CN112924187B - 一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置及其使用方法 - Google Patents

一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置及其使用方法，所述测试装置包括：驱动总成、模拟驾驶舱、垂直加载总成、车轮加载总成和待测试传动总成，所述驱动总成与待测试传动总成的动力输入端传动配合，所述模拟驾驶舱的油门信号输出端与驱动总成的信号输入端相连接，所述模拟驾驶舱的挡位控制端与待测试传动总成的控制端传动配合，所述垂直加载总成与待测试传动总成的驱动桥传动配合，所述车轮加载总成与待测试传动结构的车轮相接触。本设计不仅无需组装试验样车即可在台架上完成模拟驾驶测试，而且有效节约了测试的人力、时间和费用成本，有效扩大设备的适用范围。

Description

一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置及其使用方法，具体适用于在台架上进行模拟驾驶试验来测试汽车传动系统的性能。
背景技术
汽车传动系统对于汽车动力性、经济性等性能有着密切关系，随着国家排放法规的快速升级以及竞争加剧，市场对于汽车各种性能的要求越来越高，各大汽车厂商都在积极探索汽车传动系统如何设计匹配才能达到更好的性能，无论通过何种方法设计，最终都需要通过测试来验证和积累数据，开发一种汽车传动系统测试装置显得非常关键。
行业内汽车模拟驾驶通常应用于游戏用户、驾校用户和自动驾驶领域，少有将模拟驾驶应用于测试真实汽车性能的装置或方法，尤其是没有针对汽车传动系统的模拟驾驶测试方案。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的整车测试成本高、测试结果准确度低的问题，提供了一种降低测试成本、提高测试精度的汽车传动系统的模拟驾驶测试装置及其使用方法。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：
一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置，所述测试装置包括：驱动总成、模拟驾驶舱、垂直加载总成、车轮加载总成和待测试传动总成，所述驱动总成与待测试传动总成的动力输入端传动配合，所述模拟驾驶舱的油门信号输出端与驱动总成的信号输入端相连接，所述模拟驾驶舱的挡位控制端与待测试传动总成的控制端传动配合，所述垂直加载总成与待测试传动总成的驱动桥传动配合，所述车轮加载总成与待测试传动结构的车轮相接触。
所述模拟驾驶舱包括：驾驶台、方向盘、显示器、离合器踏板、油门踏板、制动踏板、换挡操纵机构、驾驶座和控制主机，所述驾驶台的顶部固定连接有显示器，所述驾驶台中部固定连接有方向盘，所述驾驶台的下方从左到右依次设置有离合器踏板、油门踏板和制动踏板，所述驾驶台与驾驶座之间固定有换挡操纵机构，所述离合器踏板设置有离合踏板位移传感器，所述换挡操纵机构上设置有换挡力传感器和换挡位移传感器，所述油门踏板上设置有油门踏板位移传感器，所述制动踏板上设置有制动踏板位移传感器，所述方向盘、显示器、离合踏板位移传感器、油门踏板位移传感器、制动踏板位移传感器、换挡力传感器和换挡位移传感器均与控制主机的信号采集端相连接；所述控制主机分别与驱动总成、模拟驾驶舱、垂直加载总成、车轮加载总成和油温调节装置信号连接；所述控制主机内安装有汽车行驶动态模拟测试软件。
所述驱动总成设置于金属地板的轨道上，所述驱动总成的底部与轨道滑动配合；
所述驱动总成包括活动底座、升降底板、倾角固定板、驱动电机和变速箱安装座，所述活动底座的底部与轨道滑动配合，所述活动底座的顶部固定有四根丝杠，所述丝杠上套设有与其螺纹配合的螺帽，所述升降底板套设于丝杠上，升降底板的底部与丝杠上的螺帽限位配合，所述升降底板的中部设置有两个支座，所述倾角固定板的中部两侧固定于两个支座上，所述倾角固定板与支座旋转配合，所述倾角固定板的两端各设有一个角度调节螺母，所述角度调节螺母的下端与升降底板限位配合，所述倾角固定板上固定有驱动电机和变速箱安装座，所述驱动电机的动力输出轴穿过变速箱安装座后与待测试传动总成的动力输入端传动配合，所述驱动电机的动力输出轴上设置有扭矩转速传感器，所述扭矩转速传感器的信号输出端与控制主机信号连接。
所述车轮加载总成包括：左右对称设置的左车轮加载机构和右车轮加载机构，所述左车轮加载机构与右车轮加载机构结构相同，所述左车轮加载机构包括：阻尼转鼓、测量加载电机和加载端扭矩转速传感器，所述测量加载电机的动力输出轴与阻尼转鼓传动配合，所述测量加载电机的动力输出轴上设置有加载端扭矩转速传感器，所述轴上设置有加载端扭矩转速传感器的信号输出端与控制主机信号连接。
所述车轮加载总成还包括：加载支架，所述阻尼转鼓设置于加载支架的内部，所述加载支架的顶部设置有两个测试口，所述阻尼转鼓上端设置于测试口内，所述测试口的前后两端各设置有一个导向板，所述导向板的顶部设置有滚轮，所述滚轮与导向板的顶部旋转配合。
所述垂直加载总成包括：左右对称设置的左垂直加载机构和右垂直加载机构，所述左垂直加载机构与右垂直加载机构结构相同，所述左垂直加载机构包括：龙门架、液压加载装置、压力传感器、横梁、导向滑块、可调限位架、限位架导轨和横梁导轨，所述龙门架固定于加载支架的顶部，龙门架的顶部横梁的中部与液压加载装置的顶部固定连接，所述液压加载装置上设置有压力传感器，所述液压加载装置的底部与横梁的中部固定连接，所述横梁的两端各设有一个导向滑块，横梁的端部与导向滑块的端部旋转配合，所述导向滑块与固定于龙门架立柱内部的横梁导轨滑动配合，所述龙门架的立柱两侧的侧壁上均固定有一个限位架导轨，所述可调限位架的两端各设有一个滑块结构，所述可调限位架通过其滑块结构与其对应侧的限位架导轨滑动配合，所述滑块结构通过其上设置的固定螺栓与限位架导轨锁紧配合，所述可调限位架的下端与导向滑块的顶部限位配合。
