CN106989935B - 用于自供能式车用磁流变制动器性能测试的实验台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于自供能式车用磁流变制动器性能测试的实验台及方法，实验台包括机械传动系统、制动能量回收系统、制动器循环冷却系统、信号采集与控制系统，其中机械传动系统包括传动轴、惯性飞轮、三相异步电动机、电磁离合器、无级变速机、转矩转速传感器、待检测的磁流变制动器，制动能量回收系统包括皮带式发电机、超级电容器、电流调节器，制动器循环冷却系统包括储液桶、液压泵、涡轮流量计、风冷却器，信号采集与控制系统包括数据采集卡、上位机、信号采集传感部分。本发明方法通过使用自供能式车用磁流变液制动器性能测试平台进行实验，可用于模拟汽车处于不同的档位和制动初速度下，磁流变制动器的各项工作特性。

Description

用于自供能式车用磁流变制动器性能测试的实验台及方法

技术领域

本发明涉及磁流变制动器实验平台领域，具体是一种用于自供能式车用磁流变制动器性能测试的实验台及方法。

背景技术

磁流变液是一种极具发展前途和工程应用价值的新型智能材料，磁流变液在磁场作用下可以产生瞬间、连续、可逆的流变特性，并可通过对磁场强度的调节来实现实时主动控制。磁流变制动器以磁流变液为工作介质，具有重量轻、响应速度快、能耗低、集成度高、可控制性能好和适用于线控制动等优点。因此与传统制动器相比，磁流变制动器更加符合未来汽车的发展方向。

当前针对车用磁流变制动器工作特性的研究表明，在制动器工作过程中，磁流变液的温度会上升，这将使得磁流变液的剪切应力下降，从而导致制动器的制动力矩降低。此外，由于磁流变液的制备技术还不十分成熟，如沉降、团聚等问题还没有完全解决，这会影响到磁流变制动器的制动稳定性，所以车用磁流变制动器距离实际生产应用还有一定差距。因此有必要设计一种用于车用磁流变制动器性能测试的实验平台，用来模拟汽车处于不同的档位和制动初速度下，磁流变制动器的各项工作特性。通过实验测得磁流变制动器在实际工况下的制动参数，以便于进一步优化磁流变制动器的结构，这对于推动磁流变制动器的实际生产应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于自供能式车用磁流变制动器性能测试的实验台及方法，以实现对磁流变制动器的性能检测。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

用于自供能式车用磁流变制动器性能测试的实验台，其特征在于：包括机械传动系统、制动能量回收系统、制动器循环冷却系统、信号采集与控制系统，其中：

机械传动系统包括由一对带座外球面轴承支撑的传动轴，传动轴上共中心轴固定安装有惯性飞轮，传动轴一端即输入端前方设有三相异步电动机，所述三相异步电动机的输出轴通过电磁离合器与传动轴的输入端共中心轴连接，传动轴另一端即输出端后方设有无级变速机，所述传动轴的输出端通过一级联轴器与无级变速机的输入端共中心轴连接，无级变速机的后方设有转矩转速传感器，无级变速机的输出端通过二级联轴器与转矩转速传感器的输入端共中心轴连接，转矩转速传感器后方设置待检测的磁流变制动器，所述转矩转速传感器的输出端通过三级联轴器与磁流变制动器的输入端共中心轴连接；

制动能量回收系统包括皮带式发电机、超级电容器、电流调节器，所述磁流变制动器的输出端通过带传动与皮带式发电机的电机轴传动连接，皮带式发电机的输出端口与超级电容器的输入端口电连接，超级电容器的输出端口与电流调节器的输入端电连接，电流调节器的输出端与磁流变制动器的线圈电连接；

制动器循环冷却系统包括储液桶、液压泵、涡轮流量计、风冷却器，所述液压泵的进液口与储液桶连通，液压泵的出液口与涡轮流量计的进液口连通，涡轮流量计的出液口与磁流变制动器的进液口连通，磁流变制动器的出液口与风冷却器的进液口连通，风冷却器的出液口与储液桶连通；

信号采集与控制系统包括数据采集卡、上位机、信号采集传感部分，其中信号采集传感部分包括无级变速机和磁流变制动器之间的转矩转速传感器、制动器循环冷却系统中的涡轮流量计，以及设置在磁流变制动器内部的温度传感器，所述转矩转速传感器输出的频率信号通过一个变送器传送至数据采集卡输入端，温度传感器和涡轮流量计输出的电流信号直接传送至数据采集卡输入端，数据采集卡输出端与上位机电连接，所述上位机通过一个变频器与所述三相异步电动机的控制端电连接，上位机还分别与所述电磁离合器、电流调节器的控制端电连接。

