CN103134678B - 一种车辆综合传动系试验台架及试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆综合传动系试验台架及试验系统。本发明的整个传动系中，仅使用了一个分动器就为液压机械无级变速器、机械液压双流传动转向装置两个装置提供了两路液压动力和两路机械动力，极大限度的节约了相关动力设备，从而大大简化了台架的构造，降低了设计难度。而且布局合理，节省占地面积。通过控制系统对传动系进行控制并且通过传感器获得传动系的相关性能参数，实时掌控试验。

Description

一种车辆综合传动系试验台架及试验系统

技术领域

本发明涉及一种车辆综合传动系试验台架及试验系统。

背景技术

传动系统即发动机-变速器-驱动桥-驱动轮系统，它是车辆重要组成部分。车辆动力性与燃料经济性等性能的好坏，在很大程度上取决于车辆传动系统合理匹配的程度。随着社会经济和技术的发展，人们对车辆动力性、燃油经济性、地面适应性以及操作自动化水平的要求越来越高，国内外展开了对液压机械无级变速器、机械液压双流传动转向装置等传动系统的研究。传统车辆传动系试验台都集中于对传统车辆变速器、机械式转向机构、驱动桥等单个或其简单组合的性能研究，自动化程度低、通用性差，无法满足综合多样性试验要求。

针对液压机械无级变速器、机械液压双流传动转向装置等新兴传动装置的试验台研究正处在起步阶段。针对新型传动装置组合的综合传动系试验台尚无人研究，严重制约了车辆新型综合传动系统各种性能、设计分析方法与控制系统的研究。为了研究车辆新型综合传动系的这些特性，建立一套车辆综合传动系试验台显得十分有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种车辆综合传动系试验台架及试验系统，用以解决现在没有新型传动装置组合的综合传动系试验装置的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种车辆综合传动系试验台架，包括顺次连接的发动机、主离合器、分动器、用于装配液压机械无级变速器的变速器安装位、用于装配机械液压双流传动转向装置的转向装置安装位；所述变速器安装位连接有第一机械输入支路、第一液压输入支路和第一机械输出支路；所述转向装置安装位连接第二机械输入支路、第二液压输入支路和第二机械输出支路；所述分动器设有第一输出端、第二输出端和第三输出端，第一输出端连接所述变速器安装位，形成所述变速器安装位的第一机械输入支路，第二输出端依次连接第一变量泵和第一定量马达形成所述变速器安装位的第一液压输入支路，第三输出端依次连接第二变量泵和第二定量马达形成所述转向装置安装位的第二液压输入支路，第一机械输出支路连接所述转向装置安装位形成第二机械输入支路；转向装置安装位的第二机械输出支路依次连接有升速箱和加载电机；所述主离合器与分动器之间、分动器第二输出端与第一变量泵之间、分动器第三输出端与第二变量泵之间、第一定量马达与变速器安装位之间、第二定量马达与转向装置安装位之间、转向装置安装位于升速箱之间均设有转矩转速传感器。