所述待测试传动总成包括：离合器、变速箱、传动轴、驱动桥和车轮，所述离合器的动力输入端与驱动电机的动力输出端传动配合，所述离合器的动力输出端与变速箱的输入轴传动配合，所述变速箱的输出轴通过传动轴与驱动桥传动配合，所述驱动桥的两侧各安装有一套车轮，所述驱动桥的端部的板簧座与横梁的中部压紧配合，所述车轮与阻尼转鼓压紧配合；
所述离合器踏板与离合器的控制端传动配合，所述换挡操纵机构与变速箱的选换控制端传动配合；
所述测试装置还包括：油温调节装置，所述油温调节装置分别与变速箱和驱动桥内的润滑油路相连通。
一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置的使用方法，包括如下步骤：
第一步：安装待测试传动总成，将待测试传动总成安装到试验台架上，将装配好的离合器和变速箱合件安装到驱动总成上，将装有车轮的驱动桥安装到车轮加载总成上，然后将垂直加载总成安装到驱动桥两端的板簧座位置，最后利用传动轴连接变速箱和驱动桥，调节变速箱、传动轴、驱动桥和车轮之间的相对位置，使其相对位置与整车设计方案保持一致，在变速箱和驱动桥上分别安装温度传感器，将模拟驾驶舱的离合器踏板采用软轴与离合器连接，将模拟驾驶舱的换挡操纵机构采用选挡软轴和换挡软轴与变速箱连接，保证机构连接与实车一致，此时安装完成；
第二步：加载设定，首先，根据试验载荷要求，设置垂直加载的垂直加载力，然后，将与待测试传动总成相匹配发动机的MAP图对应的MAP表输入到汽车行驶动态模拟测试软件中，同时将待测试传动总成对应的整车参数输入到汽车行驶动态模拟测试软件中得到整车模型，汽车行驶动态模拟测试软件根据整车模型将采集到的实时转速计算行驶阻力；
再在汽车行驶动态模拟测试软件中设置在测试过程中需要保存和记录的参数；
第三步：模拟驾驶测试，首先，实验员进入模拟驾驶舱启动模拟驾驶设备，汽车行驶动态模拟测试软件启动驱动电机使其模拟发动机怠速状态运转，实验员根据不同的试验要求进行模拟驾驶；
模拟驾驶过程中信号的传输处理过程如下：油门踏板的油门踏板位移传感器将油门踏板的位移信号传输给控制主机记录保存，汽车行驶动态模拟测试软件根据油门踏板的位移计算得到的油门开度以及扭矩转速传感器测得实时转速查询发动机MAP表来控制驱动电机的扭矩；离合器踏板的离合踏板位移传感器将离合踏板的位移信号传输给控制主机记录保存；制动踏板的制动踏板位移传感器将制动踏板的位移信号传输给控制主机记录保存，汽车行驶动态模拟测试软件将制动踏板的位移信号换算为开度百分比，提供给整车模型，用于计算此时应增加的阻力，再下发指令给测量加载电机对被测试传动系统施加相应的阻力；换挡操纵机构的换挡力传感器和换挡位移传感器分别将换挡压力信号和换挡位移信号传输给控制主机记录保存；方向盘输出转动信号给控制主机记录保存；所述控制主机将采集的各传感器信号和汽车行驶动态模拟测试软件计算的车速和里程信号传输到显示器上显示；
所述第二步：加载设定中，汽车行驶动态模拟测试软件根据采集到的实时转速计算行驶阻力的过程如下：加载端扭矩转速传感器测得输出端的转速，从而换算得到车速和加速度，结合输入到电脑中的整车参数代入到整车行驶阻力公式中可计算该车速下的滚动阻力、空气阻力、坡度阻力、加速阻力和制动阻力，从而得到此瞬间总的行驶阻力，换算成扭矩由测量加载电机施加给车轮，由于系统转速扭矩实时在发生变化，因此上述动作持续反复进行，从而让加载电机动态模拟行驶阻力给传动系统；
所述待测试传动总成对应的整车参数包括整车质量、车桥主减速比、车轮滚动半径、空气阻力系数、迎风面积、滚动阻力系数、转鼓半径、空气密度、制动基准扭矩、发动机惯量、负载端惯量。
所述第一步：安装待测试传动总成中，先将试验台架设置于环境舱中，再将待测试传动总成安装到试验台架上后，利用环境舱模拟温度、湿度、光照等环境条件后再进行下一步。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置中将汽车传动系统全部零部件外加车轮轮胎总成完整安装到台架上，由驱动电机提供动力，由底盘测功机借助转鼓提供阻力，由垂直加载系统模拟垂直载荷，并在各位置安装传感器测量各处的转速、扭矩、温升等参数，最终得到传动系统以及车轮轮胎总成这一整套系统的效率、耐久、动力性、换挡操纵性能等性能参数，本装置无需试制样车即可配置不同型号传动部件完成各类测试，且测试结果尽可能接近实车测试效果，有效节约试验成本。因此，本设计无需组装试验样车即可在台架上完成测试，有效节约了测试的人力、时间和费用成本。
2、本发明一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置中设置模拟驾驶舱输出油门、离合、刹车和挡位，利用机械和电脑模拟对汽车传动系统进行控制试验，无需整车测试，通过本设计的装置即可完成各类试验；同时设置油温调节装置，模拟润滑油温度状态，使测试结果更加接近实车状态。因此，本设计可进行模拟驾驶仿真度高，测试结果更加接近实车状态。
3、本发明一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置中的车轮加载结构模拟路面状态，垂直加载结构模拟车辆的载重状态，使待测试传动结构的工作状态尽可能接近实车运行状态进行测试，在垂直加载结构中设置可调限位架来限制横梁的位置，防止测试过程中加载结构偏离其测试要求的位置，在保留待测试驱动桥一定活动自由度的情况下，限制其活动的范围，有效提高试验装置的仿真度。因此，本设计仿真度高，有效模拟实车运行状态。