所述的用于自供能式车用磁流变制动器性能测试的实验台，其特征在于：所述机械传动系统、制动能量回收系统中的皮带式发电机分别置于同一实验台底架上。

所述的用于自供能式车用磁流变制动器性能测试的实验台，其特征在于：所述实验台底架上设有罩在惯性飞轮外的飞轮防护罩支撑架，飞轮防护罩支撑架四周分别安装有飞轮防护网。

用于自供能式车用磁流变制动器性能测试的实验方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：检查确保实验台机械传动系统、制动能量回收系统、制动器循环冷却系统和信号采集与控制系统之间的电路连接正确无误，管路连接不存在泄露情况；

步骤二：启动液压泵和风冷却器，液压泵将乳化液从储液桶中吸出，依次通过涡轮流量计、磁流变制动器和风冷却器，然后经过风冷却器冷却后回到储液桶中，完成一个循环冷却过程，并记录上位机监控界面中的流量读数和制动初温读数；

步骤三：根据所要模拟的汽车档位和制动初速度，调节无级变速机的调速手轮，使输出转速到达目标转速值；

步骤四：启动电磁离合器和三相异步电动机，试运行60s，待输出转速平稳后，记录上位机监控界面中的制动初速度读数和输出制动力矩读数；

步骤五：断开电磁离合器和三相异步电动机，然后调节电流调节器的输出电流大小使得线圈通电磁流变制动器工作，实验台的输出转速在磁流变制动器作用下平稳下降直至为零；

步骤六：记录上位机监控界面中的制动终温读数和制动时间读数；

步骤七：调节无级变速机的调速手轮，重复步骤三至步骤六的内容，从而模拟汽车处于不同的档位和制动初速度下，磁流变制动器的工作特性。

本发明提供了一种可模拟汽车档位变化、具有制动能量可回收功能的自供能式车用磁流变液制动器性能测试平台及实验方法，可用于模拟汽车处于不同的档位和制动初速度下，磁流变制动器的各项工作特性。

本发明具有如下优点：

（1）用于自供能式车用磁流变制动器性能测试的实验台具有制动能量回收系统，模拟汽车制动时，可以利用皮带式发电机将磁流变制动器输出轴的旋转动能转化为电能并用超级电容器存储起来，从而实现制动能量回收再利用。目前，城市交通拥堵现象比较普遍，汽车存在频繁制动的情况，如果将这部分制动能量回收利用，这对于能源节约具有重要意义；

（2）用于自供能式车用磁流变制动器性能测试的实验台可以通过调节无级变速机的调速手轮来模拟汽车处于不同的档位和制动初速度下磁流变制动器的工作特性，具有操作简单，易于实现的优点；

（3）用于自供能式车用磁流变制动器性能测试的实验台具有制动器循环冷却系统，模拟汽车制动时，通过循环冷却系统可以降低磁流变制动器内部磁流变液的温度，从而减小磁流变液温度变化对制动器制动力矩的影响，这有利于提高制动器工作时的制动稳定性。

附图说明

图1为本发明实验台的整体结构示意图。

图2为本发明实验台的机械传动系统主视图。

图3为本发明电磁离合器连接处剖视图。

图4为本发明飞轮防护罩的示意图。

图5为本发明信号采集与控制的原理框图。

图6为本发明实验方法的流程图。

具体实施方式

一种用于自供能式车用磁流变制动器性能测试的实验台，包括机械传动系统、制动能量回收系统、制动器循环冷却系统以及信号采集与控制系统，其中：

如图1-图2所示，机械传动系统包括三相异步电动机2、电磁离合器3、带座外球面轴承4、飞轮防护罩支撑架5、惯性飞轮6、传动轴7、一级联轴器8、无极变速机9、二级联轴器10、转矩转速传感器12、三级联轴器16以及待检测的磁流变制动器17；三相异步电动机2的输出轴通过电磁离合器3与传动轴7输入端共中心轴固定连接，惯性飞轮6通过平键共中心轴安装在传动轴7上，传动轴7由固定在实验台底架1上的带座外球面轴承4支撑，传动轴7的输出端通过一级联轴器8与无极变速机9输入端共中心轴固定连接，无级变速机9的输出端通过二级联轴器10与转矩转速传感器12的输入端共中心轴固定连接，转矩转速传感器12的输出端通过三级联轴器16与磁流变制动器17的输入端共中心轴固定连接；其中，三相异步电动机2、带座外球面轴承4、无极变速机9、转矩转速传感器12以及磁流变制动器17均通过螺栓连接固定在实验台底架1上；

