CN101581613B - 汽车底盘测功机及其测量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车底盘测功机，针对现有底盘测功机检测数据不稳定、准确度低、可靠性差、难以对车辆的动力性作出正确评价等缺点、以及无法实现动力性检测与排放检测功能进行兼容的缺陷，本发明提供一种汽车底盘测功机，包括机架、反拖电机、电涡流机、设置在电涡流机上的测力和速度传感器、一对联动的主动滚筒和从动滚筒，主动滚筒和从动滚筒的两端分别通过轴承转动连接在机架上，主动滚筒与电涡流机、反拖电机连接，测力传感器采用双量程传感器，本发明同时还提供一种汽车底盘测功机控制测量方法。本发明汽车底盘测功机及控制测量方法具有检测数据稳定、准确度高、可靠性好、且能实现动力性检测与排放用检测功能兼容的优点。

Description

汽车底盘测功机及其测量控制方法

技术领域

本发明涉及一种汽车检测设备，更具体地说，涉及一种汽车底盘测功机及其测量控制方法。

背景技术

汽车底盘测功机是最重要的汽车台架检测设备之一，在汽车工程中用于对技术状况的总体检验。要在试验台上模拟汽车道路运行工况，首先要解决准确模拟汽车整车的运动惯性力和行驶阻力。台架阻力是底盘测功机台架传递力时存在的内部阻力，主要是由各运动件在相对运动中存在机械磨擦引起的机械阻力构成，是台架本身的机械阻力，与车型无关。内部阻力大小及其相对稳定性对测量结果有很大关系。在加工过程中，滚筒的圆度、同轴度ΔL误差越小，轮胎在滚筒上的运转就越平稳，当车速一定时，滚动阻力系数的波动范围就越小，对车轮产生的干扰阻力就越小。现有的汽车动力性检测用底盘测功机为四滚筒布置，四滚筒由四根短滚筒组成，组成左右双转鼓结构分别支撑左右汽车轮，每个滚筒的两端用轴承支撑共计有八个支撑点，在左右双转鼓结构之间至少要一个联轴器。由于装配质量及台架时效应力引起的变形使得滚筒同轴度ΔL会不断变化，从而使得台架内部运动阻力处于不稳定状态，从而这类底盘测功机检测数据不稳定、准确度低、可靠性差以及难以对车辆的动力性作出正确评价等缺点。

汽车综合性能检测站的底盘测功机要承担多种任务，除了动力性检测外还要承担经济性(油耗)检测和简易工况法汽车尾气排放检测功能。动力性检测要求量程大可测量200Kw以上的功率，而小轿车尾气排放检测检测时加载功率一般小于20Kw，但控制精度要求达到0.1Kw。传感器的分辨率主要决定于它的最大量程，大量程的传感器在低量程段的测量时的误差相对被测量值来说非常大，是无法接受的测量结果。因此目前使用单量程的汽车底盘测功机无法实现动力性检测与检测排放用功能进行兼容。

另外目前用于动力性测量的底盘测功机控制功能相对简单、精度低，其控制和显示可采用机械仪表或模拟电路，不能准确模拟道路阻力，以及不能对汽车滑移距离计算值进行较好地修正，从而造成测量不准确的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有底盘测功机及控制测量方法检测数据不稳定、准确度低、可靠性差、难以对车辆的动力性作出正确评价等缺点、以及无法实现动力性检测与检测排放用功能进行兼容的缺陷，提供一种检测数据稳定、准确度高、可靠性好、且能实现动力性检测与检测排放用功能进行兼容的汽车底盘测功机及控制测量方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种汽车底盘测功机，包括机架、反拖电机、电涡流机、设置在电涡流机上的测力传感器，还包括一对联动的主动滚筒和从动滚筒，所述主动滚筒和从动滚筒的两端分别通过轴承转动连接在机架上，所述主动滚筒与电涡流机、反拖电机连接。本发明中的双滚筒测功机由两根长滚筒组成，与传统的四滚筒相比，用于滚筒支撑的轴承少一半，并减少了连轴器可降低滚筒同轴度误差、减小测功机内部阻力，当轮胎在滚筒上的运转时更越平稳，滚动阻力系数的波动范围就越小，对车轮产生的干扰阻力就越小，测功机检测数据稳定。