4、本发明一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置中的驱动结构其驱动电机作为动力源为待测试传动结构提供动力，必要时驱动电机可模拟发动机特性曲线进行测试，满足不同种试验的动力需求；同时利用活动底座调节驱动结构位置，利用升降底板和倾角固定板调节高度和倾角，使离合器、变速箱和传动轴的位置和姿态满足试验要求，使本设计能够适用于绝大多数不同型号的待测试传动结构的测试，有效扩大了测试装置的适用范围。因此，本设计的驱动结构不仅能够满足不同试验的动力供应需求，而且适用范围广可应用于各类传动系统的测试。
5、本发明一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置在使用时可用于测试汽车动力性、耐久性能、操纵性能，还可以进行操纵性能主观评价，还能够在环境仓内进行试验，有效扩大了装置的适用范围。因此，本设计适用范围广，能够满足各类试验的要求。
附图说明
图1是本发明测试台架的结构示意图。
图2是本发明模拟驾驶舱的结构示意图。
图3是图1中驱动结构的内部结构示意图。
图4是图1中垂直加载结构的结构示意图。
图5是图1中待测试传动结构的结构示意图。
图6是图1中车轮加载结构的结构示意图。
图7是本发明油温调节装置油路连接图。
图8是本发明汽车行驶动态模拟测试软件的控制原理图。
图中：驱动结构1、活动底座11、升降底板12、倾角固定板13、驱动电机14、变速箱安装座15、丝杠16、支座17、角度调节螺母18、扭矩转速传感器19、模拟驾驶舱2、驾驶台21、方向盘22、显示器23、离合器踏板24、油门踏板25、制动踏板26、换挡操纵机构27、驾驶座28、垂直加载结构3、龙门架31、液压加载装置32、压力传感器33、横梁34、导向滑块35、可调限位架36、限位架导轨37、横梁导轨38、滑块结构39、车轮加载结构4、阻尼转鼓41、测量加载电机42、加载端扭矩转速传感器43、加载支架44、测试口45、导向板46、滚轮47、待测试传动结构5、离合器51、变速箱52、传动轴53、驱动桥54、车轮55、金属地板6、轨道61、油温调节装置7。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1至图8，一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置，所述测试装置包括：驱动总成1、模拟驾驶舱2、垂直加载总成3、车轮加载总成4和待测试传动总成5，所述驱动总成1与待测试传动总成5的动力输入端传动配合，所述模拟驾驶舱2的油门信号输出端与驱动总成1的信号输入端相连接，所述模拟驾驶舱2的挡位控制端与待测试传动总成5的控制端传动配合，所述垂直加载总成3与待测试传动总成5的驱动桥54传动配合，所述车轮加载总成4与待测试传动结构5的车轮55相接触。
所述模拟驾驶舱2包括：驾驶台21、方向盘22、显示器23、离合器踏板24、油门踏板25、制动踏板26、换挡操纵机构27、驾驶座28和控制主机，所述驾驶台21的顶部固定连接有显示器23，所述驾驶台21中部固定连接有方向盘22，所述驾驶台21的下方从左到右依次设置有离合器踏板24、油门踏板25和制动踏板26，所述驾驶台21与驾驶座28之间固定有换挡操纵机构27，所述离合器踏板24设置有离合踏板位移传感器，所述换挡操纵机构27上设置有换挡力传感器和换挡位移传感器，所述油门踏板25上设置有油门踏板位移传感器，所述制动踏板26上设置有制动踏板位移传感器，所述方向盘22、显示器23、离合踏板位移传感器、油门踏板位移传感器、制动踏板位移传感器、换挡力传感器和换挡位移传感器均与控制主机的信号采集端相连接；所述控制主机分别与驱动总成1、模拟驾驶舱2、垂直加载总成3、车轮加载总成4和油温调节装置7信号连接；所述控制主机内安装有汽车行驶动态模拟测试软件。
所述驱动总成1设置于金属地板6的轨道61上，所述驱动总成1的底部与轨道61滑动配合；
所述驱动总成1包括活动底座11、升降底板12、倾角固定板13、驱动电机14和变速箱安装座15，所述活动底座11的底部与轨道61滑动配合，所述活动底座11的顶部固定有四根丝杠16，所述丝杠16上套设有与其螺纹配合的螺帽，所述升降底板12套设于丝杠16上，升降底板12的底部与丝杠16上的螺帽限位配合，所述升降底板12的中部设置有两个支座17，所述倾角固定板13的中部两侧固定于两个支座17上，所述倾角固定板13与支座17旋转配合，所述倾角固定板13的两端各设有一个角度调节螺母18，所述角度调节螺母18的下端与升降底板12限位配合，所述倾角固定板13上固定有驱动电机14和变速箱安装座15，所述驱动电机14的动力输出轴穿过变速箱安装座15后与待测试传动总成5的动力输入端传动配合，所述驱动电机14的动力输出轴上设置有扭矩转速传感器19，所述扭矩转速传感器19的信号输出端与控制主机29信号连接。
所述车轮加载总成4包括：左右对称设置的左车轮加载机构和右车轮加载机构，所述左车轮加载机构与右车轮加载机构结构相同，所述左车轮加载机构包括：阻尼转鼓41、测量加载电机42和加载端扭矩转速传感器43，所述测量加载电机42的动力输出轴与阻尼转鼓41传动配合，所述测量加载电机42的动力输出轴上设置有加载端扭矩转速传感器43，所述轴上设置有加载端扭矩转速传感器43的信号输出端与控制主机29信号连接。
所述车轮加载总成4还包括：加载支架44，所述阻尼转鼓41设置于加载支架44的内部，所述加载支架44的顶部设置有两个测试口45，所述阻尼转鼓41上端设置于测试口45内，所述测试口45的前后两端各设置有一个导向板46，所述导向板46的顶部设置有滚轮47，所述滚轮47与导向板46的顶部旋转配合。
