CN109115514A - 一种测试电动汽车的角度可调式道路模拟试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种测试电动汽车的角度可调式道路模拟试验装置及方法，电动轮置放在前后水平的皮带上表面上，皮带后端的底部设置上下垂直的举升机构，电动轮的输出轴右端固定连接上下垂直的垂向加载装置，皮带的前后端各绕有一个左右水平的滚筒，后侧的滚筒内部键连接一个同轴的滚筒轴，前侧的滚筒内部键连接一个同轴的阶梯型输出轴，阶梯型输出轴的右端连接实验数据采集机构；垂向加载装置给电动轮垂直向下的载荷，电动轮通电转动，通过与皮带之间的摩檫力带动皮带转动，从而带动阶梯型输出轴转动，举升机构带动皮带后端上升或下降，使皮带倾斜，模拟不同坡度的上下坡工况，电动轮所运行的环境更加接近于真实的路面环境，试验结果精确。

Description

一种测试电动汽车的角度可调式道路模拟试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种车辆测试实验装置，更具体的说是一种为电动汽车的电动轮设计的专用多功能测试试验台，属于电动汽车测试领域。

背景技术

电动汽车用轮毂电机的研发有三种方式：计算机仿真模拟方式、室外道路实车模拟方式、实验室台架试验方式。其中，计算机仿真模拟方式具有适应性强、费用低、开发周期短等优点，但受动力系统复杂的数学模型的制约，难以得到准确结果，仿真结果的可信性、可用性必须通过其它途径来检验；室外道路实车试验方式能够为电动汽车的开发提供真实的工况环境，但试验的适应性差、测试和调节难度较大、成本高；而实验室台架试验方式可以通过相关参数的设定，来使得试验环境贴近真实工况，且方便有效地对电动汽车的动力系统及其部件进行性能测试，分析和评价电机控制策略的优劣，根据试验数据实时修正电动汽车的有关设计，以满足所提出的轮毂电机综合性能指标，因此建立纯电动汽车的台架试验装置十分有必要。

针对这一问题，在中国专利申请号为201710451112.2的文献中公布了一种轮毂驱动电动汽车电动轮悬架系统试验台，该试验台通过电动轮带动滚筒装置的转动来模拟电动轮在路面的运动，通过垂直载荷模拟机构来模拟电动轮在实际工况下的载荷、转矩与转速的变化，该试验台能进行电动轮的电子差速试验以及制动试验，但该试验台由于结构的局限性，无法模拟电动轮在不同路面附着条件下的行车工况，同时也无法模拟电动汽车上下坡这一行车工况。又如中国专利申请号为201420154405.6的文献中公布了一种电动汽车用轮毂电机实验台的加载装置，该装置通过加载气缸对车轮的压力来模拟车辆所受到的垂向载荷，且该套装置左右对称，左右负载电机等运动件互不干扰，以此模拟左右轮之间不同的载荷分配以及不同的转速转矩，虽然该装置结构简单且承载能力较强，但该装置并未设计实验数据采集的机构，同时也存在无法模拟电动轮在不同路面附着条件下以及电动汽车上下坡等行车工况。

发明内容

本发明的目的是为解决现有电动汽车的电动轮试验台存在的上述问题，提出一种测试电动汽车的角度可调式道路模拟试验装置以及该装置的道路模拟试验方法，能模拟电动轮在不同路面附着条件下的行车工况以及电动汽车上下坡等行车工况，并能实时采集实验数据。

本发明一种测试电动汽车的角度可调式道路模拟试验装置采用的技术方案是：电动轮的输出轴左右水平，电动轮置放在前后水平的皮带上表面上，皮带后端的底部设置上下垂直的举升机构；电动轮的输出轴右端固定连接上下垂直的垂向加载装置；皮带的前后端各绕有一个左右水平的滚筒，后侧的滚筒内部键连接一个同轴的滚筒轴，前侧的滚筒内部键连接一个同轴的阶梯型输出轴，阶梯型输出轴的右端连接实验数据采集机构；在每个滚筒左右两端的外圆表面上开有齿，与皮带内表面的左右两侧开有的齿啮合；在两个滚筒之间设有与滚筒相平行的托辊，托辊的最高点处与皮带接触。