在本发明所述的汽车底盘测功机中，所述测力传感器为双量程传感器，采用双量程传感器可根据工作任务的不同而选择合适的量程，从而可在不同加载功率的情况下都保持很高的测量精度。

在本发明所述的汽车底盘测功机中，所述双量程传感器包含有独立且两个量程大小不同的传感元器件，采用两个独立的传感元器件应对不同的量程，使结构简单，成本低，同时使得在测试过程中对低量程段的测量和控制更加准确。

在本发明所述的汽车底盘测功机中，所述双量程传感器的弹性体为双S形结构，所述的两个传感元器件分别设置在S形结构中部的应变梁上。采用该种结构能够保证传感器在各量程段都具有很高的固有频率和较大的刚度，保证测试的准确性和可靠性。

在本发明所述的汽车底盘测功机中，所述弹性体为铝合金材质。采用铝合金作为弹性体使得应变梁的厚度尺寸较大，避免由于应变梁刚度小造成系统固有频率低造成的测量误差。

在本发明所述的汽车底盘测功机中，在设置有小量程传感元器件的S形结构部分的两端设置有小量程传感元器件保护机构，所述保护机构的一端与弹性体固定连接，另一端是与弹性体间隙相对的自由端。采用这种保护措施，当低量程部分受力超过允许值时锁死，防止设置了小量程传感元器件的弹性体部分发生塑性形变，从而保证在最大量程内传感器不会损害。

在本发明所述的汽车底盘测功机中，所述保护机构的自由端设置有调节自由端与弹性体之间的间隙距离的螺帽。通过旋转螺帽，可调节保护机构的自由端到弹性体之间的间隙距离，从而调节设置了小量程传感元器件的这部分弹性体发生弹性形变的范围，

在本发明所述的汽车底盘测功机中，所述的双量程传感器内设有数字转换模块。能够及时对温度等因素的变化进行数字化补偿，使得测量非常准确。同时避免了信号传递过程中外界信号的干扰。

在本发明所述的汽车底盘测功机中，所述电涡流机、反拖电机分别连接在主动滚筒的两端。

在本发明所述的汽车底盘测功机中，所述主动滚筒和从动滚筒之间、举升板的两端各设有挡辊，其中至少一端的挡辊可沿着滚筒的轴向移动，从而可调节两挡辊之间的距离以适应不同被检测车辆。

在本发明所述的汽车底盘测功机中，所述主动滚筒和从动滚筒的长度大于2.5米。长度大于2.5米的滚筒可适用与各种汽车进行测试。

本发明解决其技术问题所采用的又一种技术方案是：提供汽车底盘测功机控制测量方法，包括在台架上模拟道路阻力的步骤，模拟道路阻力的步骤是根据电涡流机上所加栽的理论载荷与实测载荷的差值，调节电涡流机的励磁电压，改变测功机动载荷的大小，使理论值与实测值趋于一致，达到动态模拟汽车行驶阻力的目的。

在本发明所述的汽车底盘测功机控制测量方法中，还包括修正汽车在台架上所测量的滑行距离S₀使之接近汽车在道路上的滑行距离，其修正公式为：S＝S₀+kV²(m/m_t)，其中S为汽车道路滑行距离当量值，S₀为汽车在台架上的滑行距离，k为小于1的修正系数，V为汽车在滚筒上滑行初速度；m为汽车质量；m_t为台架惯性质量(台架所有旋转件惯性质量之和)所模拟的平移质量。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明汽车底盘测功机的结构示意图；