所述垂直加载总成3包括：左右对称设置的左垂直加载机构和右垂直加载机构，所述左垂直加载机构与右垂直加载机构结构相同，所述左垂直加载机构包括：龙门架31、液压加载装置32、压力传感器33、横梁34、导向滑块35、可调限位架36、限位架导轨37和横梁导轨38，所述龙门架31固定于加载支架44的顶部，龙门架31的顶部横梁的中部与液压加载装置32的顶部固定连接，所述液压加载装置32上设置有压力传感器33，所述液压加载装置32的底部与横梁34的中部固定连接，所述横梁34的两端各设有一个导向滑块35，横梁34的端部与导向滑块35的端部旋转配合，所述导向滑块35与固定于龙门架31立柱内部的横梁导轨38滑动配合，所述龙门架31的立柱两侧的侧壁上均固定有一个限位架导轨37，所述可调限位架36的两端各设有一个滑块结构39，所述可调限位架36通过其滑块结构39与其对应侧的限位架导轨37滑动配合，所述滑块结构39通过其上设置的固定螺栓与限位架导轨37锁紧配合，所述可调限位架36的下端与导向滑块35的顶部限位配合。
所述待测试传动总成5包括：离合器51、变速箱52、传动轴53、驱动桥54和车轮55，所述离合器51的动力输入端与驱动电机14的动力输出端传动配合，所述离合器51的动力输出端与变速箱52的输入轴传动配合，所述变速箱52的输出轴通过传动轴53与驱动桥54传动配合，所述驱动桥54的两侧各安装有一套车轮55，所述驱动桥54的端部的板簧座与横梁34的中部压紧配合，所述车轮55与阻尼转鼓41压紧配合；
所述离合器踏板24与离合器51的控制端传动配合，所述换挡操纵机构27与变速箱52的选换控制端传动配合；
所述测试装置还包括：油温调节装置7，所述油温调节装置7分别与变速箱52和驱动桥54内的润滑油路相连通。
一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置的使用方法，包括如下步骤：
第一步：安装待测试传动总成，将待测试传动总成5安装到试验台架上，将装配好的离合器51和变速箱52合件安装到驱动总成1上，将装有车轮55的驱动桥54安装到车轮加载总成4上，然后将垂直加载总成3安装到驱动桥54两端的板簧座位置，最后利用传动轴53连接变速箱52和驱动桥54，调节变速箱52、传动轴53、驱动桥54和车轮55之间的相对位置，使其相对位置与整车设计方案保持一致，在变速箱52和驱动桥54上分别安装温度传感器，将模拟驾驶舱2的离合器踏板24采用软轴与离合器51连接，将模拟驾驶舱2的换挡操纵机构27采用选挡软轴和换挡软轴与变速箱52连接，保证机构连接与实车一致，此时安装完成；
第二步：加载设定，首先，根据试验载荷要求，设置垂直加载的垂直加载力，然后，将与待测试传动总成5相匹配发动机的MAP图对应的MAP表输入到汽车行驶动态模拟测试软件中，同时将待测试传动总成5对应的整车参数输入到汽车行驶动态模拟测试软件中得到整车模型，汽车行驶动态模拟测试软件根据整车模型将采集到的实时转速计算行驶阻力；
再在汽车行驶动态模拟测试软件中设置在测试过程中需要保存和记录的参数；
第三步：模拟驾驶测试，首先，实验员进入模拟驾驶舱2启动模拟驾驶设备，汽车行驶动态模拟测试软件启动驱动电机14使其模拟发动机怠速状态运转，实验员根据不同的试验要求进行模拟驾驶；
模拟驾驶过程中信号的传输处理过程如下：油门踏板25的油门踏板位移传感器将油门踏板的位移信号传输给控制主机记录保存，汽车行驶动态模拟测试软件根据油门踏板的位移计算得到的油门开度以及扭矩转速传感器19测得实时转速查询发动机MAP表来控制驱动电机14的扭矩；离合器踏板24的离合踏板位移传感器将离合踏板的位移信号传输给控制主机记录保存；制动踏板26的制动踏板位移传感器将制动踏板的位移信号传输给控制主机记录保存，汽车行驶动态模拟测试软件将制动踏板的位移信号换算为开度百分比，提供给整车模型，用于计算此时应增加的阻力，再下发指令给测量加载电机42对被测试传动系统施加相应的阻力；换挡操纵机构27的换挡力传感器和换挡位移传感器分别将换挡压力信号和换挡位移信号传输给控制主机记录保存；方向盘22输出转动信号给控制主机记录保存；所述控制主机将采集的各传感器信号和汽车行驶动态模拟测试软件计算的车速和里程信号传输到显示器上显示；
所述第二步：加载设定中，汽车行驶动态模拟测试软件根据采集到的实时转速计算行驶阻力的过程如下：加载端扭矩转速传感器43测得输出端的转速，从而换算得到车速和加速度，结合输入到电脑中的整车参数代入到整车行驶阻力公式中可计算该车速下的滚动阻力、空气阻力、坡度阻力、加速阻力和制动阻力，从而得到此瞬间总的行驶阻力，换算成扭矩由测量加载电机42施加给车轮55，由于系统转速扭矩实时在发生变化，因此上述动作持续反复进行，从而让加载电机动态模拟行驶阻力给传动系统；
所述待测试传动总成5对应的整车参数包括整车质量、车桥主减速比、车轮滚动半径、空气阻力系数、迎风面积、滚动阻力系数、转鼓半径、空气密度、制动基准扭矩、发动机惯量、负载端惯量。
所述第一步：安装待测试传动总成中，先将试验台架设置于环境舱中，再将待测试传动总成5安装到试验台架上后，利用环境舱模拟温度、湿度、光照等环境条件后再进行下一步。
本发明的原理说明如下：
汽车行驶动态模拟测试软件的功能说明:
1、接收采集的数据,自动保存数据；
2、自带发动机模型,可以根据油门开度和转速数据在发动机Map图中查询实时应给出的扭矩,从而实现用驱动电机模拟发动机为系统提供动力；
3、自带整车模型,可以根据采集到的转速数据,结合提前输入的各种参数,按照行驶阻力公式计算实时阻力,从而实现模拟实车行驶阻力；
4、自带场景模拟模块,可以模拟各种场景路况；
