发电机效率整车转鼓测试方法研究

于庆超

哈尔滨东安汽车动力股份有限公司

黑龙江省哈尔滨市150000

摘要：从能量流的角度去测定汽车燃油能量在发动机、底盘部件等部件的分布，可以找出经济性优化的关键方向。能量转化过程中，发动机将燃料化学能转化为动能，其中一部分动能用来驱动车辆行驶，还有一部分经过发电机转化为电能，向所有用电设备供电。发电机将动能转化为电能的过程中能源的转化效率称之为发电机效率。随着汽车电子电器技术的不断发展，整车用电设备的功耗越来越大，使得发电机效率对汽车燃油经济性的影响也越来越高。

关键词：发电机效率；整车转鼓测试；应用

前言

在零部件台架上通常采用对拖法测试发电机输入和输出功率后计算得到不同转速下的发电机效率。但对拖法通常难以准确模拟整车状态下的发电机的温度场环境，以及发电机在整车上的装配状态，直接使用零部件台架的发电机效率数据会影响整车能量流模型计算结果的准确性。因此在转鼓试验台上开展整车条件下的发电机效率测试尤为必要。

1测试原理

整车在转鼓试验台上进行试验，通常设置转鼓试验台在恒速控制模式。转鼓试验台在该模式下可根据设定车速自适应控制转鼓电机的输出功率，以保证轮胎在该车速下恒定运行。设计数据采集系统可同步测试转鼓施加到轮边的机械功率以及发电机的输出电功率。定义发动机油门全开时的车带鼓运转的试验方法为外特性法，定义发动机熄火、鼓带车运转的试验方法为阻力矩法。

1.1外特性法

保持全油门状态，发动机固定转速的总功率Pe不变，改变用电器负载，同步测试转鼓施加轮边的功率PD和发电机输出电功率PA，得出发电机效率。

1.2阻力矩法

保持发动机断油停喷，车轮倒拖发动机，改变用电器负载，同步测试转鼓施加轮边的机械功率PD和发电机输出的电功率PA，得出发电机效率。

2试验与分析

2.1阻力矩法

2.1.1样车A测试

以某公司生产的某款手动挡SUV为例（简称样车A），使用阻力矩法测试，转鼓试验台设置为恒速28.56km／h，此时变速器置入Ⅱ档，发动机转速2000r／min。按照用电器开关设置7个工况，并且同步测试发电机电流I、电压U和转鼓施加轮边的功率PD。将试验结果绘制成曲线，两次试验结果的曲线重合性高。按照公式每两个点均可计算出发电机效率，本文将每次7个工况点线性拟合得到平均的斜率，再使用已知传动系机械效率0.95，得出发电机效率，计算得出两次试验相对偏差0.1%。

2.1.2样车B测试

以另一家公司生产的另一款手动挡SUV为例（简称样车B），使用阻力矩法测试，转鼓试验台设置恒速22.86km／h，此时变速器置入Ⅱ档，发动机转速1600r／min。按照用电器开关设置5个工况，开展两次试验，得出相关数据，其中第1到第5序号为第1次，第6到第10序号为第2次。

2.1.3样车A、B测试结果对比

对A车用阻力矩法也进行了测试。将A、B两车测试结果对比，相对偏差均较小，样车A为0.1%，样车B为0.2%，试验数据重复性好。

2.2外特性法

继续使用样车B，使用外特性法测试，转鼓试验台设置恒速22.86km／h，此时变速器置入Ⅱ档，发动机转速1600r／min。4次试验结果的曲线重合性一般。将每次5个工况点线性拟合，再使用已知传动系机械效率0.95，得出发电机效率，计算得出4次试验相对标准偏差为2.3%。进一步计算得出样车B的外特性法与阻力矩法测试结果的相对偏差为1.3%。

2.3精度分析

发电机电压测试数据的一致性非常高，随着用电器开启负荷的增加，发电机电压略微降低；样车A测试电流达到最大值时，电压仅仅下降0.02V，可以认为发电机电压对试验结果没有影响。相同用电器开启的工况下发电机电流的数据稍有不同，这是因为试验过程中发电机不断给蓄电池充电，随着电池电量的增加，发电机电流不断下降，轮边功率也成比例变化。从最终斜率的数据看，用电器功率对试验结果的影响也可以忽略。用阻力矩法测得的轮边功率重复性较好，但外特性法重复性较差。从样车B外特性法数据看，尽管轮边功率的相对偏差仅0.4%，但是轮边功率的数值达到了21kW，导致功率绝对偏差达到了81W，使得每次试验曲线不重合。分析过程数据认为有如下原因：①在外特性法过程中，发动机全负荷工作，输出的功率较大，数据比电能高两个数量级，而阻力矩法比电能高一个数量级；②外特性法导致发动机水温、变速器油温处于上升的过程，造成轮边输出功率存在系统误差，且容易触发发动机因出水温度造成的功率变化。

