底盘测功机是一种室内台架汽车测试设备，用于模拟汽车在真实路面上的行驶阻力，测定汽车动

　　力性能和技术状况、诊断汽车故障。目前，它已广泛应用于汽车专业认证测试、整车及汽车零部件开

　　发测试以及汽车维修生产当中。通过加装尾气分析仪等设备，可以对汽车进行排放检测试验。目前实

　　行的国家标准GB18352.3—2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）中，常

　　温下冷起动后排气污染物排放试验、污染控制装置耐久性试验、低温下冷起动后排气中CO和HC排

　　放试验都需要在底盘测功机上实现。此外，在欧美及日韩等汽车大国的排放测试标准中，明确规定相

　　关认证试验都要求在底盘测功机上进行。如图1.1，为实拍的底盘电力测功机上进行的汽车试验。

　　底盘测功机自诞生以来，已有三十多年的历史。早在80年代以前，市场上的底盘测功机主要以机

　　械式为主。汽车底盘测功机主要以飞轮模拟汽车行驶时的惯性质量和转动惯量，能够检测汽车的一些

　　到了80年代以后，随着机电一体化技术的发展，汽车底盘测功机的自动化程度越来越高，机械传

　　动环节在日益减少，安装了更多的高精度传感器，与电子计算机的结合也更加紧密，加载方式实现了

　　从电涡流加载方式到电力加载方式的转变；惯量模拟从靠飞轮模拟的单级惯量发展到多级惯量，直到

　　今天采用依靠电机加载无极惯量；控制系统日臻完善，测量精度及速度都在不断提高，道路模拟准确

　　根据实际应用场合，底盘测功机朝着两个不同的方向发展，一类是检测线式测功机，它测量精度

　　低、不具有惯量模拟功能、成本开云网站 kaiyun登录入口网址低廉、功能简单，应用于汽车故障诊断和维修行业；另一类是电力测

　　功机，采用直流或交流电机，能够实现行驶阻力和惯量加载、控制系统复杂、测试精度高，因而开发

　　成本高，价格较为昂贵，是整车及零部件开发、汽车认证试验等行业使用的专业汽车检测设备。

　　目前，国际上专业底盘测功机产品以后者为主，主要的生产厂家有BUKE、CLAYTON、AVL、

　　MAHA、HORIBA、MEIDESHA等知名企业并长期占据着国际主流市场。例如美国BUKE公司生产

　　的48英寸单轴底盘测功机，CLAYTON公司生产的ECE-50型双轴底盘测功机，MEIDESHA生产的

　　单轴底盘测功机，经过市场的验证，均是很实用的产品，被国内外大批测试机构和汽车生产厂家广泛

　　相对于国外，国内的汽车底盘测功机设计制造起步相对较晚。1981年首次引进日本的弥荣

　　CDM-310型底盘测功机，并研制出汽车性能测试台。1991年，交通部公路所联合成都汽车保养机械

　　同时，国内的院校对此也进行了积极的研究。华中科技大学开发了一种PC486微机，还结合了模

　　拟调节器技术的交流开云网站 kaiyun登录入口网址电力测功机，这种直流电力底盘测功机采用了三轴六轮驱动结构（每根轴带有两

　　个直径为0.8m的转鼓），可实现单、双、三轴驱动。基本实现了轻型汽车的道路模拟试验。该底盘测

　　功机的前转鼓和后转鼓分别由两台直流电机驱动，这样的控制方式很灵活，既可以由转鼓在一定的速

　　度下反拖汽车行驶，实现整个传动系统摩擦损失的测量，还能实现汽车在不同速度下的道路载荷模拟，

　　此外，清华大学、武汉理工大学、华南理工大学、西安交通大学都独立或合作研发出自己的底盘

　　测功机产品。国内的科研单位也为底盘测功机的开发和研制发挥作用。从目前来看，这些产品功能在

　　趋于完善，但是精度、可靠性以及可扩充性还有待提高，以进一步追赶国外产品性能，适应国内外的