5、下发指令,控制驱动端和加载端的扭矩或转速,控制垂直加载机构按要求提供垂直加载力,既可以手动模式运行,也可以按照编制的自动程序序列自动运行试验；
6、可以查看保存的数据、可以拉取曲线图、还能做数据分析。
本装置方案是将汽车传动系统全部零部件外加车轮轮胎总成完整安装到台架上，由驱动电机提供动力(必要时模拟发动机特性曲线)，由底盘测功机借助转鼓提供阻力，由垂直加载系统模拟垂直载荷，并在各位置安装传感器测量各处的转速、扭矩、温升等参数，最终得到传动系统以及车轮轮胎总成这一整套系统的效率、耐久、动力性、换挡操纵性能等性能参数。这种装置的优点是可以在初步确定设计方案之时就开展测试(不需要等试制样车完成)，可以根据测试结果及时做调整。
本装置可以对完整的汽车传动系统带车轮总成合件进行测试，可以在整车样车试制完成之前进行测试，可以不断通过换装不同零部件以及调整空间布置等方式寻找传动系统性能变化趋势，并找到各零部件及总成匹配及空间布置最优解，可以增加各种附件测量各种工况下的传动系统性能参数，可以模拟实车各种工况来实现市场故障问题再现与分析。
方向盘22的转动信号可以提供给场景模拟系统，进行运算并实时显示动画，可用于场景测试。
阻力端输出逻辑：
整车模型软件依据如下公式可计算某工况下的汽车行驶阻力。
a、汽车行驶阻力方程
Tv＝Tf+Tw+Ti+Tj
b、滚动阻力和扭矩
Tf＝Ff·R＝mVeh·g·fr·R
式中mVeh-汽车质量(kg)；
g-重力加速度(m/s2)；
fr-车轮摩擦系数(无因次)；
R-车轮滚动半径(m)；
c、空气阻力和扭矩
Figure GDA0004128356860000111
式中CD-空气阻力系数(无因次)；
A-迎风面积(m2)；
ρatr-空气密度(N·s2·m-4)；
v-相对速度(m/s)，即无风时汽
车的行驶速度；
ωem-汽车半轴角速度(rad/s)；
d、坡度阻力和扭矩
Ti＝Fi·R＝mveh·g·sin(γ)·R
式中γ-道路坡度(％)。
e、加速阻力和扭矩
Figure GDA0004128356860000112
式中
Figure GDA0004128356860000113
一行驶加速度(m/s2)；
δ-汽车旋转质量转换系数，主要与飞轮转动惯量、车轮转动惯量以及传动系传动比有关
测试前会给整车模型软件输入整车参数，结合扭矩转速传感器采集到的实时转速、模拟舱制动踏板传感器采集的刹车开度用上述公式计算行驶阻力，并通过系统下发指令给测量加载电机42，来控制此时阻力端输出的扭矩和转速，扭矩转速传感器采集到的实时转速实时传送给整车模型软件结合序列中的参数进行计算，实时通过系统下发指令，实时控制加载电机提供的阻力，从而动态模拟整车的阻力。
测试应用说明：
1按照整车的动力性测试方法，测试动力性指标，具体方法参考国标：GB/T 12543《汽车加速性能试验方法》、GB/T 12539《汽车爬陡坡试验方法》、GB/T 12544《汽车最高车速试验方法》。
2按照整车的道路耐久测试方法，测试传动系统耐久性能，具体方法参考整车测试标准。
3主观评价换挡操纵性能。
4换挡力换挡位移可用于客观评价换挡性能，还能在时间曲线上获得同步器性能数据。
5可增加场景模拟软件，例如可以模拟山区坡度不断变化的路况，驾驶员进行模拟开车测试各项性能。
实施例1：
一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置，所述测试装置包括：驱动总成1、模拟驾驶舱2、垂直加载总成3、车轮加载总成4和待测试传动总成5，所述驱动总成1与待测试传动总成5的动力输入端传动配合，所述模拟驾驶舱2的油门信号输出端与驱动总成1的信号输入端相连接，所述模拟驾驶舱2的挡位控制端与待测试传动总成5的控制端传动配合，所述垂直加载总成3与待测试传动总成5的驱动桥54传动配合，所述车轮加载总成4与待测试传动结构5的车轮55相接触；
所述模拟驾驶舱2包括：驾驶台21、方向盘22、显示器23、离合器踏板24、油门踏板25、制动踏板26、换挡操纵机构27、驾驶座28和控制主机，所述驾驶台21的顶部固定连接有显示器23，所述驾驶台21中部固定连接有方向盘22，所述驾驶台21的下方从左到右依次设置有离合器踏板24、油门踏板25和制动踏板26，所述驾驶台21与驾驶座28之间固定有换挡操纵机构27，所述离合器踏板24设置有离合踏板位移传感器，所述换挡操纵机构27上设置有换挡力传感器和换挡位移传感器，所述油门踏板25上设置有油门踏板位移传感器，所述制动踏板26上设置有制动踏板位移传感器，所述方向盘22、显示器23、离合踏板位移传感器、油门踏板位移传感器、制动踏板位移传感器、换挡力传感器和换挡位移传感器均与控制主机的信号采集端相连接；所述控制主机分别与驱动总成1、模拟驾驶舱2、垂直加载总成3、车轮加载总成4和油温调节装置7信号连接；所述控制主机内安装有汽车行驶动态模拟测试软件。
所述驱动总成1设置于金属地板6的轨道61上，所述驱动总成1的底部与轨道61滑动配合；所述驱动总成1包括活动底座11、升降底板12、倾角固定板13、驱动电机14和变速箱安装座15，所述活动底座11的底部与轨道61滑动配合，所述活动底座11的顶部固定有四根丝杠16，所述丝杠16上套设有与其螺纹配合的螺帽，所述升降底板12套设于丝杠16上，升降底板12的底部与丝杠16上的螺帽限位配合，所述升降底板12的中部设置有两个支座17，所述倾角固定板13的中部两侧固定于两个支座17上，所述倾角固定板13与支座17旋转配合，所述倾角固定板13的两端各设有一个角度调节螺母18，所述角度调节螺母18的下端与升降底板12限位配合，所述倾角固定板13上固定有驱动电机14和变速箱安装座15，所述驱动电机14的动力输出轴穿过变速箱安装座15后与待测试传动总成5的动力输入端传动配合，所述驱动电机14的动力输出轴上设置有扭矩转速传感器19，所述扭矩转速传感器19的信号输出端与控制主机29信号连接。