2.4不同样车对比分析

采用阻力矩法对不同样车进行试验对比分析。样车A匹配高效发电机，样车B匹配普通发电机，样车C为在样车B的基础上更换另一种发电机。将3台车对比分析，样车A发电机效率显著优于样车B和样车C；样车B在低转速时优于样车C，高转速时差于样车C。另外，通过整车NEDC工况油耗仿真，样车B的发电机选型综合效率优于样车C。

3转鼓测试台概况

3.1 3602-SD型高速转鼓测试台

3602-SD型高速转鼓测试台设备的基本框架是由重型钢架焊接组成，为关键部件提供正确的位置安装。转鼓总成是转鼓类型。前转鼓有4个20英寸双转鼓。每个转鼓直径20英寸，45英寸长，可以提供最大宽度为127英寸。转鼓加工误差0.002英寸并经过动态平衡检测。每个转鼓都由两个球面滚子轴承座（孔径3-3/16英寸）支撑。电机安装在重型转动框架上，以方便调整皮带张力。皮带封闭在保护罩中，如有需要，非常易于维护。每套转鼓组件各配备有自调式转鼓制动装置，此装置的气动阀与升降限位滚筒使用的气动阀的相同。当限制滚筒降下时，制动设备应立即生效，允许车辆驶入驶出，同时保证行人的安全。制动蹄片面积为17平方英寸，厚3/8英寸。每个转鼓上的可提供的制动扭矩约565Nm。

3.2高速ABS转鼓测试台（美欧模式）

采用高速ABS转鼓测试台进行制动测试和ABS刹车测试时，足以使车辆测试升至每小时80公里，测试员在这些设备上正常驾驶，该测试台拥有可以运行37千瓦矢量额定驱动电机的先进驱动系统(每轮),适用于每小时0到100公里超高速转矩辊表面，前后辊装置可以在车辆加速时匹配，同它们也有车辆称重内置系统。一套完整的软件可配置在主机上,这样一来多种测试可以在一个测试周期内执行。安全系统包括车辆弹出抑制辊和侧辊，用来防止车辆由于高速而脱离机器的装置。轴距变化是通过线性轴承滚珠丝杆/直线轴承的系统自动处理，该套系统很好模拟出车辆高速行驶过种中紧急制动后，ABS阀介入时的性能状态，总而言之，高速测试节拍快，性能测试效果最佳。

3.3低速ABS转鼓测试台（日本模式）

这类设备是日系制动测试台，它针对不同的车辆类型设计有四个辊套(每轮一个)以及一个轴距调整系统。辊直径通常是250毫米，辊上覆有一层高摩擦材料涂层。每台机器靠驱动辊通过SEW7.5千瓦的齿轮电动驱动器达到每小时8公里的最高测速，由于这个系统的齿轮配给，高转矩可以应用于辊表面，系统的反转矩力是由应力传感器来测量作用于SEW电机外壳反作用力。因为测试速度很低，测试员需要给制动系统以一定的踏板力，随后主机命令ABS线路释放一个轮子的制动力，之后再让系统恢复到该轮之前的刹车力的水平。由于齿轮马达是直接连接在辊上（通过齿形带）所以汽车的测试速度不可能超过每小时8公里，换言之，像速度测试不能达到高速ABS测试台的工作节拍，只能测试ABS阀功能是正常。

结束语

生产过程中大多的技术创新都不是一促而就的，都是透过平时一点点的技术积累，透过平时对创新意识的培养，透过后天的努力和实践而得来。多数设备改善都是通过小改善而取得大效果，通过对现状的改动或结构的优化重组，但不积跬步无以成千里，此次对ABS转鼓测试设备的一个小改进，也可成为企业技术创新、可持续发展的奠基石。

参考文献：

[1]吴洪博.汽车ABS防抱死控制机构实验测试系统设计分析[J].科技风,2018(25):32.

[2]薛浙瀛.我国汽车OBD系统的应用与技术探讨[J].南方农机,2019,50(3):17.