所述主离合器与分动器之间、变速器安装位与转向装置安装位之间均设有扭矩限制器。

所述第二机械输出支路中，升速箱与加载电机之间还设有转向器。

所述转向装置安装位还设有与第二机械输出支路构成相同的第三机械输出支路。

一种车辆综合传动系试验系统，其特征在于，包括车辆综合传动系试验台架和试验控制装置，包括顺次连接的发动机、主离合器、分动器、用于装配液压机械无级变速器的变速器安装位、用于装配机械液压双流传动转向装置的转向装置安装位；所述变速器安装位连接有第一机械输入支路、第一液压输入支路和第一机械输出支路；所述转向装置安装位连接第二机械输入支路、第二液压输入支路和第二机械输出支路；所述分动器设有第一输出端、第二输出端和第三输出端，第一输出端连接所述变速器安装位，形成所述变速器安装位的第一机械输入支路，第二输出端依次连接第一变量泵和第一定量马达形成所述变速器安装位的第一液压输入支路，第三输出端依次连接第二变量泵和第二定量马达形成所述转向装置安装位的第二液压输入支路，第一机械输出支路连接所述转向装置安装位形成第二机械输入支路；转向装置安装位的第二机械输出支路依次连接有升速箱和加载电机；所述主离合器与分动器之间、分动器第二输出端与第一变量泵之间、分动器第三输出端与第二变量泵之间、第一定量马达与变速器安装位之间、第二定量马达与转向装置安装位之间、转向装置安装位于升速箱之间均设有转矩转速传感器；试验控制装置包括整车控制器和台架控制系统，整车控制器用于控制发动机、液压机械无级变速器、机械液压双流传动转向装置、第一变量泵和第二变量泵，台架控制系统控制连接所述整车控制器、主离合器、分动器、升速箱和加载电机，采样连接所述各转速转矩传感器。

所述主离合器与分动器之间、变速器安装位与转向装置安装位之间均设有扭矩限制器。

所述试验控制装置还包括与台架控制系统连接的显示单元。

所述第二机械输出支路中，升速箱与加载电机之间还设有转向器。

所述转向装置安装位还设有与第二机械输出支路构成相同的第三机械输出支路。

本发明的整个传动系中，仅使用了一个分动器就为液压机械无级变速器、机械液压双流传动转向装置两个装置提供了两路液压动力和两路机械动力，极大限度的节约了相关动力设备，从而大大简化了台架的构造，降低了设计难度。而且布局合理，节省占地面积。通过控制系统对传动系进行控制并且通过传感器获得传动系的相关性能参数，实时掌控试验。本发明可以完成液压机械无级变速器—机械液压双流转向装置新型车辆综合传动系试验；还可以进行传统车辆传动性能实验、车辆系统混合动力实验、动力换档传动实验，在国内属于首创；利用CAN总线进行诸多信息的综合采集和控制，实现机械、液压、计算机和自动控制多专业集成；可以实现发动机、变速器、转向装置多台架整体协调。

附图说明

图1是车辆综合传动系试验系统原理图；

图2是车辆综合传动系试验台架结构图（点划线表示底座）。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

试验系统实施例

如图1所示的车辆综合传动系试验系统，包括车辆综合传动系试验台架和试验控制装置。

传动系试验台架包括顺次连接的发动机、主离合器、分动器、用于装配液压机械无级变速器的变速器安装位、用于装配机械液压双流传动转向装置的转向装置安装位；变速器安装位连接有第一机械输入支路、第一液压输入支路和第一机械输出支路；转向装置安装位连接第二机械输入支路、第二液压输入支路和第二机械输出支路；分动器设有第一输出端、第二输出端和第三输出端，第一输出端连接变速器安装位，形成变速器安装位的第一机械输入支路，第二输出端依次连接第一变量泵和第一定量马达形成变速器安装位的第一液压输入支路，第三输出端依次连接第二变量泵和第二定量马达形成转向装置安装位的第二液压输入支路，第一机械输出支路连接转向装置安装位形成第二机械输入支路；转向装置安装位的第二机械输出支路依次连接有升速箱和加载电机；主离合器与分动器之间、分动器第二输出端与第一变量泵之间、分动器第三输出端与第二变量泵之间、第一定量马达与变速器安装位之间、第二定量马达与转向装置安装位之间、转向装置安装位于升速箱之间均设有转矩转速传感器。

试验控制装置包括整车控制器和台架控制系统，整车控制器用于控制发动机、液压机械无级变速器、机械液压双流传动转向装置、第一变量泵和第二变量泵，台架控制系统控制连接整车控制器、主离合器、分动器、升速箱和加载电机。

台架控制系统还采样连各转速转矩传感器等试验台各个部件的相关数据。作为一种实施方式，为了直接观察试验过程，可以增加显示装置，用于显示所采集的中间结果等。

主离合器与分动器之间、变速器安装位与转向装置安装位之间均设有扭矩限制器。试验控制装置还包括与台架控制系统连接的显示单元。转向装置安装位还设有与第二机械输出支路构成相同的第三机械输出支路。为了便于布局，第二、第三机械输出支路中，升速箱与加载电机之间还设有转向器。