所述车轮加载总成4包括：左右对称设置的左车轮加载机构和右车轮加载机构，所述左车轮加载机构与右车轮加载机构结构相同，所述左车轮加载机构包括：阻尼转鼓41、测量加载电机42和加载端扭矩转速传感器43，所述测量加载电机42的动力输出轴与阻尼转鼓41传动配合，所述测量加载电机42的动力输出轴上设置有加载端扭矩转速传感器43，所述轴上设置有加载端扭矩转速传感器43的信号输出端与控制主机29信号连接。
所述垂直加载总成3包括：左右对称设置的左垂直加载机构和右垂直加载机构，所述左垂直加载机构与右垂直加载机构结构相同，所述左垂直加载机构包括：龙门架31、液压加载装置32、压力传感器33、横梁34、导向滑块35、可调限位架36、限位架导轨37和横梁导轨38，所述龙门架31固定于加载支架44的顶部，龙门架31的顶部横梁的中部与液压加载装置32的顶部固定连接，所述液压加载装置32上设置有压力传感器33，所述液压加载装置32的底部与横梁34的中部固定连接，所述横梁34的两端各设有一个导向滑块35，横梁34的端部与导向滑块35的端部旋转配合，所述导向滑块35与固定于龙门架31立柱内部的横梁导轨38滑动配合，所述龙门架31的立柱两侧的侧壁上均固定有一个限位架导轨37，所述可调限位架36的两端各设有一个滑块结构39，所述可调限位架36通过其滑块结构39与其对应侧的限位架导轨37滑动配合，所述滑块结构39通过其上设置的固定螺栓与限位架导轨37锁紧配合，所述可调限位架36的下端与导向滑块35的顶部限位配合。
所述待测试传动总成5包括：离合器51、变速箱52、传动轴53、驱动桥54和车轮55，所述离合器51的动力输入端与驱动电机14的动力输出端传动配合，所述离合器51的动力输出端与变速箱52的输入轴传动配合，所述变速箱52的输出轴通过传动轴53与驱动桥54传动配合，所述驱动桥54的两侧各安装有一套车轮55，所述驱动桥54的端部的板簧座与横梁34的中部压紧配合，所述车轮55与阻尼转鼓41压紧配合；
所述离合器踏板24与离合器51的控制端传动配合，所述换挡操纵机构27与变速箱52的选换控制端传动配合；
所述测试装置还包括：油温调节装置7，所述油温调节装置7分别与变速箱52和驱动桥54内的润滑油路相连通。
实施例2：
实施例2与实施例1基本相同，其不同之处在于：
所述车轮加载总成4还包括：加载支架44，所述阻尼转鼓41设置于加载支架44的内部，所述加载支架44的顶部设置有两个测试口45，所述阻尼转鼓41上端设置于测试口45内，所述测试口45的前后两端各设置有一个导向板46，所述导向板46的顶部设置有滚轮47，所述滚轮47与导向板46的顶部旋转配合。
实施例3：
实施例3与实施例2基本相同，其不同之处在于：
一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置的使用方法，包括如下步骤：
第一步：安装待测试传动总成，将待测试传动总成5安装到试验台架上，将装配好的离合器51和变速箱52合件安装到驱动总成1上，将装有车轮55的驱动桥54安装到车轮加载总成4上，然后将垂直加载总成3安装到驱动桥54两端的板簧座位置，最后利用传动轴53连接变速箱52和驱动桥54，调节变速箱52、传动轴53、驱动桥54和车轮55之间的相对位置，使其相对位置与整车设计方案保持一致，在变速箱52和驱动桥54上分别安装温度传感器，将模拟驾驶舱2的离合器踏板24采用软轴与离合器51连接，将模拟驾驶舱2的换挡操纵机构27采用选挡软轴和换挡软轴与变速箱52连接，保证机构连接与实车一致，此时安装完成；
第二步：加载设定，首先，根据试验载荷要求，设置垂直加载的垂直加载力，然后，将与待测试传动总成5相匹配发动机的MAP图对应的MAP表输入到汽车行驶动态模拟测试软件中，同时将待测试传动总成5对应的整车参数输入到汽车行驶动态模拟测试软件中得到整车模型，汽车行驶动态模拟测试软件根据整车模型将采集到的实时转速计算行驶阻力；
再在汽车行驶动态模拟测试软件中设置在测试过程中需要保存和记录的参数；
第三步：模拟驾驶测试，首先，实验员进入模拟驾驶舱2启动模拟驾驶设备，汽车行驶动态模拟测试软件启动驱动电机14使其模拟发动机怠速状态运转，实验员根据不同的试验要求进行模拟驾驶；
模拟驾驶过程中信号的传输处理过程如下：油门踏板25的油门踏板位移传感器将油门踏板的位移信号传输给控制主机记录保存，汽车行驶动态模拟测试软件根据油门踏板的位移计算得到的油门开度以及扭矩转速传感器19测得实时转速查询发动机MAP表来控制驱动电机14的扭矩；离合器踏板24的离合踏板位移传感器将离合踏板的位移信号传输给控制主机记录保存；制动踏板26的制动踏板位移传感器将制动踏板的位移信号传输给控制主机记录保存，汽车行驶动态模拟测试软件将制动踏板的位移信号换算为开度百分比，提供给整车模型，用于计算此时应增加的阻力，再下发指令给测量加载电机42对被测试传动系统施加相应的阻力；换挡操纵机构27的换挡力传感器和换挡位移传感器分别将换挡压力信号和换挡位移信号传输给控制主机记录保存；方向盘22输出转动信号给控制主机记录保存；所述控制主机将采集的各传感器信号和汽车行驶动态模拟测试软件计算的车速和里程信号传输到显示器上显示；
所述第二步：加载设定中，汽车行驶动态模拟测试软件根据采集到的实时转速计算行驶阻力的过程如下：加载端扭矩转速传感器43测得输出端的转速，从而换算得到车速和加速度，结合输入到电脑中的整车参数代入到整车行驶阻力公式中可计算该车速下的滚动阻力、空气阻力、坡度阻力、加速阻力和制动阻力，从而得到此瞬间总的行驶阻力，换算成扭矩由测量加载电机42施加给车轮55，由于系统转速扭矩实时在发生变化，因此上述动作持续反复进行，从而让加载电机动态模拟行驶阻力给传动系统；
