CN103162958A - 车辆液压机械无级变速器试验台架与试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆液压机械无级变速器试验台架与试验系统，以弥补现有技术中没有专用试验台架的缺陷。试验台架与待试验的液压机械无级变速器构成一个试验用的传动系统，试验控制装置由于对试验台架、待试验的液压机械无级变速器进行控制，对相关传感器参数进行采集。本发明能够对液压机械无级变速器进行试验，对液压机械无级变速器的设计、动态特性、性能试验的研究有重要意义，对军用装甲车辆、拖拉机、工程机械等车辆技术的发展具有广泛的意义。

Description

车辆液压机械无级变速器试验台架与试验系统

技术领域

本发明涉及一种车辆液压机械无级变速器试验台与试验系统。

背景技术

传统车辆主要采用机械式多档有级齿轮变速器，驾驶员需要频繁换档变速以满足整车动力性、经济性要求，劳动强度大，效率低。为了弥补传统变速器的不足，自上世纪70年代，国外均展开了液压机械无级变速器(HMCVT)的研制工作。国内对液压机械无级变速器的研究始于20世纪70年代末，各种研究机构对液压机械无级变速器的原理、理论特性等进行了研究。

液压机械无级变速器是一类由液压功率流与机械功率流组合传递动力的双功率流无级变速传动形式，通过机械传动实现高效、大功率动力传动，通过液压传动实现无级变速。军用装甲车辆、拖拉机、工程机械等传动功率大、速度变化范围宽、作业条件复杂，对其动力性、燃油经济性、地面适应性以及操作自动化水平等要求高，采用大功率自动无级变速技术显得有必要。

国内普通车辆变速器试验台自动化程度低、通用性差。目前没有针对液压机械无级变速器的专用试验台架，限制了对液压机械无级变速器的各种性能、设计分析方法与控制系统的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种车辆液压机械无级变速器试验台架与试验系统，以弥补现有技术中没有专用试验台架的缺陷。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

车辆液压机械无级变速器试验台架，包括用于装配液压机械无级变速器的变速器安装位，变速器安装位连接一路机械输入、一路液压输入和一路机械输出；所述一路机械输入主要由发动机、主离合器和分动器顺次连接构成，分动器包括两个输出端，第一输出端用于所述一路机械输入，第二输出端用于所述一路液压输入，所述一路液压输入主要由分动器的第二输出端、变量泵、定量马达顺次构成；所述一路机械输出主要由升速箱和加载电机顺次连接构成；所述主离合器和分动器之间、变速器安装位与升速箱之间、分动器的第二输出端与变量泵之间、定量马达与变速器安装位之间均设有转速转矩传感器。

所述主离合器和分动器之间、变速器安装位与升速箱之间均设有扭矩限制器。

车辆液压机械无级变速器试验系统，包括车辆液压机械无级变速器试验台架和试验控制装置，所述车辆液压机械无级变速器试验台架，包括用于装配液压机械无级变速器的变速器安装位，变速器安装位连接一路机械输入、一路液压输入和一路机械输出；所述一路机械输入主要由发动机、主离合器和分动器顺次连接构成，分动器包括两个输出端，第一输出端用于所述一路机械输入，第二输出端用于所述一路液压输入，所述一路液压输入主要由分动器的第二输出端、变量泵、定量马达顺次构成；所述一路机械输出主要由升速箱和加载电机顺次连接构成；所述主离合器和分动器之间、变速器安装位与升速箱之间、分动器的第二输出端与变量泵之间、定量马达与变速器安装位之间均设有转速转矩传感器；所述试验控制装置，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和变量泵，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。

所述试验控制装置还包括显示单元。

所述主离合器和分动器之间、变速器安装位与升速箱之间均设有扭矩限制器。

本发明能够对液压机械无级变速器进行试验，最大限度的利用现有车辆的传动和控制系统，利用分动器产生两路输入，并由其中一路产生液压动力输入，另一路产生机械动力输入，这样就不必再另外设置专用的液压动力，从而大大简化了台架的构造，降低了设计难度。本发明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。本发明对液压机械无级变速器的设计、动态特性、性能试验的研究有重要意义，对军用装甲车辆、拖拉机、工程机械等车辆技术的发展具有广泛的意义。

附图说明

图1是车辆液压机械无级变速器试验系统示意图；

图2是车辆液压机械无级变速器试验台架结构图。

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

液压机械无级变速器有多种形式，都至少包括一路液压输入、一路机械输入和一路输出，具体结构属于现有技术，不再赘述。本发明能够对液压机械无级变速器进行试验。

如图1所示的车辆液压机械无级变速器试验系统，包括车辆液压机械无级变速器试验台架和试验控制装置。试验台架与待试验的液压机械无级变速器构成一个试验用的传动系统，试验控制装置由于对试验台架、待试验的液压机械无级变速器进行控制，对相关传感器参数进行采集。