本发明一种测试电动汽车的角度可调式道路模拟试验装置的道路模拟试验方法采用的技术方案是包括如下步骤：

A、垂向加载装置工作，给电动轮垂直向下的载荷，电动轮通电转动，通过与皮带之间的摩檫力带动皮带转动，从而带动阶梯型输出轴转动，实验数据采集机构检测；

B、举升机构工作带动皮带后端上升或下降，使皮带倾斜，模拟不同坡度的上下坡工况，电动轮通电转动，实验数据采集机构检测。

进一步地，更换不同摩擦表面的皮带，模拟不同摩擦系数的路面。

本发明采用上述技术方案后的有益效果是：

1、本发明具有举升机构，可试验电动轮在上下坡工况时转速与转矩之间的变化情况。采用电动推杆将试验台的一端升降一定的高度，以此模拟不同坡度的上下坡。通过电动轮在试验台上的转动，带动皮带以及滚筒的转动，前侧滚筒的输出端与转矩转速传感器通过轮胎式联轴器相连，转矩转速传感器所测得的数据经过一定比例缩放后即得到电动轮所受到的转矩以及转速。

2、电动轮通过带动皮带的转动来模拟电动轮在道路上的运动，通过用皮带的传动方式代替了传统的试验台所采用的滚筒传动方式，使得电动轮所运行的环境更加接近于真实的路面环境，从而使得试验结果更加精确。

3、本发明中的皮带采用可更换的设计，通过更换不同外表面摩擦系数的皮带，来模拟不同摩擦系数的路面，使得试验装置更接近于真实的行车环境，功能更全面。

附图说明

图1为本发明一种测试电动汽车的角度可调式道路模拟试验装置在初始状态时的立体结构示意图；

图2为图1中举升机构、电动轮、皮带等部件的装配结构放大示意图；

图3为图2中举升机构的装配关系放大爆炸图；

图4为图2中皮带及其装配关系放大爆炸图；

图5为图4中滚筒及传动装置的安装关系放大爆炸图；

图6为图1中电动轮、皮带、实验数据采集机构等的安装关系示意图；

图7为图1中电动轮、皮带、加载装置的安装关系示意图；

图8为图1所示道路模拟试验装置在试验上下坡工况时的局部状态图；

图9为在图8基础上的右视放大图。

图中：1.底台；2.电动推杆支架；3.电动推杆；4.皮带轮边框；5.电动轮；5a.电动轮的输出轴；6.垂向加载装置；6a.滑块；6b.丝杆；6c.电机；7.轮胎式联轴器；8.转矩转速传感器；9.联轴器；10.惯性飞轮；11.磁粉制动器；12.地板；13.滚筒；14.双孔支架；15.连接杆；16.单孔支架；17.皮带；18.轴承座；19.深沟球轴承；20.滚筒轴；21.阶梯型输出轴；21a.左轴；21b.右轴；22.托辊；23.举升机构；24.实验数据采集机构。

具体实施方式

为了便于理解，现规定本发明一种测试电动汽车的角度可调式道路模拟试验装置的空间方位是：参见图1，在电动轮5的转动方向上，规定以轮胎式联轴器7所在位置为“前”，电动推杆3所在位置为“后”；以皮带轮边框4所在位置为“左”，磁粉制动器11所在位置为“右”；规定以图1中电动轮5所在位置为“上”，底台1所在位置为“下”。

参见图1，电动轮5的中心轴是输出轴，电动轮5的输出轴左右水平，电动轮5置放在皮带17上表面上。皮带17前后水平布置，在皮带17后端的底部设置上下垂直的举升机构23，举升机构能上下运动，从而带皮带17后端上下运动，使皮带17前后呈倾斜状态。