所述待测试传动总成5对应的整车参数包括整车质量、车桥主减速比、车轮滚动半径、空气阻力系数、迎风面积、滚动阻力系数、转鼓半径、空气密度、制动基准扭矩、发动机惯量、负载端惯量。
所述第一步：安装待测试传动总成中，先将试验台架设置于环境舱中，再将待测试传动总成5安装到试验台架上后，利用环境舱模拟温度、湿度、光照等环境条件后再进行下一步。

Claims (9)

1.一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置，其特征在于：
所述测试装置包括：驱动总成（1）、模拟驾驶舱（2）、垂直加载总成（3）、车轮加载总成（4）和待测试传动总成（5），所述驱动总成（1）与待测试传动总成（5）的动力输入端传动配合，所述模拟驾驶舱（2）的油门信号输出端与驱动总成（1）的信号输入端相连接，所述模拟驾驶舱（2）的挡位控制端与待测试传动总成（5）的控制端传动配合，所述垂直加载总成（3）与待测试传动总成（5）的驱动桥（54）传动配合，所述车轮加载总成（4）与待测试传动总成（5）的车轮（55）相接触；
所述垂直加载总成（3）包括：左右对称设置的左垂直加载机构和右垂直加载机构，所述左垂直加载机构与右垂直加载机构结构相同，所述左垂直加载机构包括：龙门架（31）、液压加载装置（32）、压力传感器（33）、横梁（34）、导向滑块（35）、可调限位架（36）、限位架导轨（37）和横梁导轨（38），所述龙门架（31）固定于加载支架（44）的顶部，龙门架（31）的顶部横梁的中部与液压加载装置（32）的顶部固定连接，所述液压加载装置（32）上设置有压力传感器（33），所述液压加载装置（32）的底部与横梁（34）的中部固定连接，所述横梁（34）的两端各设有一个导向滑块（35），横梁（34）的端部与导向滑块（35）的端部旋转配合，所述导向滑块（35）与固定于龙门架（31）立柱内部的横梁导轨（38）滑动配合，所述龙门架（31）的立柱两侧的侧壁上均固定有一个限位架导轨（37），所述可调限位架（36）的两端各设有一个滑块结构（39），所述可调限位架（36）通过其滑块结构（39）与其对应侧的限位架导轨（37）滑动配合，所述滑块结构（39）通过其上设置的固定螺栓与限位架导轨（37）锁紧配合，所述可调限位架（36）的下端与导向滑块（35）的顶部限位配合。
2.根据权利要求1所述的一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置，其特征在于：
所述模拟驾驶舱（2）包括：驾驶台（21）、方向盘（22）、显示器（23）、离合器踏板（24）、油门踏板（25）、制动踏板（26）、换挡操纵机构（27）、驾驶座（28）和控制主机，所述驾驶台（21）的顶部固定连接有显示器（23），所述驾驶台（21）中部固定连接有方向盘（22），所述驾驶台（21）的下方从左到右依次设置有离合器踏板（24）、油门踏板（25）和制动踏板（26），所述驾驶台（21）与驾驶座（28）之间固定有换挡操纵机构（27），所述离合器踏板（24）设置有离合踏板位移传感器，所述换挡操纵机构（27）上设置有换挡力传感器和换挡位移传感器，所述油门踏板（25）上设置有油门踏板位移传感器，所述制动踏板（26）上设置有制动踏板位移传感器，所述方向盘（22）、显示器（23）、离合踏板位移传感器、油门踏板位移传感器、制动踏板位移传感器、换挡力传感器和换挡位移传感器均与控制主机的信号采集端相连接；所述控制主机分别与驱动总成（1）、模拟驾驶舱（2）、垂直加载总成（3）、车轮加载总成（4）和油温调节装置（7）信号连接；所述控制主机内安装有汽车行驶动态模拟测试软件。
3.根据权利要求2所述的一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置，其特征在于：
所述驱动总成（1）设置于金属地板（6）的轨道（61）上，所述驱动总成（1）的底部与轨道（61）滑动配合；
所述驱动总成（1）包括活动底座（11）、升降底板（12）、倾角固定板（13）、驱动电机（14）和变速箱安装座（15），所述活动底座（11）的底部与轨道（61）滑动配合，所述活动底座（11）的顶部固定有四根丝杠（16），所述丝杠（16）上套设有与其螺纹配合的螺帽，所述升降底板（12）套设于丝杠（16）上，升降底板（12）的底部与丝杠（16）上的螺帽限位配合，所述升降底板（12）的中部设置有两个支座（17），所述倾角固定板（13）的中部两侧固定于两个支座（17）上，所述倾角固定板（13）与支座（17）旋转配合，所述倾角固定板（13）的两端各设有一个角度调节螺母（18），所述角度调节螺母（18）的下端与升降底板（12）限位配合，所述倾角固定板（13）上固定有驱动电机（14）和变速箱安装座（15），所述驱动电机（14）的动力输出轴穿过变速箱安装座（15）后与待测试传动总成（5）的动力输入端传动配合，所述驱动电机（14）的动力输出轴上设置有扭矩转速传感器（19），所述扭矩转速传感器（19）的信号输出端与控制主机（29）信号连接。
4.根据权利要求2或3所述的一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置，其特征在于：
所述车轮加载总成（4）包括：左右对称设置的左车轮加载机构和右车轮加载机构，所述左车轮加载机构与右车轮加载机构结构相同，所述左车轮加载机构包括：阻尼转鼓（41）、测量加载电机（42）和加载端扭矩转速传感器（43），所述测量加载电机（42）的动力输出轴与阻尼转鼓（41）传动配合，所述测量加载电机（42）的动力输出轴上设置有加载端扭矩转速传感器（43），所述加载端扭矩转速传感器（43）的信号输出端与控制主机（29）信号连接。