　　目前，国内汽车底盘电力测功机的研究水平还远落后于国外厂家。我国现有的产品大多为检测线

　　式底盘测功机，其精度和功能都亟待提高，面对市场上对专业测试使用的底盘电力测功机的需求，显

　　得仍然力不从心。当前，国内很过检测机构和汽车生产厂家都已经或正在装备底盘电力测功机，几乎

　　都要依赖进口，这就要求我们花重金来面对国外产品的高昂价格和高维修成本，以及长时间的订购周

　　本论文是以底盘电力开发的角度，研究一套保证底盘电力测功机测试精度的稳定性的标定方法。

　　围绕课题研发的48英寸底盘电力测功机展开设计和调试，进行了大量的试验，得到的结果希望能够对

　　1.针对汽车在真实道路上以及底盘电力测功机上的行驶阻力进行分析，并建立这两种条件下的汽

　　2.详细分析底盘电力测功机的基本结构和测试原理。根据不同的工况对底盘测功机综合受力状况

　　3.对影响底盘电力测功机使用和测试的各个因素加以分析，并对这些因素设计相应的测定和校准

　　底盘测功机能够测量车辆的基本行驶特征，如车速、功率、牵引力等力学参数，最为常用也是最

　　为主要的功能是为测试车辆提供道路行驶阻力，模拟车辆在真实道路上的形式状态。

　　底盘测功机测量汽车的实际行驶速度（加速度）。由于转鼓表面与汽车轮胎表面相接触做相对转动，

　　转鼓与车轮的瞬时速度/加速度是大小相等，方向相反的。因此测量测量汽车轮胎外圆切向速度（加速

　　汽车驱动力是发动机输出动力最终作用到车轮供汽车行驶的作用力/牵引功率，在路面行驶条件系

　　下，反映路面提供给汽车车轮的反作用力（反作用力功率）；安装在底盘测功机上的汽车，驱动力（牵

　　汽车测试中道路测试是非常重要的内容，这里试验通常在真实道路或实验场进行，以考核汽车行

　　驶时的各项性能指标，得出的试验数据具有真实性和说服力。但是道路测试存在着一定的局限性：受

　　天气、驾驶技术、路面状况等方面的影响较大，安全隐患较多。即便是目前比较普遍的实验场试验，

　　路面状况稳定，重复性好，但是仍不可避免地受到天气条件的制约，而且试验道路维护成本较高导致

　　因此，我们改用室内测试的方法，在试验室环境内，将汽车安装在固定的试验台上，通过人为地

　　控制试验条件，模拟汽车在室外环境下的运行状态，并使周围试验室环境对汽车造成的影响尽量小，

　　通过测功机的功率吸收装置模拟汽车在真实路面上的行驶阻力，控制行驶状况。这样试验可以不受天

　　气、驾驶技术、等外界因素的干扰，使测试结果仅受测试仪器自身精度的影响。同时，室内测试不受

　　场地面积、路面维护等因素的限制，还能够安装尾气分析仪，节约了大量的试验成本和测试时间。

　　底盘电力测功机的道路载荷模拟功能，其目的就是对汽车加载可变的阻力，在室内的环境下模拟

　　汽车在道路上的行驶状态。使用电机作为加载装置，转鼓在电机的载荷作用下对汽车车轮施反向、并

　　随车速的变化而做出相应的改变的作用力——道路行驶阻力，以模拟汽车在真实路面上的行驶状态，

　　底盘电力测功机，由转鼓、加载装置、测量装置、控制系统及辅助装置等几个部分组成，如图2.1。

　　转鼓通常采用钢制空心圆桶状结构，可以采用光滑外表面，也可以经过处理增加外表面纹路或喷

　　涂特殊材料以增大摩擦系数。测试时转鼓外表面与汽车轮胎相接触，以相同的线速度作相对滚动，以

　　模拟路面与车轮的相对运动。一般来说，转鼓直径越大，越接近真实路面状态，但加工和安装的技术

　　要求也越高，制造成本也越大，因此转鼓直径已经系列化，规范化，例如轻型乘用车测试使用的48”