试验的具体步骤如下。

发动机准备：安装发动机，设置油门执行器、发动机中冷空气恒温控制系统、离合器操纵机构总成、发动机机油恒温控制系统、发动机水温恒温控制系统、发动机排气系统、燃油供给系统、冷却水系统、发动机线束等。

液压机械无级变速器准备：安装液压机械无级变速器、变速器控制器、变速器三维可调支架；设置变速器变量泵—定量马达系统、变速器液压站、液压管路系统、变速器线束。

机械液压双流传动转向装置准备：安装机械液压双流传动转向装置、转向装置控制器、转向装置整体支架；设置转向变量泵—定量马达系统、转向装置液压站、液压管路系统、转向装置线束。

传动轴及连接法兰准备：设置安装发动机、分动箱、液压机械无级变速器、加载电机、转矩转速传感器、转矩保护装置等。

加载电机准备：安装加载电机、加载电机支架；设置冷却系统、加载电机线束。

安装、调试：如图2，将发动机2、分动箱11、液压机械无级变速器13、加载电机30等安装在三维可调支架1上；油门执行器4、离合器操纵机构总成5等与发动机2连接；发动机用万向传动轴6与安装在分动箱支座总成31的分动箱11连接；发动机输出动力经分动箱11分成三路：一路经传动轴辅助支撑装置总成39、第一扭矩限制器37、第一转矩转速传感器35、第一联轴器32、万向传动轴12流入液压机械无级变速器13机械输入端，另一路经第二联轴器10、第二转矩转速传感器9、第三联轴器8、变速器变量泵7、定量马达44、第四联轴器43、第三转矩转速传感器42、第五联轴器41、精密万向第六联轴器40进入液压机械无级变速器13液压输入端与第一路耦合经第一扭矩限制器14进入机械液压双流传动转向装置20机械输入端，第三路经第七联轴器33、第四转矩转速传感器34、第八联轴器36、转向变量泵38、定量马达15、第九联轴器16、第五转矩转速传感器17、第十联轴器18、精密万向第十一联轴器19进入机械液压双流传动转向装置20液压输入端；耦合动力由机械液压双流传动转向装置20左右两端输出轴输出；均经第十二联轴器21、第六转矩转速传感器22、第一扭矩限制器23、升速箱24、经第十三联轴器25、第一转向器26、第十四联轴器27、第二转向器28、第十五联轴器29与两个加载电机30连接。

调整发动机2、分动器11、液压机械无级变速器13、机械液压双流传动转向装置20、升速箱24、转向器26、加载电机28、第七转矩转速传感器9、17、22、34、35、42、转矩保护装置14、37等部件的三维可调支架高度，使中心线高度保持一致；安装各个控制器单元，布置发动机和控制器线束，组建CAN网络，连接整体显示装置；调试液压机械无级变速器—机械液压双流转向装置车辆综合传动系试验台通信。

本发明的试验系统可以完成液压机械无级变速器—机械液压双流转向装置新型车辆综合传动系试验；还可以进行传统车辆传动性能实验、车辆系统混合动力实验、动力换档传动实验，在国内属于首创；利用CAN总线进行诸多信息的综合采集和控制，实现机械、液压、计算机和自动控制多专业集成；可以实现发动机、变速器、转向装置多台架整体协调。

车辆液压机械无级变速器台架整个控制系统由整车控制器、显示单元及台架控制系统组成。整车控制系统由两个ECU分别控制整车部件工作，分别是ECU1控制发动机；ECU2控制液压机械无级变速器及其变量泵-定量马达系统；台架控制系统除协调控制整车控制器控制的各个汽车部件，同时控制整个试验台各个部件，包括所有的转矩转速传感器，扭矩限制器，分动器，升速箱以及加载电机等，同时也能够反馈试验台各个部件试验中的各种数据、状态和中间结果等。显示单元用于显示整个台架所有部件的控制情况、运行情况、实验过程及实验结果等。整个控制系统组成CAN网络，台架所有功能均通过CAN网络实现控制。

