CN101738321A - 测量车辆最大爬坡度的方法 - Google Patents

Abstract

一种测量车辆最大爬坡度的方法，包括以下步骤：在平地上使所述车辆以预定的初速度空档滑行，以获得所述车辆的阻力曲线；获得所述车辆的驱动力曲线；分别计算出所述驱动力曲线和所述阻力曲线上相同速度对应的驱动力和阻力的差值，并选择一个最大差值，以获得沿着车辆的行进方向上的所述最大的净驱动力ΔF_max；以及计算所述车辆的最大爬坡度：α＝arcsin(ΔF_max/G)，其中α表示所述车辆的最大爬坡度，G表示所述车辆的重量。本发明能够在试验场地要求不高的条件下测得较为可靠的车辆最大爬坡度。

Description

测量车辆最大爬坡度的方法

技术领域

本发明涉及一种车辆性能检测方法，尤其涉及一种测量车辆最大爬坡度的方法。

背景技术

最大爬坡度是车辆性能的一项重要指标。目前，在汽车检测领域中，测量汽车最大爬坡度有两种方法：

1)道路试验：直接在道路上进行测量，这是最准确的试验方法，但这种方法对试验场地要求较高，需要建设固定角度的坡道。但是由于车辆最大爬坡度原本就是未知的待测参数，因此需多次搭建不同固定角度的坡道，这样建设成本很高；

2)台架试验：通过道路滑行数据计算道路载荷，将计算得到的道路载荷加载到底盘测功机上进行测量，该方法的前提是底盘测功机必须能对道路载荷进行准确模拟。因此，这种方法对底盘测功机要求较高。

现有的汽车滑行试验方法(GB12536-90)用于考察车辆传动系统的基本性能，这种方法的试验条件如下所述：

滑行初速度只达到50km/h；

沥青或水泥路面，且所述沥青或水泥路面需要清洁干燥、较平直，且纵向坡度需要控制在0.1％以内，同时长度不小于2000m、宽度不小于6m)；以及

其他气象条件的要求一般(无雨无雾；相对湿度小于95％；平均风速不大于3m/s，气温控制在0～40℃)。

但是，这种方法仅测量汽车从滑行初速度到零速度的滑行距离，通过测得的滑行距离来考察车辆传动系统的基本性能，而并没有提供一种可靠地获得专门针对车辆最大爬坡度的测量方法。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决现有技术中的上述问题之一。

为此，本发明提出了一种简单、可靠的测量车辆最大爬坡度的方法，从而能够在试验场地要求不高的条件下获得可靠的车辆最大爬坡度。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种测量车辆最大爬坡度的方法，包括以下步骤：

在平地上使所述车辆以预定的初速度空档滑行，以获得所述车辆的阻力曲线；获得所述车辆的驱动力曲线；分别计算出所述驱动力曲线和所述阻力曲线上相同速度对应的驱动力和阻力的差值，并选择一个最大差值，以获得沿着车辆的行进方向上的所述最大的净驱动力ΔF_max；以及计算所述车辆的最大爬坡度：α＝arcsin(ΔF_max/G)，其中α表示所述车辆的最大爬坡度，G表示所述车辆的重量。

与现有技术相比，本发明的测量方法通过车辆在平地上的空档滑行实验而求得不同速度下的阻力，并分别与相同速度对应的车辆驱动力进行比较得到该车辆的最大净驱动力，从而以简单可行的测试手段实现车辆最大爬坡度的性能检测，解决了现有技术中道路试验对场地要求严格或者台架试对试验设备要求较高的问题。

本发明不仅对试验场地要求不高，并且能够得到较可靠的车辆最大爬坡度测量结果。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的测量车辆最大爬坡度方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例的测量汽车爬坡度方法的步骤流程图；

图3为本发明实施例的汽车爬坡度测量方法对应的测量值和阻力计算值列表；

图4为本发明实施例的汽车爬坡度测量方法的速度-阻力曲线与对应的汽车的一档驱动力-速度曲线示意图；和

图5为计算汽车斜坡度的力平衡状态示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

现在，结合图1对本发明的测量车辆最大爬坡度的方法作出总体说明。如图所示，首先在平地上使需要测量的车辆以预定的初速度空档滑行，以获得车辆的阻力曲线(步骤12)，然后获得车辆的驱动力曲线(步骤14)。对于一定型号的车辆其驱动力大小是固定的，驱动力曲线也固定。因此，这里步骤12和步骤14可以没有先后次序之分，或者步骤12和步骤14的次序交换。在获得上述两种曲线之后，分别计算两曲线上相同速度对应的各个驱动力和阻力之间的差值，并从中获得一个最大差值(步骤16)，以获得沿着车辆的行进方向上的最大的净驱动力。最后，根据下面公式计算车辆的最大爬坡度：α＝arcsin(ΔF_max/G)，其中α表示车辆的最大爬坡度，G表示车辆的重量(步骤18)。