皮带17前端的右侧通过皮带17输出端连接实验数据采集机构24，实验数据采集机构24左右水平布置，检测电动轮5的运行过程。

电动轮5的中心轴右端固定连接上下垂直的垂向加载装置6。

参见图1、图2、图3和图4所示，举升机构23由两个电动推杆3和四个电动推杆支架2组成。两个电动推杆3一左一右且上下垂直布置，两个电动推杆3的上端和下端各通过销铰接一个电动推杆支架2。举升机构23的下方是水平布置的长方形底台1水平布置，通过螺栓固定安装在实验用激振台上。长方形底台1上表面的左右两侧各有两条呈前后布置的带状安装槽，一条带状安装槽分别与下方的一个电动推杆支架2相配合，下方左右布置的两个电动推杆支架2分别通过螺栓固定在长方形底台1后端的左右带状安装槽内。

初始时，上方的两个电动推杆支架2与下方的两个电动推杆支架2处于同一铅垂线上。上方的左右两侧两个电动推杆支架3分别通过螺栓固定在左右两侧两个皮带轮边框4上，左侧电动推杆支架3固定在左侧皮带轮边框4上，上方的左右中的右侧电动推杆支架3固定在右侧皮带轮边框4上。皮带轮边框4为垂直截面为L型框架结构，L型框架的水平面固定连接电动推杆支架3，而两个L型框架的两个垂直面之间是皮带17。

在长方形底台1上表面的两个带状安装槽的前端各通过螺栓固定连接一个双孔支架14，每个双孔支架14各通过螺栓固定连接上下垂直布置的一个连接杆15下端，一个连接杆15上端通过销铰接有一个单孔支架16，单孔支架16固定连接于同侧的皮带轮边框4上。两个连接杆15一左一右上下垂直布置。两个连接杆15和两个电动推杆3在长方形底台1的四角处，呈矩形空间布置。初始时，上方的两个单孔支架16与下方的两个双孔支架14处于同一铅垂线上。

参见图2、图4，两个皮带轮边框4分别位于皮带17的左右两侧，且左右对称分布。皮带17的前后端各绕有一个滚筒13，滚筒13左右水平布置。后侧的滚筒13内同轴套有一个滚筒轴20，滚筒轴20整体呈圆柱形，其左右两端分别安装在左右两侧皮带轮边框4后端的深沟球轴承19上，通过深沟球轴承19连接皮带轮边框4，且滚筒轴20的圆柱形表面上还开有键槽，滚筒13与滚筒轴20通过键连接在一起，同轴旋转。前侧的滚筒13内同轴套有一个阶梯型输出轴21，阶梯型输出轴21由左轴21a和右轴21b组成，阶梯型输出轴21的左轴21a两端分别安装在左右两侧皮带轮边框4前端的两个深沟球轴承19上，通过深沟球轴承19连接皮带轮边框4，阶梯型输出轴21的右轴21b的半径小于左轴21a的半径，右轴21b向右伸出深沟球轴承19一段距离，右轴21b通过键槽同轴连接位于右轴21b右侧的实验数据采集机构24。每个深沟球轴承19都通过轴承座18安装在皮带轮边框4上，轴承座18通过螺栓固定在皮带轮边框4上。

在每个滚筒13左右两端的外圆表面上还开有齿，皮带17位于左右两个皮带轮边框4之间，呈前后方向布置，其左右宽度略小于两个皮带轮边框4之间之间的距离，皮带17内表面的左右两侧均开有齿，其左右两侧的齿分别与前后两个滚筒13的左右两端的齿相啮合，使得皮带17的转动能带动滚筒13的转动，再通过滚筒13带动阶梯型输出轴21转动，从而带动实验数据采集机构24转动。

在两个滚筒13之间设有六根托辊22，六根托辊22与滚筒13相平行，呈左右水平布置，六根托辊22在两个滚筒13等距离分布。每个托辊22的左右两端均穿过左右两侧皮带轮边框4上的对应安装孔，通过螺母固定在皮带轮边框4上。六根托辊22的最高点处刚好与皮带17接触，以此支撑和承受皮带17所受的垂向载荷。