如图1-图2所示，制动能量回收系统包括皮带式发电机14、超级电容器13以及电流调节器11；磁流变制动器17的输出端通过带传动15与皮带式发电机14传动连接，皮带式发电机14的输出端口与超级电容器13的输入端口连接，超级电容器13的输出端口与电流调节器11连接，电流调节器11与磁流变制动器17的线圈相连接；模拟汽车制动时，首先断开电磁离合器3和三相异步电动机2，然后调节电流调节器11的输出电流大小，使得线圈通电磁流变制动器17工作，这时实验台的输出转速平稳下降直至为零，在制动的过程中，利用带传动15和皮带式发电机14将磁流变制动器17输出轴的旋转动能转化为电能，并用超级电容器13存储起来，从而完成了制动能量的回收再利用；其中，带传动15可以将磁流变制动器17输出轴的输出转速提高，这可以增加皮带式发电机14的发电量从而提高能量回收率；

如图3所示，电磁离合器3的主动盘3-2和从动盘3-3分别通过左法兰盘3-1和右法兰盘3-4固定在三相异步电动机2的输出轴和传动轴7的输入端上；当电磁离合器3通电时，主动盘3-2和从动盘3-3吸合，此时三相异步电动机2的输出轴和传动轴7连接成一体，可以传递转矩和运动，当模拟汽车制动时，使电磁离合器断电，主动盘3-2和从动盘3-3脱开，此时三相异步电动机2的输出轴和传动轴7独立运动，这可以避免电动机输出轴消耗一部分旋转动能从而提高制动能量回收率；

如图1-图2所示，制动器循环冷却系统包括储液桶19、液压泵20、涡轮流量计21、磁流变制动器17以及风冷却器18；液压泵20进液口与储液桶19相连接，液压泵20出液口与涡轮流量计21的进液口相连接，涡轮流量计21的出液口与磁流变制动器17的进液口相连接，磁流变制动器17的出液口与风冷却器18的进液口相连接，风冷却器18的出液口与储液桶19相连接；液压泵20将乳化液从储液桶19中吸出，依次通过涡轮流量计21、磁流变制动器17和风冷却器18，然后经过风冷却器18冷却后从出液口回到储液桶19中，完成一个循环冷却过程；其中，涡轮流量计21可用于测量通过管路的乳化液流量，风冷却器18可用于降低通过磁流变制动器17的乳化液的温度从而实现乳化液的循环利用；

如图4所示，飞轮防护罩包括飞轮防护罩支撑架5和飞轮防护网25，飞轮防护网25通过焊接的方式固定在飞轮防护罩支撑架5上，飞轮防护罩支撑架5通过地脚螺栓固定在地基上；惯性飞轮6放置于飞轮防护罩中，因此可以有效避免操作人员被飞轮误伤的情况发生，增加了实验的安全性；

如图1和图5所示，信号采集与控制系统包括信号采集传感器部分、数据采集卡22和上位机23；其中，信号采集传感器部分包括设于无级变速机9和磁流变制动器17之间的转矩转速传感器12，设于磁流变制动器17内部的一组温度传感器和设于制动器循环冷却管路中的涡轮流量计21，转矩转速传感器17输出的频率信号经变送器转化为电流信号后输入到数据采集卡22输入端，温度传感器和涡轮流量计21输出的电流信号可直接输入到数据采集卡22输入端，上位机23与数据采集卡22之间通过电缆进行连接，传感器测得的信号数据在上位机23的监控界面中显示以方便读取，变频器24和电磁离合器3的工作状态由上位机23控制，实验时，操作人员通过上位机23发出指令来控制变频器24和电磁离合器3的工作状态，电流调节器11的输出电流大小由上位机23控制，实验时，操作人员根据实际的制动工况通过上位机23来调节电流调节器11的输出电流大小，使实验台的输出转速平稳下降直至为零。

如图6所示，一种用于自供能式车用磁流变制动器性能测试的实验方法，具体实施步骤如下：

步骤一：检查确保实验台机械传动系统、制动能量回收系统、制动器循环冷却系统和信号采集与控制系统之间的电路连接正确无误，管路连接不存在泄露情况；

步骤二：启动液压泵20和风冷却器18，液压泵20将乳化液从储液桶19中吸出，依次通过涡轮流量计21、磁流变制动器17和风冷却器18，然后经过风冷却器18冷却后回到储液桶19中，完成一个循环冷却过程，并记录上位机23监控界面中的流量读数和制动初温读数；

步骤三：根据所要模拟的汽车档位和制动初速度，调节无级变速机9的调速手轮，使输出转速到达目标转速值；

步骤四：通过上位机23发出指令启动电磁离合器3和三相异步电动机2，试运行60s，待输出转速平稳后，记录上位机23监控界面中的制动初速度读数和输出制动力矩读数；

步骤五：通过上位机23发出指令断开电磁离合器3和三相异步电动机2，然后通过上位机23调节电流调节器11的输出电流大小使得线圈通电磁流变制动器17工作，实验台的输出转速在磁流变制动器17作用下平稳下降直至为零；