下面将参照附图来详细描述根据本发明的测量车辆最大爬坡度的方法，且以汽车作为车辆的实例来进行说明，例如中国深圳市比亚迪公司生产的F3型汽车。需要说明的是该实施例仅出于示例的目的，不是用来限定本发明的保护范围，普通技术人员显然可以将其应用到拖拉机、卡车、越野车等的车辆的最大爬坡度的测量方法中。

其中，测得该汽车的质量M为1200kg，根据国家标准要求，得到满载情况下汽车的质量1575kg，并求得对应的汽车重量G＝15435N。

下面请参考图2，该图为本发明实施例的汽车爬坡度测量方法的步骤流程图。如图2所示，首先启动并加速汽车，以将汽车加速到预定的初始速度，并使汽车以该初始速度开始空档滑行(步骤102)。通常，优选汽车具有的初始速度为其设计最高车速的大约0.6～0.75倍，最好为设计最高车速的0.65倍。这是因为大部分车型的最高车速的0.6～0.75倍约在120km/h左右，在该车速下滑行对道路要求不是很高，同时测量速度点覆盖滑行曲线60％～75％，又能很好的保证拟合曲线的准确性。在该实施例中，将汽车的初始速度设定为120km/h。

然后，在汽车的空档滑行过程中，测量不同速度对应的滑行时间(步骤104)。这里，为方便测量，可以预定的速度间隔将初始速度分为多个速度值作为测量点进行测量，并获得与这些测量点速度值对应的滑行时间。例如在本实施例中，设定测量的速度间隔为5km/h，即从初始滑行速度120km/h开始，测量每减少5km/h的速度值对应的滑行时间，直至速度减少为0。但是，需要指出的是，本发明不局限于5km/h的速度间隔，能够得到汽车的阻力曲线的测量方法均落在本发明的保护范围内。在该数值附近任意便于实际测量操作，且具有较小测量误差的数值均可适用。例如，在汽车滑行过程中两个测量点之间对应的速度间隔可以是任意变化的。当然，若设定的测量速度间隔太大或太小，或者是变化的，一是在实际测量过程中不方便操作，二是测量的误差较大。

这里，测量的滑行时间可以是汽车从开始滑行到每个测量点对应速度值所需的总时间大小，也可以是相邻两个测量点速度值之间的滑行时间间隔，即滑行过程中汽车每减少预定速度间隔所需的滑行时间。滑行时间的测量可以使用五轮仪。需要说明的是，利用五轮仪测量滑动时间只是出于示例的目的，而不是为了限制本发明的保护范围。普通技术人员显然知道，可以利用其他合适的时间测量仪器、例如计时器等来测量所述时间。

根据本发明的一个实施例，滑行时间是进行多次汽车滑行试验取得的平均值，从而通过多次测量求平均值而进一步减少测量过程中存在的误差，提高滑行时间的测量精度。例如，本实施中滑行时间是通过重复10次步骤102及步骤104取得的相邻测量点之间间隔的滑行时间平均值。关于各车速对应的该滑行时间平均值ΔT的大小请参考图3对应列数值。

在确定各个测量点速度值及其对应的滑行时间之后，根据各测试点速度对应的滑行时间及汽车的质量，分别计算出与各个测量点速度值对应的阻力(步骤106)。或者，本发明的阻力测量方法也可以是在一定滑行时间间隔内，测量各个时间点对应的滑行速度值，由此得到相应的汽车阻力曲线。

阻力计算可以使用下面的经验公式：

$F_{\mathrm{all}}=\frac{(M\×\mathrm{\ΔV})}{500\mathrm{\ΔT}},$

其中F_all表示阻力，M为汽车的质量，ΔV为预定的速度间隔，即两相邻测试点对应的速度值之差，及ΔT为汽车在相邻两个速度值之间的滑行时间。对于本实施例的F3汽车，如上文所述在其质量、速度间隔及滑行时间确定之后，则计算得到各个测量点速度值对应的阻力大小。各车速对应的阻力F_all具体结果如图3的表格对应列数值所示。但是，需要指出的是，阻力计算不局限于是上述具体实施例的经验公式，本技术领域其他公知的平地滑行阻力计算方法也可适用。

接着，根据各个测量点的速度及其对应的计算阻力，从而获得汽车的阻力曲线(步骤108)。之后，根据汽车一档驱动力曲线和阻力曲线，分别计算出对应相同速度值的汽车的一档驱动力与阻力之间的差值(步骤110)。对于本技术领域的普通技术人员来说，显然对于一定型号的汽车其驱动力大小也是固定的。因此，据此可预先确定汽车的一档驱动力与速度的对应关系曲线。并且随着汽车的档位越低，其发动机的驱动力越大。即，在相同阻力大小下，一档下才可能获得最大的驱动力与阻力的差值。因此，在一档驱动力曲线与阻力曲线对应的速度范围内，通过比较一档驱动力与阻力的大小可确定对应相同测量点速度值的差值。