参见图5、图6，实验数据采集机构24由从左到右的轮胎式式联轴器7、转矩转速传感器8、一个联轴器9、惯性飞轮10、另一个联轴器9和磁粉制动器11同轴串接组成。轮胎式联轴器7与阶梯型输出轴21的右轴21b同轴连接，转矩转速传感器8的左端通过轮胎式联轴器7与右轴21b连接，转矩转速传感器8的右端通过一个联轴器9与惯性飞轮10的左端连接，惯性飞轮10的右端再通过另一个联轴器9与磁粉制动器11连接。转矩转速传感器8、惯性飞轮10、磁粉制动器11均通过螺栓安装在地板12上。

参见图7，垂向加载装置6由滑块6a、丝杆6b和电机6c组成，滑块6a与丝杆6b啮合配合，丝杆6b上下垂直布置，丝杆6b的上端同轴固定连接电机6c的输出轴。电动轮5的输出轴5a固定连接滑块6a。电机6c带动丝杆6b转动，从而带动滑块6a上下移动，滑块6a给电动轮5的输出轴5a在垂直方向上一个载荷。

下面结合图1-8具体阐述本发明的试验过程：

参见图1、图5、图6，试验装置模拟水平路面时，皮带轮边框4的底端面与水平面平行，从而皮带17与电动轮5的接触面与水平面平行。垂向加载装置6工作，电机6c带动丝杆6b转动，从而带动滑块6a向下移动，以此通过与滑块6a固接的电动轮的输出轴5a给电动轮5垂直向下的载荷，使得电动轮5与皮带17之间具有一定的压力，且由于皮带17与电动轮5之间的接触方式比传统的滚筒传动的接触方式更接近于真实的道路环境，从而使得试验更加精确。此时托辊22用来承受电动轮5给皮带17在垂直方向上的作用力。电动轮5通电转动，电动轮5通过电动轮5与皮带17之间的摩檫力带动皮带17转动，再通过皮带17内表面与滚筒13两侧齿啮合带动滚筒13转动，从而带动阶梯型输出轴21转动，最终通过轮胎式联轴器7、联轴器9依次带动转矩转速传感器8、惯性飞轮10、磁粉制动器11的转动。通过一定的比例换算以此来测得电动轮5在运行过程中的转速以及所受的转矩。通过惯性飞轮10来模拟汽车运行过程中各旋转件的转动惯量，通过磁粉制动器11来模拟汽车运行过程中各运动件之间所存在的阻力。

参见图5、图8、图9，举升机构23工作，带动皮带17的后端上升或下降，使皮带17倾斜。左右两端两个电动推杆3伸长，当试验装置模拟不同坡度上坡工况时，通过与电动推杆3铰接的两个电动推杆支架2推动前后两个皮带轮边框4的后端向上抬起一定的高度，此时两个皮带轮边框4绕连接杆15与单孔支架16之间的销转动角度A，即此时皮带轮边框4的底端面与水平面的夹角为A。皮带轮边框4后端升高，通过轴承座18与深沟球轴承19带动滚筒轴20和后端的滚筒13的升高，从而使得皮带17的后端高于皮带17的前端，模拟道路与水平面夹角为A的坡道。反之，当电动推杆3缩短模拟不同坡度下坡工况时，过程相反，使得皮带17的前端高于皮带17的后端，模拟道路与水平面夹角为A的下坡坡道。当电动推杆3升降的高度不同时，皮带17在前后方向上与水平面的夹角也不同，以此模拟不同坡度上下坡的行车工况。电动轮5再通电转动，通过实验数据采集机构24进行检测。

参见图1、图5，通过拆卸皮带轮边框4，更换不同摩擦表面的皮带17，从而模拟不同摩擦系数的路面。

Claims (8)