发动机为试验系统提供必要的动力源；测功机用于吸收发动机经传动系传递的功率，模拟被试传动系的工作环境，并将吸收的功率转换为电能回馈给电网；扭矩限制器将试验台架各机械部分有机结合起来，形成一个具有一定功能的整体，同时起到限扭作用；升速箱实现对传动系最终传动的升速降扭，使得测功机的输入端转矩转速与测功机转矩特性相匹配；拐角器使整个试验台更加对称紧凑，减少实验平台占地空间；实验室辅助支持系统为各种机械构件提供必要的工作环境。

试验控制装置主要由工业控制计算机（上位机）、PLC可编程序控制器(下位机)、数据采集板、各类传感器、控制台、仪表柜、试验台现场报警监视设备等硬件设备以及测控软件组成，能够实现对整个试验台进行集中控制，对试验参数进行监测、采集、显示、记录、分析及图表打印输出，并对试验过程进行监视和记录。试验控制装置可以采集的数据包括转速、转矩、压力、流量、温度、发动机油门开度等。

选用发动机作为试验台的动力源，尽量使被试件的试验情况与实车使用状况最接近。发动机油门执行器根据主控计算机设定的油门位置，自动调节油门开度，稳定发动机转速。负载模拟装置采用直流电机作为加载器，直流电机共有两台，用来模拟履带车辆工作路况负载阻力，配合整流回馈单元，构成的测功机系统具有两种运行模式，既可运行在发电状态，也可运行在电动状态，过程自动转换，回馈完全符合电网回馈质量要求的电能。同时，利用专门的控制系统实现模拟车辆动力传动系统功率的传递变化，从而提高传动系统试验能力、扩大适用范围的要求。

在主控计算机的控制下，直流电机可以运行在不同的工作模式：

（1）恒转矩模式。该模式下的电机在控制系统的调节下，转矩的给定值与实测值进行比较，比较后的差值经PID调节，按给定的控制方式自动调整其电枢电流，改变测功机的输出转矩，使之不随转速的变化而改变，维持在给定值。这种模式是本试验系统运行的基本模式。

（2）恒转速模式。控制系统控制直流电机的加载转速，将其设定值与实测值进行比较，比较后的差值经PID调节，按给定的控制方式自动调节电机电枢电流，改变测功机的转速使其维持在给定值。这种模式下，即可以进行传动系与发动机的匹配试验，又可以单独对发动机进行性能测试试验。

（3）恒功率模式。控制系统使直流电机的加载功率（转速与转矩的乘积）维持在给定值。此模式下可用于模拟车辆加速行驶工况。

试验系统的数据信息传递采用CAN总线通信技术，使上位机与下位机的数据传输更加方便、快捷、可靠。采用本专利不仅可以进行车辆动力传动装置性能与效率的单项测试试验，而且还可以进行车辆动力传动装置的混合性能测试实验，同时还能全程模拟履带车辆的转向过程；通过控制程序可以实现动态加载，模拟整机实际工况或规定的循环工况；控制系统根据不同的试验方法可以对发动机与测功机的转速、转矩设置不同的闭环控制模式，可以完全满足车辆动力传动系统相关试验标准中规定的各项试验内容和试验项目；试验过程中根据实际要求，操作人员只要按下不同的控制模式按钮即可，各种控制方式的切换完全无扰动；试验中的各个测试量及分析结果可以实时地显示、处理、存储和打印。与以往传动的实车试验相比，采用本试验台可以简便快捷的进行各类车辆动力传动系统试验，节省大量的实验时间和经费，适用于车辆传动装置的各项性能试验。

试验台架实施例

试验台架在试验系统实施例中已经介绍，在此不再赘述。

Claims (9)