5.根据权利要求4所述的一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置，其特征在于：
所述车轮加载总成（4）还包括：加载支架（44），所述阻尼转鼓（41）设置于加载支架（44）的内部，所述加载支架（44）的顶部设置有两个测试口（45），所述阻尼转鼓（41）上端设置于测试口（45）内，所述测试口（45）的前后两端各设置有一个导向板（46），所述导向板（46）的顶部设置有滚轮（47），所述滚轮（47）与导向板（46）的顶部旋转配合。
6.根据权利要求4所述的一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置，其特征在于：
所述待测试传动总成（5）包括：离合器（51）、变速箱（52）、传动轴（53）、驱动桥（54）和车轮（55），所述离合器（51）的动力输入端与驱动电机（14）的动力输出端传动配合，所述离合器（51）的动力输出端与变速箱（52）的输入轴传动配合，所述变速箱（52）的输出轴通过传动轴（53）与驱动桥（54）传动配合，所述驱动桥（54）的两侧各安装有一套车轮（55），所述驱动桥（54）的端部的板簧座与横梁（34）的中部压紧配合，所述车轮（55）与阻尼转鼓（41）压紧配合；
所述离合器踏板（24）与离合器（51）的控制端传动配合，所述换挡操纵机构（27）与变速箱（52）的选换控制端传动配合；
所述测试装置还包括：油温调节装置（7），所述油温调节装置（7）分别与变速箱（52）和驱动桥（54）内的润滑油路相连通。
7.一种权利要求1-6中任意一项所述的汽车传动系统的模拟驾驶测试装置的使用方法，其特征在于：
所述使用方法包括如下步骤：
第一步：安装待测试传动总成，将待测试传动总成（5）安装到试验台架上，将装配好的离合器（51）和变速箱（52）合件安装到驱动总成（1）上，将装有车轮（55）的驱动桥（54）安装到车轮加载总成（4）上，然后将垂直加载总成（3）安装到驱动桥（54）两端的板簧座位置，最后利用传动轴（53）连接变速箱（52）和驱动桥（54），调节变速箱（52）、传动轴（53）、驱动桥（54）和车轮（55）之间的相对位置，使其相对位置与整车设计方案保持一致，在变速箱（52）和驱动桥（54）上分别安装温度传感器，将模拟驾驶舱（2）的离合器踏板（24）采用软轴与离合器（51）连接，将模拟驾驶舱（2）的换挡操纵机构（27）采用选挡软轴和换挡软轴与变速箱（52）连接，保证机构连接与实车一致，此时安装完成；
第二步：加载设定，首先，根据试验载荷要求，设置垂直加载的垂直加载力，然后，将与待测试传动总成（5）相匹配发动机的MAP图对应的MAP表输入到汽车行驶动态模拟测试软件中，同时将待测试传动总成（5）对应的整车参数输入到汽车行驶动态模拟测试软件中得到整车模型，汽车行驶动态模拟测试软件根据整车模型将采集到的实时转速计算行驶阻力；
再在汽车行驶动态模拟测试软件中设置在测试过程中需要保存和记录的参数；
第三步：模拟驾驶测试，首先，实验员进入模拟驾驶舱（2）启动模拟驾驶设备，汽车行驶动态模拟测试软件启动驱动电机（14）使其模拟发动机怠速状态运转，实验员根据不同的试验要求进行模拟驾驶；
模拟驾驶过程中信号的传输处理过程如下：油门踏板（25）的油门踏板位移传感器将油门踏板的位移信号传输给控制主机记录保存，汽车行驶动态模拟测试软件根据油门踏板的位移计算得到的油门开度以及扭矩转速传感器（19）测得的实时转速查询发动机MAP表来控制驱动电机（14）的扭矩；离合器踏板（24）的离合踏板位移传感器将离合踏板的位移信号传输给控制主机记录保存；制动踏板（26）的制动踏板位移传感器将制动踏板的位移信号传输给控制主机记录保存，汽车行驶动态模拟测试软件将制动踏板的位移信号换算为开度百分比，提供给整车模型，用于计算此时应增加的阻力，再下发指令给测量加载电机（42）对待测试传动总成（5）施加相应的阻力；换挡操纵机构（27）的换挡力传感器和换挡位移传感器分别将换挡压力信号和换挡位移信号传输给控制主机记录保存；方向盘（22）输出转动信号给控制主机记录保存；所述控制主机将采集的各传感器信号和汽车行驶动态模拟测试软件计算的车速和里程信号传输到显示器上显示。
8.根据权利要求7所述的一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置的使用方法，其特征在于：
所述第二步：加载设定中，汽车行驶动态模拟测试软件根据采集到的实时转速计算行驶阻力的过程如下：加载端扭矩转速传感器（43）测得转速，从而换算得到车速和加速度，结合输入到电脑中的整车参数代入到整车行驶阻力公式中可计算该车速下的滚动阻力、空气阻力、坡度阻力、加速阻力和制动阻力，从而得到总的行驶阻力，换算成扭矩由测量加载电机（42）施加给车轮（55），由于系统转速扭矩实时在发生变化，因此上述过程持续反复进行，从而让加载电机动态模拟行驶阻力给传动系统；
所述待测试传动总成（5）对应的整车参数包括整车质量、车桥主减速比、车轮滚动半径、空气阻力系数、迎风面积、滚动阻力系数、转鼓半径、空气密度、制动基准扭矩、发动机惯量、负载端惯量。
9.根据权利要求8所述的一种汽车传动系统的模拟驾驶测试装置的使用方法，其特征在于：
所述第一步：安装待测试传动总成中，先将试验台架设置于环境舱中，再将待测试传动总成（5）安装到试验台架上后，利用环境舱模拟温度、湿度、光照环境条件后再进行下一步。
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