车辆液压机械无级变速器试验台架，包括用于装配液压机械无级变速器的变速器安装位，变速器安装位连接一路机械输入、一路液压输入和一路机械输出；一路机械输入主要由发动机、主离合器和分动器顺次连接构成，分动器包括两个输出端，第一输出端用于所述一路机械输入，第二输出端用于所述一路液压输入，一路液压输入主要由分动器的第二输出端、变量泵、定量马达顺次构成；一路机械输出主要由升速箱和加载电机顺次连接构成；主离合器和分动器之间、变速器安装位与升速箱之间、分动器的第二输出端与变量泵之间、定量马达与变速器安装位之间均设有转速转矩传感器。

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和变量泵，台架控制系统用于控制连接整车控制器主离合器、分动器、升速箱、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。

一次试验的具体步骤包括：

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、变速器三维支架；设置变速器变量泵—定量马达液压系统、变速器液压站、液压管路系统、变速器线束。

传动轴及连接法兰准备：设置连接发动机、分动器、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所示为试验台架具体结构，将发动机2、分动箱11、液压机械无级变速器18、加载电机26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27的分动箱11连接；发动机输出动力经分动箱11分流：一路经传动轴辅助支撑装置总成7、第一扭矩限制器8、第一转矩转速传感器9、联轴器10、万向传动轴12流入液压机械无级变速器18机械输入端，另一路经第一联轴器28、第二转矩转速传感器29、第二联轴器30、变速器变量泵31、定量马达13、第三联轴器14、第二转矩转速传感器15、第四联轴器16、精密万向联轴器17进入液压机械无级变速器液压输入端；汇流动力由液压无级变速器输出轴输出经第五联轴器19、第三转矩转速传感器20、第二扭矩限制器21流入升速箱22，经第六联轴器23、转向器24、第七联轴器25与加载电机26连接。

调整发动机2、分动器11、液压机械无级变速箱18、升速箱22、转向器24、加载电机26、转矩转速传感器9、15、20、29、第一转矩保护装置8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；调试车辆液压机械无级变速器台架系统通信。

利用此车辆液压机械无级变速器实验台架可以完成以下试验：液压机械无级传动的原理、理论特性、设计分析方法、动态特性、控制系统等相关实验；发动机与液压机械无级传动系统的匹配实验；液压机械无级传动系统动态特性和性能试验。

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，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 (5)

1.车辆液压机械无级变速器试验台架，其特征在于，包括用于装配液压机械无级变速器的变速器安装位，变速器安装位连接一路机械输入、一路液压输入和一路机械输出；所述一路机械输入主要由发动机、主离合器和分动器顺次连接构成，分动器包括两个输出端，第一输出端用于所述一路机械输入，第二输出端用于所述一路液压输入，所述一路液压输入主要由分动器的第二输出端、变量泵、定量马达顺次构成；所述一路机械输出主要由升速箱和加载电机顺次连接构成；所述主离合器和分动器之间、变速器安装位与升速箱之间、分动器的第二输出端与变量泵之间、定量马达与变速器安装位之间均设有转速转矩传感器。

2.根据权利要求1所述的车辆液压机械无级变速器试验台架，其特征在于，所述主离合器和分动器之间、变速器安装位与升速箱之间均设有扭矩限制器。

3.车辆液压机械无级变速器试验系统，其特征在于，包括车辆液压机械无级变速器试验台架和试验控制装置，所述车辆液压机械无级变速器试验台架，包括用于装配液压机械无级变速器的变速器安装位，变速器安装位连接一路机械输入、一路液压输入和一路机械输出；所述一路机械输入主要由发动机、主离合器和分动器顺次连接构成，分动器包括两个输出端，第一输出端用于所述一路机械输入，第二输出端用于所述一路液压输入，所述一路液压输入主要由分动器的第二输出端、变量泵、定量马达顺次构成；所述一路机械输出主要由升速箱和加载电机顺次连接构成；所述主离合器和分动器之间、变速器安装位与升速箱之间、分动器的第二输出端与变量泵之间、定量马达与变速器安装位之间均设有转速转矩传感器；

所述试验控制装置，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和变量泵，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。

4.根据权利要求3所述的液压机械无级变速器试验系统，其特征在于，所述试验控制装置还包括显示单元。

5.根据权利要求3所述的车辆液压机械无级变速器试验系统，其特征在于，所述主离合器和分动器之间、变速器安装位与升速箱之间均设有扭矩限制器。

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