1.一种车辆综合传动系试验台架，其特征在于，包括顺次连接的发动机、主离合器、分动器、用于装配液压机械无级变速器的变速器安装位、用于装配机械液压双流传动转向装置的转向装置安装位；所述变速器安装位连接有第一机械输入支路、第一液压输入支路和第一机械输出支路；所述转向装置安装位连接第二机械输入支路、第二液压输入支路和第二机械输出支路；所述分动器设有第一输出端、第二输出端和第三输出端，第一输出端连接所述变速器安装位，形成所述变速器安装位的第一机械输入支路，第二输出端依次连接第一变量泵和第一定量马达形成所述变速器安装位的第一液压输入支路，第三输出端依次连接第二变量泵和第二定量马达形成所述转向装置安装位的第二液压输入支路，第一机械输出支路连接所述转向装置安装位形成第二机械输入支路；转向装置安装位的第二机械输出支路依次连接有升速箱和加载电机；所述主离合器与分动器之间、分动器第二输出端与第一变量泵之间、分动器第三输出端与第二变量泵之间、第一定量马达与变速器安装位之间、第二定量马达与转向装置安装位之间、转向装置安装位与升速箱之间均设有转矩转速传感器。

2.根据权利要求1所述的一种车辆综合传动系试验台架，其特征在于，所述主离合器与分动器之间、变速器安装位与转向装置安装位之间均设有扭矩限制器。

3.根据权利要求1所述的一种车辆综合传动系试验台架，其特征在于，所述第二机械输出支路中，升速箱与加载电机之间还设有转向器。

4.根据权利要求3所述的一种车辆综合传动系试验台架，其特征在于，所述转向装置安装位还设有与第二机械输出支路构成相同的第三机械输出支路。

5.一种车辆综合传动系试验系统，其特征在于，包括车辆综合传动系试验台架和试验控制装置，所述车辆综合传动系试验台架包括顺次连接的发动机、主离合器、分动器、用于装配液压机械无级变速器的变速器安装位、用于装配机械液压双流传动转向装置的转向装置安装位；所述变速器安装位连接有第一机械输入支路、第一液压输入支路和第一机械输出支路；所述转向装置安装位连接第二机械输入支路、第二液压输入支路和第二机械输出支路；所述分动器设有第一输出端、第二输出端和第三输出端，第一输出端连接所述变速器安装位，形成所述变速器安装位的第一机械输入支路，第二输出端依次连接第一变量泵和第一定量马达形成所述变速器安装位的第一液压输入支路，第三输出端依次连接第二变量泵和第二定量马达形成所述转向装置安装位的第二液压输入支路，第一机械输出支路连接所述转向装置安装位形成第二机械输入支路；转向装置安装位的第二机械输出支路依次连接有升速箱和加载电机；所述主离合器与分动器之间、分动器第二输出端与第一变量泵之间、分动器第三输出端与第二变量泵之间、第一定量马达与变速器安装位之间、第二定量马达与转向装置安装位之间、转向装置安装位与升速箱之间均设有转矩转速传感器；

试验控制装置包括整车控制器和台架控制系统，整车控制器用于控制发动机、液压机械无级变速器、机械液压双流传动转向装置、第一变量泵和第二变量泵，台架控制系统控制连接所述整车控制器、主离合器、分动器、升速箱和加载电机，台架控制系统采样连接所述各转矩转速传感器。

6.根据权利要求5所述的一种车辆综合传动系试验系统，其特征在于，所述主离合器与分动器之间、变速器安装位与转向装置安装位之间均设有扭矩限制器。

7.根据权利要求5所述的一种车辆综合传动系试验系统，其特征在于，所述试验控制装置还包括与台架控制系统连接的显示单元。

8.根据权利要求5所述的一种车辆综合传动系试验系统，其特征在于，所述第二机械输出支路中，升速箱与加载电机之间还设有转向器。

9.根据权利要求8所述的一种车辆综合传动系试验系统，其特征在于，所述转向装置安装位还设有与第二机械输出支路构成相同的第三机械输出支路。