1.一种测试电动汽车的角度可调式道路模拟试验装置，电动轮（5）的输出轴左右水平，其特征是：电动轮（5）置放在前后水平的皮带（17）上表面上，皮带（17）后端的底部设置上下垂直的举升机构（23）；电动轮（5）的输出轴右端固定连接上下垂直的垂向加载装置（6）；皮带（17）的前后端各绕有一个左右水平的滚筒（13），后侧的滚筒（13）内部键连接一个同轴的滚筒轴（20），前侧的滚筒（13）内部键连接一个同轴的阶梯型输出轴（21），阶梯型输出轴（21）的右端连接实验数据采集机构（24）；在每个滚筒（13）左右两端的外圆表面上开有齿，与皮带（17）内表面的左右两侧开有的齿啮合；在两个滚筒（13）之间设有与滚筒（13）相平行的托辊（22），托辊（22）的最高点处与皮带（17）接触。

2.根据权利要求1所述的测试电动汽车的角度可调式道路模拟试验装置，其特征是：实验数据采集机构（24）从左到右由轮胎式式联轴器（7）、转矩转速传感器（8）、一个联轴器（9）、惯性飞轮（10）、另一个联轴器（9）和磁粉制动器（11）同轴串接组成。

3.根据权利要求1所述的测试电动汽车的角度可调式道路模拟试验装置，其特征是：垂向加载装置（6）由滑块（6a）、丝杆（6b）和电机（6c）组成，滑块（6a）与上下垂直的丝杆（6b）啮合，丝杆（6b）上端同轴固定连接电机（6c）的输出轴；电动轮（5）的输出轴固定连接滑块（6a）。

4.根据权利要求1所述的测试电动汽车的角度可调式道路模拟试验装置，其特征是：举升机构（23）由两个电动推杆（3）和四个电动推杆支架（2）组成，两个电动推杆（3）一左一右上下垂直布置，两个电动推杆（3）的上端和下端各铰接一个电动推杆支架（2），下方左右两个电动推杆支架（2）分别固定设在长方形底台（1）后端设有的带状安装槽内，带状安装槽有两条，前后布置，在长方形底台（1）上表面的左右两侧；上方的左右两侧两个电动推杆支架（3）分别固定连接左右两侧的对应侧的两个皮带轮边框（4）上，皮带（17）在两个皮带轮边框（4）之间，在两个带状安装槽的前端各固定连接一个双孔支架（14），每个双孔支架（14）各固定连接上下垂直的一个连接杆（15）下端，每个连接杆（15）上端铰接一个单孔支架（16），单孔支架（16）固定连接于同侧的皮带轮边框（4）上。

5.根据权利要求4所述的测试电动汽车的角度可调式道路模拟试验装置，其特征是：滚筒轴（20）左右两端分别通过深沟球轴承（19）连接皮带轮边框（4）。

6.根据权利要求4所述的测试电动汽车的角度可调式道路模拟试验装置，其特征是：阶梯型输出轴（21）由左轴（21a）和右轴（21b）组成，左轴（21a）两端分别通过深沟球轴承（19）连接皮带轮边框（4），右轴（21b）的半径小于左轴（21a）的半径，右轴（21b）向右伸出深沟球轴承（19）且通过键槽同轴连接实验数据采集机构（24）。

7.一种如权利要求1所述的测试电动汽车的角度可调式道路模拟试验装置的试验方法，其特征是包括如下步骤：

A、垂向加载装置（6）工作，给电动轮（5）垂直向下的载荷，电动轮（5）通电转动，通过与皮带（17）之间的摩檫力带动皮带（17）转动，从而带动阶梯型输出轴（21）转动，实验数据采集机构（24）检测；

B、举升机构（23）工作带动皮带（17）后端上升或下降，使皮带（17）倾斜，模拟不同坡度的上下坡工况，电动轮（5）通电转动，实验数据采集机构（24）检测。

8.根据权利要求7所述的试验方法，其特征是：更换不同摩擦表面的皮带（17），模拟不同摩擦系数的路面。