　　测功机，其外径为 48 英寸，相当于 1.29 米。转鼓与电机输出轴连接并同步转动，将汽车车轮速度及

　　扭矩传至电机。根据转鼓与电机的相对位置，底盘测功机可分为中置式和偏置式两种。

　　电力测功机使用的加载装置是异步交流电机，可正反向旋转，与一般的交流电机同样是由定子与

　　转子构成，所不同的是根据测功机转鼓布置的特点，其输出轴有所不同。对于电机侧置型底盘测功机

　　（图2.2 中a），由于在其输出轴的一侧上装有两个转鼓，所以输出轴较长；对于电机中置型（紧凑型,

　　图2.2 中b）测功机，转鼓布置在电机两端，电机输出轴向两侧伸出型。通过对电机的控制，当测功机

　　启动道路模拟功能时，可以对车轮施加阻力和惯量，车轮驱动转鼓，使得电机转子转动。电机吸收车

　　轮的机械能，作为发电机产生电流，向电网回馈。此外作为其他功能使用时，可以作为动力源驱动转

　　鼓转动，实现对转鼓的加载。电机外壳内部装有定子，外部固定在测功机框架内，转子与定子之间的

　　图2.2 中a 型底盘测功机为电机中置型，转鼓Ⅰ、Ⅱ位于电机的两侧，b 型为电机侧置型，转鼓Ⅰ、

　　测力装置:测力装置所测量的物理量是汽车作用在转鼓表面的牵引力或转矩，一般采用拉力传感

　　器，它一端固定在测功机电机外壳上，另一端固定在测功机框架上，由于作用在转鼓上载荷，会传递

　　给电机转子，并对定子产生相同的载荷。作用在定子上的载荷会引起电机外壳的微小形变，外壳上安

　　装的拉力传感器会随之发生轴向变形，改变力传感器的测量信号，通过采集这一测量信号可以得到转

　　测速装置:测速装置用来测量转鼓表面切向速度和加速度，底盘电力测功机的测速装置是安装在电

　　机输出轴中心的光电编码器。光电编码器同转鼓以相同的角速度运动，每转过固定角度会产生一个脉

　　冲信号,并且具有固定的分辨率（光电编码器转过一周发出的脉冲个数）。转鼓转动一定角度，光电编

　　码器发出了若干脉冲信号，根据脉冲信号个数、系统时间以及测功机的一些特性可以得到汽车驱动轮

　　底盘电力测功机的控制系统主要实现对速度、加速度、牵引力的闭环控制，这其中，加速度信号

　　是基于速度和时间的微分得到的，因此底盘电力测功机的控制系统主要是依据对速度以及牵引力两个

　　底盘电力测功机使用电机进行加载时，通过电机控制器向电机发送速度、扭矩控制信号。电机输

　　出的速度及功率由测试系统的各个传感器采集，并将信号传输到测功机计算机中，测功机计算机将这

　　些信号发送至信号采集系统，通过数字采集系统将速度、加速度、牵引力信号接收，转换成计算机可

　　以读取的触发信号并响应，调整控制信号送给电机控制器，实现对电机输出的闭环控制。

　　例如，转鼓试验台配有风机，安装在被测车辆前方，用于模拟汽车正常行驶时迎面风作用，从而

　　为汽车发动机降温。这类风机分为两种类型，一种类型的风机，输出功率恒定，即风速不变；另一类

　　风机输出功率随汽车车速的变化而变化，称为追速风机，根据试验的具体需要对其进行选择。

　　转鼓上方通常装有自动对中装置，它可将安装在底盘测功机转鼓正上方的汽车举升到一定高度，

　　使车轮同时与转鼓和对中轮相接触，利用汽车自身四轮定位的特性，自动将汽车调整到适合的测试位

　　轴承自润滑装置，包含两个小型电机，带动测功机转鼓轴承转动，这样可以减小转鼓轴承内圈与

　　外圈之间的摩擦力，排除由于这部分摩擦力的影响，使得转鼓在受到较小的外力作用时，也能够发生

　　在水平道路载荷行驶状态下，汽车自身驱动力与滚动阻力、空气阻力、坡度阻力、加速阻力相平

　　在实际情况中，滚动阻力系数f 会随汽车行驶速度v 的变化而改变，f 可以近似用车速v 表达f 成

　　f=f(v)。根据经验公式可以知道使用不同等级子午线轮胎，一般轿车的滚动阻力系数：

　　表中，SR 级——允许最高车速为180km/h；HR——允许最高车速为210km/h;SR-M+S——装有塑

　　空气阻力：汽车直线行驶时受到空气作用力在行驶方向上受到的分立成为空气阻力。这里仅仅分

　　析由空气的粘性在车身表面产生的切向力的合理在行驶方向的分力。在汽车行驶范围内，空气阻力数

　　此时，汽车重力垂直于路面的分量为G·cosα，汽车在坡道上的滚动阻力为：

　　加速阻力：汽车行程过程中，在加速时需要克服质量加速运动的惯性力，即加速度阻力F

　　的质量可以分为平移质量和转动惯量两个部分。加速过程中，不仅仅由平移质量产生惯性力，转动惯

　　量也会产生惯性力矩。为了方便计算，一般把转动惯量的作用效果转化成平移质量的惯性力，对于传

　　动比固定的汽车，通常使用系数δ作为转动惯量力矩换算为平移质量常系数。因此，加速阻力为：

　　δ的大小与飞轮转动惯量、车轮转动惯量以及传动系传动比有关，并可以用下式表达：

　　其中，空气阻力与滚动阻力均是以汽车行驶速度为参量的函数，所以，汽车这部分行驶阻力可以

　　其中A、B、C 是将速度v 按照升幂排列的系数，通过道路滑行试验获得。对系A、B、C 的测定，

　　汽车在底盘测功机上行驶时，其驱动力形式与在道路上行驶的驱动力形式有很大不同。目前通常

　　在底盘测功机上进行的汽车试验中，不考虑带有坡度工况下的车辆行驶状态，仅仅是对平直路面上行

　　驶状态的模拟。对于匀速、加速、减速这三种典型工况来说，其基本原理是相同的：车轮作用在转鼓

　　等速行驶工况:在这种工况下，例如等速百公里油耗试验，汽车行驶需要克服地面行驶阻力、空气

　　阻力，不存在加速阻力，可以将以上情况归结为（公式2.10）中情况，汽车自身惯量不起作用。在底

　　盘电力测功机上汽车表现为，车轮上的驱动力克服转鼓作用的牵引力以及转鼓自身寄生摩擦阻力运动，

　　如图2.5 中a 情况所示（其中m 为汽车自身惯量作用在车轮与转鼓接触面上的惯量值，M为底盘测功

　　加速工况：平直路面上，在加速过程中，汽车行驶不仅仅要克服路面阻力以及空气阻力，还需要

　　克服汽车自身整体惯量m 的作用，可以将这一状态归结为（2.11）中的状态。在底盘电力测功机上模

　　减速工况:在底盘测功机上的测试中，当汽车处于减速工况的情况下，此时，车轮加速度方向与其

　　根据以上不同工况下，转鼓受力状态的具体情况，电机根据牵引力的回馈对加载阻力进行调整，

　　本章主要叙述了底盘电力测功机的基本结构，对道路行驶阻力以及底盘电力测功机转鼓在不同工