图2是本发明汽车底盘测功机双量程传感器结构示意图；

图3是本发明汽车底盘测功机双量程传感器输出特性图；

图4是本发明汽车底盘测功机的控制系统图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，汽车底盘测功机包括机架10、反拖电机11、电涡流机12，在机架10上设置有一对联动的主动滚筒13和从动滚筒14，主动滚筒13和从动滚筒14的长度均大于2.5米，使汽车的左右轮能同时在滚筒上转动模拟在道路上行驶，滚筒的直径根据所检测的车型而定，用于小轿车测量的滚筒直径采用218毫米；用于重型车测量的多采用370-420毫米。主动滚筒13和从动滚筒14的两端分别通过轴承15转动连接在机架10上，主动滚筒13的两端分别通过联轴器16与电涡流机12、反拖电机11的转轴连接，在主动滚筒13和从动滚筒14之间设有举升板19，举升板19用于方便汽车进出试验台。主动滚筒13和从动滚筒14之间、举升板19的两端各设有挡辊20，挡辊20为活动设置，可沿滚筒长度方向移动。挡辊20则可对位于测功机上模拟道路上行驶的汽车进行定位，防止汽车发生偏移或从侧面滑出侧功机，可移动的挡辊20可根据不同车型而调节两挡辊之间的距离使其适合。在电涡流机12和反拖电机11上分别设置有测力传感器90、21，在主动滚筒13与反拖电机11的连接轴上连接有飞轮24。

在电涡流机12上的测力传感器90为双量程传感器，如图2所示，该双量程传感器的弹性体为两个连接在一起的S形结构部分，在S形结构部分中部的应变梁91、92上各设一个应变片93、94，两应变片93、94各自通过接线端子95、96输出。两个应变片的量程大小不同，其一为大量程，另一为小量程。在设有小量程应变片的S形结构部分的弹性体上设有应变片保护装置97，应变片保护装置97为一柱形，其一端固定连接在弹性体上，另一端为自由端，与设置有小量程应变片的应变梁92间隙相对，在保护装置的自由端设置有可旋转的螺帽98，通过旋转螺帽98可调节保护装置自由端与应变梁之间的距离。当应变梁92上所受到的力达到一定限值时，保护装置的自由端与应变梁92接触，防止应变梁进一步变形，从而保护应变片94不会作超出其测量范围的变形而防止其被损坏。双量程传感器的双S形结构弹性体能够保证传感器在各量程段都具有很高的固有频率和较大的刚度，保证测试的准确性和可靠性。弹性体为铝合金材质，采用铝合金作为弹性体使得应变梁的厚度尺寸较大，避免由于应变梁刚度小造成系统固有频率低造成的测量误差。

汽车综合性能检测站的底盘测功机要承担多种任务，除了动力性检测外还希望能承担经济性能检测和简易工况法汽车尾气排放检测功能。动力性检测要求量程大可测量200Kw以上的功率，而尾气排放检测检测时加载功率一般小于20Kw，但控制精度要求达到0.1Kw。在本实施例中，使用了双量程传感器，使用大量程传感元件测量大功率，采用小量程测量小功率，大量程与小量程之间的切换由测功机的控制系统来完成，当控制系统检测到测量值大与某个值(通常设置为1000N)时，则关闭小量程传感元件，而当测量值小于某个值时，则关闭小量程传感元件。由于小量程的输出特性曲线斜率较大，如图3所示，在小载荷测量时仍能保持很高的精度。在本实施例中，由于使用了双量程传感器，从而使测功机能够应用多种工况，同时又能够保持测量精度，具有兼容性。

在本实施例中，双量程传感器内设有数字转换模块，将传感器内应变片产生的和受力成正比的模拟电信号直接转化为可以由计算机直接处理的数字信号，附加在应变电路中的温度电阻芯片能够及时对温度等因素的变化进行数字化补偿，使得测量非常准确，同时避免了信号传递过程中外界信号的干扰。

本实施例中，汽车底盘测功机仅包含两根长滚筒，与传统的四滚筒测功机相比，用于滚筒支撑的轴承少一半，并减少了连轴器的个数，可降低滚筒同轴度误差、减小测功机内部阻力，当轮胎在滚筒上模拟在路面上行驶运转更越平稳，滚动阻力系数的波动范围就越小，对车轮产生的干扰阻力就越小，测功机检测数据稳定。