步骤六：记录上位机23监控界面中的制动终温读数和制动时间读数；

步骤七：调节无级变速机9的调速手轮，重复步骤三至步骤六的内容，从而模拟汽车处于不同的档位和制动初速度下，磁流变制动器17的工作特性。

Claims (4)

1.用于自供能式车用磁流变制动器性能测试的实验台，其特征在于：包括机械传动系统、制动能量回收系统、制动器循环冷却系统、信号采集与控制系统，其中：

机械传动系统包括由一对带座外球面轴承支撑的传动轴，传动轴上共中心轴固定安装有惯性飞轮，传动轴一端即输入端前方设有三相异步电动机，所述三相异步电动机的输出轴通过电磁离合器与传动轴的输入端共中心轴连接，传动轴另一端即输出端后方设有无级变速机，所述传动轴的输出端通过一级联轴器与无级变速机的输入端共中心轴连接，无级变速机的后方设有转矩转速传感器，无级变速机的输出端通过二级联轴器与转矩转速传感器的输入端共中心轴连接，转矩转速传感器后方设置待检测的磁流变制动器，所述转矩转速传感器的输出端通过三级联轴器与磁流变制动器的输入端共中心轴连接；

制动能量回收系统包括皮带式发电机、超级电容器、电流调节器，所述磁流变制动器的输出端通过带传动与皮带式发电机的电机轴传动连接，皮带式发电机的输出端口与超级电容器的输入端口电连接，超级电容器的输出端口与电流调节器的输入端电连接，电流调节器的输出端与磁流变制动器的线圈电连接；

制动器循环冷却系统包括储液桶、液压泵、涡轮流量计、风冷却器，所述液压泵的进液口与储液桶连通，液压泵的出液口与涡轮流量计的进液口连通，涡轮流量计的出液口与磁流变制动器的进液口连通，磁流变制动器的出液口与风冷却器的进液口连通，风冷却器的出液口与储液桶连通；

信号采集与控制系统包括数据采集卡、上位机、信号采集传感部分，其中信号采集传感部分包括无级变速机和磁流变制动器之间的转矩转速传感器、制动器循环冷却系统中的涡轮流量计，以及设置在磁流变制动器内部的温度传感器，所述转矩转速传感器输出的频率信号通过一个变送器传送至数据采集卡输入端，温度传感器和涡轮流量计输出的电流信号直接传送至数据采集卡输入端，数据采集卡输出端与上位机电连接，所述上位机通过一个变频器与所述三相异步电动机的控制端电连接，上位机还分别与所述电磁离合器、电流调节器的控制端电连接。

2.根据权利要求1所述的用于自供能式车用磁流变制动器性能测试的实验台，其特征在于：所述机械传动系统、制动能量回收系统中的皮带式发电机分别置于同一实验台底架上。

3.根据权利要求2所述的用于自供能式车用磁流变制动器性能测试的实验台，其特征在于：所述实验台底架上设有罩在惯性飞轮外的飞轮防护罩支撑架，飞轮防护罩支撑架四周分别安装有飞轮防护网。

4.一种如权利要求1所述的用于自供能式车用磁流变制动器性能测试的实验台的实验方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：检查确保实验台机械传动系统、制动能量回收系统、制动器循环冷却系统和信号采集与控制系统之间的电路连接正确无误，管路连接不存在泄露情况；

步骤二：启动液压泵和风冷却器，液压泵将乳化液从储液桶中吸出，依次通过涡轮流量计、磁流变制动器和风冷却器，然后经过风冷却器冷却后回到储液桶中，完成一个循环冷却过程，并记录上位机监控界面中的流量读数和制动初温读数；

步骤三：根据所要模拟的汽车档位和制动初速度，调节无级变速机的调速手轮，使输出转速到达目标转速值；

步骤四：启动电磁离合器和三相异步电动机，试运行60s，待输出转速平稳后，记录上位机监控界面中的制动初速度读数和输出制动力矩读数；

步骤五：断开电磁离合器和三相异步电动机，然后调节电流调节器的输出电流大小使得线圈通电磁流变制动器工作，实验台的输出转速在磁流变制动器作用下平稳下降直至为零；

步骤六：记录上位机监控界面中的制动终温读数和制动时间读数；

步骤七：调节无级变速机的调速手轮，重复步骤三至步骤六的内容，从而模拟汽车处于不同的档位和制动初速度下，磁流变制动器的工作特性。