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底盘测功机作为车辆硬件循环“VHIL”的开发平台
AbdelRaouf Mayyas Arizona State University
摘要：这个文章提供了一个检验底盘测功机不同类型、系统的方法。这个文章基于底盘测功机的结构分成了滚筒类型和应用类型。此外，手稿讨论了几个底盘测功机的应用实例，包括，性能和耐久里程实验，燃烧效率和尾气排放，噪音和震动实验（NVH）。本文章也讨论了不同的汽车附件系统在测功机的电量和它在汽车驱动特性和声音特性的影响。
本文还强调了底盘测功机应用底盘测功机作为一个开发平台的影响和他发展过程的影响。提出了底盘测功机作为一个开发平台应用在汽车硬件在环（VHIL）的例子，包括驾驶性能评估和传输校准。重要的是对汽车硬件在环（VHIL）在汽车试验台上的利用也进行了讨论。基于模拟汽车集成系统的混合动力模块到现有的平台评价的案例，提出了初步结果。
1引言
在OEM产品开发的过程中需要在车辆完成的情况下对不同的动力总成部件进行密集的测试；比如实验目标被运载在各种实验台上进行产品验证。然而产品验证过程因为车辆差异越来越多变得越来越复杂和耗时，因此，新的方法变得非常必要。底盘测功机在开发过程中是一个关键因素，它允许在一个实验室中进行可控制的重复性试验。而且，底盘测功机是一个很好的工具，他的模拟路面比一个受天气条件问题影响的专用轨道更加便宜。然而，现在先进的自动化技术意味着舒适，安全和能源节省。这导致了对先进的自动化设备，特别是被放置优化功能的高度交叉的控制器有了更高的要求。因此，传统的底盘测功机升级到一个更高自动化的水平作为开发平台变得非常重要。底盘测功机的自动化往往限制在数据采集和信号处理方面，而试验台的控制留给了操纵员。因此，额外的改善底盘测功机作为一个强大VHIL变得非常必要。努力的向底盘测功机试验自动化投入，这包括测试车辆作为集成部分在这个实验台中以链接这个车辆系统和测试设备测试实验台。这额外增加了车辆在底盘测功机作为一个封闭的循环系统测试的好处。本文介绍了应用底盘测功机作为一个自动化程度较高的开发平台，利用底盘测功机作为车辆硬件循环的讨论。基于模型的汽车系统的混合动力模块集成到现有的平台的案例研究讨论和提出初步的结果。
2 底盘测功机
这有几个底盘测功机的展示，尽管所有的都有相同的特征，在任何底盘测功机上，都有一个滚筒（单轴）或多个滚筒（双轴）来支撑车辆和支持车轮来做车辆运行试验，牵引力由滚筒传给车辆轮胎。有意思的是，车轮吸取的力量，测功机的量度和控制这个速度以作为滚动道路（无限）。底盘测功机是用来模拟道路特性，包括滚动阻力，拖拽力，车辆旋转部件的力，和由于道路边坡产生的重力。图1 四驱底盘测功机模型装配视图
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检查通道 |
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左后滚筒 |
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主框架 |
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左后轮轮距调节装置 |
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左前轮驱动装置 |
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右后轮驱动装置 |
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左前滚筒 |
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右后滚筒 |
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右前轮驱动装置 |
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右后轮轮距调节装置 |
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右前滚筒 |
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车辆冷气排气口 |
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左后轮驱动装置 |
3底盘测功机的类型
底盘测功机可以根据对功率吸收装置的类型，原动力，滚筒的类型分类，下面是两种不同类型的滚筒分类的底盘测功机。
3.1惯性测功机
这种类型的测功机应用一个已知质量和惯性的大滚筒，控制者通过实验车辆的车轮在滚筒上旋转来计算功率和施加在滚筒上的扭矩力。
3.2制动测功机
这种类型的测功机采用一个较小的滚筒并在滚筒上提供一个阻力以更有效的可控的吸收车轮的能量。小鼓附于某种可变电阻（如涡流、液力减速器）底盘测功机的可以测量车辆在测试过程中任何一点的功率和扭矩。制动测功机分为两种不同的类型，而大多数是滚筒式，在测试车辆的轮子旋转滚筒连接上功率吸收装置。其他类型的测功机是轮毂安装测功机。这些都是相当不同的，测试车辆的驱动轮已被改为一个是用来锁轮毂到控制舱，在这种情况下，这个控制舱会支持车辆，并且无需捆扎车辆。虽然他的安装时间过长是它的缺点，轮毂安装测功机也具有一定的优势，在制动测功机，它可以消除由于捆扎测试车辆产生的变异：轮胎压力，车轮打滑，车轮定位，噪音等......