实施例二

本实施例提供汽车底盘测功机的控制测量方法，如图4所示，汽车底盘测功机的控制系统采用加载控制器和指示控制器分离的结构，其中加载控制器采用先进的嵌入式计算机独立控制单元，全数字式自适应IGBT控制方式，精确实时地对测功机进行多种模式(道路行驶阻力模拟、恒速、恒力、恒功率、最大功率动态扫描、负荷滑行)控制，采集各种参数，界面引导控制采用通用工业控制机(PC)，各自任务明确，保证了控制时间。

底盘测功机的控制系统采用闭环反馈控制系统，它根据调节参数(速度、扭力)测量值和目标值的差异的反馈来调节加载电流大小，进行PID调节控制。PID参数采用试验确定法来整定，其具体方法如下：数字控制器使系统在手动状态下工作，人为地改变手动信号，给被控对象一个阶跃输入信号。用仪表记录下被控参数在此阶跃输入作用下的变化过程曲线，即对象的阶跃响应曲线。在对象的响应曲线上，过拐点作切线，求出等效滞后时间τ和时间常数Tm，算出它们的比值Tm/τ。选择控制度根据所求得的τ、Tm和Tm/τ的值，查有关的表格可确定PI和PID。

车辆在台架的滚动阻力与道路滚动阻力不同，做变工况测量时须对台架测得的加速、滑行的距离和时间进行修正。探索简易、方便且能满足一定精度要求的检测方法，是对车辆的台架试验有重要意义，在本发明中，对汽车在台架上的滑行距离采用下式进行修正：

S＝S₀+kV²(m/m_t)……(1)

式中：S为汽车道路滑行距离当量值。S₀为汽车在台架上的滑行距离。k为小于1的修正系数，由试验确定；V为汽车在滚筒上滑行初速度；m为台架惯性质量所模拟的平移质量；m为汽车质量；m_t为台架惯性质量所模拟的平移质量。

上式的物理意义是S值由两部分组成：一部分是汽车在台架上的滑行距离；另一部分是由汽车的质量和台架模拟的惯性质量之比(m/m_t)和汽车速度的二次函数组成，显然(m/m_t)越大，需要修正的参数值越大。通过上式的修正，能够得的汽车道路滑行距离当量值与汽车在台架上的滑行距离相比更接近汽车在道路上滑行距离。从而达到更准确评估汽车性能的目的。

在台架上进行汽车加速或定阻力工况试验时，对汽车在道路的行驶阻力通过涡流机加载进行模拟，为达到动态模拟汽车行驶阻力的目的，本实施例中提供的控制测量方法为：根据电涡流机上所加栽的理论载荷与实测载荷的差值，调节电涡流机的励磁电压，改变测功机动载荷的大小，使理论值与实测值趋于一致。电涡流机上所加栽的理论载荷F_dy是由汽车在平路行驶不考虑迎风阻力时阻力F_t与车辆在台架上受到的阻力F的差值。而汽车在平路行驶不考虑迎风阻力时阻力F_t为：

$F_t=\mathrm{Gf}+\mathrm{\δm}\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{dt}}\·\·\·\·\·\·\left(2\right)$

式中：G为汽车重力；f为滚动阻力系数；δ为汽车旋转质量换算系数；m为汽车质量；

为行驶加速度。车辆在台架上受到的阻力为：

$F=a+\mathrm{bV}+m^{,}\frac{\mathrm{\ΔV}}{\mathrm{\Δt}}\·\·\·\·\·\·\left(3\right)$

式中a为常数；b为初速度影响系数；V为车速；m’为台架惯性质量。这样电涡流机上所加栽的理论载荷F_dy为：

$F_{\mathrm{dy}}=F_t-F=(\mathrm{Gf}+\mathrm{\δm}\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{dt}})-(a+\mathrm{bV}+m^{,}\frac{\mathrm{\ΔV}}{\mathrm{\Δt}})$