对于本实施的F3汽车，其一档驱动力-速度关系曲线如图4中Ft所示。并且，根据上文所述步骤求得的阻力与其对应的速度值进行绘制，可获得如图4中F_all所示的速度-阻力曲线。

根据上述分别计算得到的差值，从中获得最大的差值(步骤112)，即汽车沿着行进方向上的最大的净驱动力ΔF_max。

通过图4所示曲线可以更容易地确定一档驱动力与阻力最大差值对应的速度值。如图所示，一档驱动力Ft与阻力F_all最大差值点在一档最大驱动力对应的速度附近，例如该图中可以看出在大概35km/h位置处。从而，通过计算能够确定一档驱动力与阻力最大差值。

然后，利用该最大差值及公式α＝arcsin(ΔF_max/G)可确定汽车的最大爬坡度(步骤114)。其中，α表示汽车的最大爬坡度，G表示汽车的重量。

下面参照图5所示汽车在斜坡度α的力平衡状态示意图，并结合力学平衡原理求出汽车的最大爬坡度。

结合图5可知，公式α＝arcsin(ΔF_max/G)表示：在倾斜角为α的斜坡上，汽车的一档驱动力F_t、阻力F_all、支持力N以及重量G达到力平衡的状态。ΔF_max为一档驱动力Ft与阻力F_all构成的合力，即最大净驱动力ΔF_max的最大值。根据物理力平衡及正弦函数原理可知，这时对应的角度α最大。根据上述公式以及确定的各个参数，从而能够获得汽车在能够达到的最大爬坡度。

这时，利用公式α＝arcsin(ΔF_max/G)可计算得到α为20.36°，并且根据公式i＝tanα，可求得该汽车相应的百分比表示爬坡度i＝37.1％。比亚迪F3汽车实际设计的最大爬坡度为36％，因此证明根据本发明的汽车爬坡度测量方法可以得到较为可靠的测量结果。

另外，从图4提供的曲线可以容易看出，在一档驱动力曲线斜率大于阻力曲线斜率的情况下，最大差值产生在一档最大驱动力与其对应阻力位置处，图示的实施例是在大概35km/h速度附近。通常汽车一档驱动力的曲线斜率大于对应阻力的曲线斜率，因此，根据不同汽车的一档驱动力-速度曲线和对应测量所得的速度-阻力曲线，也可以首先确定与一档最大驱动力对应的速度值、及该速度值对应的阻力，从而求得对应相同速度值的阻力与一档驱动力之间的最大值，据此计算出相应的最大爬坡度。或者，根据车辆最大一档驱动力对应的速度值，直接测量出该速度下车辆在平地空档滑行的摩擦力大小，从而得到对应车辆的最大爬坡度。

上述虽然结合了汽车对最大车辆的爬坡度进行了描述，但是普通技术人员显然可以将其应用到拖拉机、卡车、越野车等的车辆的最大爬坡度的测量方法中。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种测量车辆最大爬坡度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

在平地上使所述车辆以预定的初速度空档滑行，以获得所述车辆的阻力曲线；

获得所述车辆的驱动力曲线；

分别计算出所述驱动力曲线和所述阻力曲线上相同速度对应的驱动力和阻力的差值，并选择一个最大差值，以获得沿着车辆的行进方向上的所述最大的净驱动力ΔF_max；以及

计算所述车辆的最大爬坡度：α＝arcsin(ΔF_max/G)，其中α表示所述车辆的最大爬坡度，G表示所述车辆的重量。

2.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，获得所述车辆的阻力曲线的步骤进一步包括：

将车辆加速到预定的初速度并以该初速度空档滑行；

在所述车辆的空档滑行过程中、测量不同速度所对应的时刻；以及

利用所述速度和与所述速度对应的时刻以及所述车辆的质量来获得与所述速度对应的阻力，以获得所述车辆的阻力曲线。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述阻力通过如下公式计算：

$F_{\mathrm{all}}=\frac{(M\×\mathrm{\ΔV})}{500\mathrm{\ΔT}},$

其中F_all为阻力，M为车辆的质量，ΔV为两个相邻速度之间的差值，及ΔT为ΔV所对应的时间间隔。

4.如权利要求1中所述的测量车辆最大爬坡度的方法，其特征在于，所述驱动力曲线为所述车辆的一档驱动力曲线。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述初速度为所述车辆最高车速的0.6～0.75倍。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述初速度为所述车辆最高车速的0.65倍。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，利用五轮仪测量所述时间间隔。

8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述两个相邻速度之间的差值为5千米/小时。

9.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述时间间隔为经过多次重复试验所获得的平均时间间隔。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述试验的重复次数为10次。

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