尽管如此，底盘测功机可以根据底盘测功机滚筒的驱动电机的位置进行分类。这种分类包括中心承载的底盘测功机（电机置于底盘测功机的滚筒之间），他被认为是最常见的类型，主要用于排放测试和里程累积试验。其他类型的测功机有内嵌式电机，其中电机安装在对辊其中一个侧面上。这种类型的测功机是用于噪声，振动和舒适性（NVH）测试。图2说明了两种类型的底盘测功机，中心安装的底盘测功机（a）和内嵌式NVH底盘测功机（b）。
图2 中心安装的底盘测功机（a）和内嵌式NVH底盘测功机（b）
底盘测功机使用不同类型的功率吸收装置以及发电的原动机（交流，直流电动机）。底盘测功机包括以下几个技术指标：功率（HP），最大速度（英里每小时），环境条件（消声室、环境室），测试标准（稳态测试，扫描测试和瞬态测试），2-WD, 4-WD，单或双辊、负荷控制模式（道路负荷模拟，速度控制，牵引力控制和加速度控制）。然而，底盘测功机每个轴可以都一个或两个辊，单滚筒或双滚筒。图3说明了单辊横截面（a）和双辊横截面（b）
图3 单辊横截面（a）和双辊横截面（b）
4 道路负荷模拟
为了模拟底盘测功机滚筒上的载荷成真是道路载荷，必须通过执行滑行试验确定道路承载力。为了让同样的力量平衡被应用于车辆在底盘测功机的滚筒上，进行成本降下测试，在测试车辆在测功机上的定位之前进行。降低成本的测试是在道路上进行（直线和平面）在车辆允许滑行自如（齿轮是中性的）不使用任何制动从高速（i.e.130公里/小时）。如果没有强烈的风，阻力，车轮滚动阻力，由于摩擦的旋转部件的内部损失将导致车辆停止。随着时间的推移记录速度的进展，可以计算出的驱动电阻作为一个函数的速度，在车辆速度的变化率是成比例的总负载力。
车辆在运动中体验一组被称为（道路载荷）的力量，它决定了在驱动车轮上所需的力的数量，以推动车辆在任何给定的速度和加速度。图4说明了在车辆运动时的作用。轮胎滚动阻力这些力（F滚动），气动阻力（F阻），倾斜或路面等级（F级）和车辆旋转部件的惯性力（Finertia），所有这些条款的总和形成牵引力（F牵引），推进系统-至少在克服保持车辆的运动方程。
说明了这些道路荷载的分布，其中每个术语（滚动力，阻力，道路坡度，和转动惯量）从方程1可以表示为一个函数的车辆速度和车辆参数如在方程2，3，4，5。
crr0：是静态的滚动阻力系数（无量纲），Crr1：是滚动阻力系数（无量纲）动态，M：整车质量（kg），g：重力（m/s2），V：速度（米/秒），rho;：空气密度（公斤/立方米），CD：阻力系数（无量纲），AF：试验车辆的迎风面积（平方米），MI：惯性质量系数（无量纲），dv / dt：车辆加速度（m/s2），theta;：路面倾斜。
另一方面，由环境保护局（美国环保局）采用不同的方法，在那里的车辆是根据一组不同的参数，比那些解释较早，测功器的目标系数捕获的道路负荷任何车辆可能会遇到。公式6作为这些目标牵引力系数函数。这些目标的系数是一个曲线拟合的指数功率的车辆速度成正比。这些目标系数（A，B，C）在一定的操作条件下，每个车辆是唯一的，最后的2个术语（mgsin（theta;）mmidv／dt）是由于道路等级和惯性透射电子显微镜的重力作用。