$=\mathrm{Gf}-(a+\mathrm{bV})+(\mathrm{\δm}-m^{,})\frac{\mathrm{\ΔV}}{\mathrm{\Δt}}\·\·\·\·\·\·\left(4\right)$

本实施例中，涡流机上的实际载荷F_实通过测力传感器获得，因此本发明中的模拟道路阻力就是通过选取适当的采样时间Δt，通过速度传感器23，实时跟踪车速V的变化ΔV，由(4)式综合计算得到涡流机上理论上所加的载荷F_dy，将理论上所加的载荷F_dy与实测的载荷F_实比较，令ΔF＝F_dy-F_实，用ΔF转换成模拟信号，调节涡流机的励磁电压，改变测功机动载荷的大小，使理论值与实测值趋于一致，达到动态模拟汽车行驶阻力的目的。

Claims (6)

1.一种汽车底盘测功机，包括机架、反拖电机、电涡流机、设置在电涡流机上的测力传感器和速度传感器，其特征在于，还包括一对联动的主动滚筒和从动滚筒，所述主动滚筒和从动滚筒的两端分别通过轴承转动连接在机架上，所述主动滚筒与电涡流机、反拖电机连接；

所述测力传感器为双量程传感器；所述双量程传感器包含有独立且两个量程大小不同的传感元器件；所述双量程传感器的弹性体为双S形结构，所述的两个传感元器件分别设置在S形结构中部的应变梁上，在设置有小量程传感元器件的S形结构部分的两端设置有小量程传感元器件保护机构，所述保护机构的一端与弹性体固定连接，另一端是与弹性体间隙相对的自由端；所述保护机构的自由端设置有调节自由端与弹性体之间的间隙距离的螺帽；所述的双量程传感器内设有数字转换模块。

2.根据权利要求1所述的汽车底盘测功机，其特征在于，所述电涡流机、反拖电机分别连接在主动滚筒的两端。

3.根据权利要求2所述的汽车底盘测功机，其特征在于，所述主动滚筒和从动滚筒之间的两端设有挡辊，挡辊之间的距离可根据汽车轮距进行调整。

4.根据权利要求3所述的汽车底盘测功机，其特征在于，所述主动滚筒和从动滚筒的长度大于2.5米。

5.一种汽车底盘测功机控制测量方法，包括在台架上模拟道路阻力的步骤，其特征在于，模拟道路阻力的步骤是根据电涡流机上所加载的理论载荷与实测载荷的差值，调节电涡流机的励磁电压，改变测功机动载荷的大小，使理论值与实测值趋于一致；

其中，汽车底盘测功机，包括机架、反拖电机、电涡流机、设置在电涡流机上的测力传感器和速度传感器及一对联动的主动滚筒和从动滚筒，所述主动滚筒和从动滚筒的两端分别通过轴承转动连接在机架上，所述主动滚筒与电涡 流机、反拖电机连接；

所述测力传感器为双量程传感器；所述双量程传感器包含有独立且两个量程大小不同的传感元器件；所述双量程传感器的弹性体为双S形结构，所述的两个传感元器件分别设置在S形结构中部的应变梁上，在设置有小量程传感元器件的S形结构部分的两端设置有小量程传感元器件保护机构，所述保护机构的一端与弹性体固定连接，另一端是与弹性体间隙相对的自由端；所述保护机构的自由端设置有调节自由端与弹性体之间的间隙距离的螺帽；所述的双量程传感器内设有数字转换模块。

6.根据权利要求5所述的汽车底盘测功机控制测量方法，其特征在于，还包括修正汽车在台架上所测量的滑行距离S₀使之接近汽车在道路上的滑行距离，其修正公式为：S＝S₀+kV²(m/m_t)，其中S为汽车道路滑行距离当量值，S₀为汽车在台架上的滑行距离，k为小于1的修正系数，V为汽车在滚筒上滑行初速度；m为汽车质量；m_t为台架惯性质量所模拟的平移质量。 

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