百分比的允许值（%）；

η_Pa——汽车在额定功率工况下校正驱动轮输出功率与额定功率的百分比的允许值（%）。

若η_VM或η_VP比其相应的η_Ma或η_Pa允许值小，则表明汽车的动力性不良，说明在用汽车发动机及其传动系技术状况较差。

提示：为了确诊汽车动力性不良的原因，在底盘测功机上可采用反拖法检测传动系统消耗的功率，若汽车传动系统消耗功率过大，则表明传动系统效率过低，说明汽车传动系统技术状况不良；否则，说明发动机动力性不足、技术状况不良。

3.评价标准

在用车动力性评价标准就是校正驱动轮输出功率与相应发动机输出总功率百分比的允许值，如η_Ma、η_Pa，表2-1为GB/T 18276—2000《汽车动力性台架试验方法和评价指标》提供的部分在用国产汽车评价标准，其他在用车辆可参照执行。

表2-1 汽车驱动轮输出功率限值

（续）

①半挂列车是按载质量分类。

②为汽车变速器使用三档时的参数值。