尽管道路负荷表示在图中是足够的，但仍由于刹车，车轮悬架和传动系统不算机械和摩擦的损失。Mayer等人通过拆分二级公路荷载如图4所示分析这些机械损失对测量数据质量的影响。
图4 机械损失的道路负荷分为二级
车轮悬架的寄生损耗 滑移 通风损失
车轮轴承和制动器的摩擦 传动损失 滚动阻力
气动阻力 机械损失
爬坡阻力
加速阻力
道路负荷
5 底盘测功机应用
底盘测功机的主要目标是模拟道路荷载，并对整车性能进行评价。底盘测功机允许工程师在在复杂的测试程序的条件下对车辆的整个传动系统完成测试。在底盘测功机测试比真实轨道上测试更便宜，而且不受天气条件的限制。在底盘测功机上可以进行多种类型测试，这些测试大多属于以下2种测试模式之一：
测功机滚筒驱动车轮（驱动模式）：在这种类型的测试中，有驱动装置的测功机的滚筒驱动车轮的车辆。
车轮驱动的测功机（吸收模式）：在这种情况下，车辆传动系统开发的动力用于运行测试车辆车轮和测功机的滚筒的抗轮轮旋转，在这种情况下，所产生的能量（电能）的功率消耗它可以用于水加热，送入电网，hellip;hellip;等。
底盘测功机被用于测量各种汽车的性能应用包括但不限于：性能和耐久性，累积里程测试，测试车辆的功能和寿命（燃油系统、冷却系统、制动系统、电子电器系统、空调系统）、电磁兼容测试、燃油效率和尾气排放测试，驾驶性能评价传动噪声和振动测试校准。然而；一种新的底盘测功机被设计完成特殊任务，如针对摩托车的动态滚筒底盘测功机。接下来，我们将讨论底盘测功机对汽车应用方面的主要应用。
5.1燃油效率和废气排放
从1970年起，底盘测功机已经被用于为各种类型的乘客汽车轻型和重型车辆，以及最近为HEV和PHEV的燃油经济性和排放特性检测。R. Carlson 等人在阿贡国家实验室的先进动力总成的研究设施（APRF）研究了燃料消耗的变化对驱动特性的影响。试验是在四驱底盘测功机定制的测试平台，被称为模块化的汽车技术测试平台进行（Matt），由阿贡国家实验室的先进汽车技术创建的测试。Bass等人在搭配Allison Ep混合系统的大型客车进行SAE(J2711) 底盘测功机实验。测功机试验结果辅助指定的平均速度对混合动力汽车燃油经济性的影响。贝克等使用底盘测功机研究了车轮打滑对车辆排放和燃油经济性的影响。贝克在他的研究中操纵了一些因素，在测试过程中包括底盘测功机参数（测功机的滚动表面粗糙度和皮带张力（紧和松散））。Sato等人分析了四轮驱动4WD底盘测功机的行为。Sato在四驱底盘测功机上进行实验发现影响燃油经济性测试的准确性的因素，结果发现，大部分的车辆损失是轮胎的损失和稳定的测试车辆的轮胎损失是很重要的测试再现性。另一方面，Watson等人讨论了将底盘测功机测试结果转化为真实世界的驾驶用于预测车辆燃油经济性和排放量。
5.2驾驶性能评估和传动系统标定
目前，车辆性能测试包括驾驶性能评估和传动系统的校准是在底盘测功机上实现的；这些任务包括发动机和变速箱的微调。底盘测功机本身是一个驾驶性能试验的结果可以直接影响的“环境”。一个简单的方法来测量传输效率利用底盘测功机是由伊利梅斯库等人介绍。一个完整的车辆被利用，而不是仅仅是一个传输安装在目的建造的试验台
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