CN113324762A - 一种履带式车辆动力装置实车功率载荷测试系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种履带式车辆动力装置实车功率载荷测试系统及方法，包括：信号转接器、数据采集模块、无线扭矩测试装置、综合采集仪和摄像头；所述数据采集模块安装在驾驶舱内，接收摄像头的视频信息和信号转接器的转接数据；信号转接器与综合采集仪连接；其中，所述摄像头安装在车头设定位置处，信号转接器设置在动力舱里，接收综合采集仪采集的信息，并传递给数据采集模块；该方法解决了特种车量空间受限，设备安装不便引起的动态负载无法获取的问题。

Description

一种履带式车辆动力装置实车功率载荷测试系统及方法
技术领域
本发明涉及车辆工程技术领域，具体涉及一种履带式车辆动力装置实车功率载荷测试系统及方法。
背景技术
动力装置是履带式车辆的动力核心，其性能优劣直接影响履带式特种车辆的机动性能。目前履带式特种车辆动力装置的性能验证仅局限在台架上完成诸如热平衡能力、牵引特性等稳态试验，而动力装置的综合性能尤其是动态特性还依赖于整车外场试验，台架试验还无法模拟实车快速变化的动态功率负载。由于缺乏实车动态负载数据，造成了履带式车辆在开发研制过程中，台架试验暴露出的故障模式和故障零件与实际不一致，实车试验过程中出现的故障次数往往比研制过程中多2-3倍；另外，由于动力装置空间受限，部分性能参数无法获取，单纯依赖部件试验，无法充分验证集成后的总体性能，造成实车动力装置产生了一系列问题。因此，能够获得履带式车辆实际运行过程中的动态负载，对于提升动力装置的性能及可靠性有着重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种履带式车辆动力装置实车功率载荷测试系统及方法，针对履带式车辆在台架上进行动态试验时，无法模拟实车快速变化的动态功率负载，进而引起台架试验暴露出的故障模式及故障零件与实际不一致的问题；以及由于空间受限，动力装置的部分性能参数无法获取，单纯依赖部件试验，无法充分验证集成后的履带式车辆动力装置总体性能，带来履带式车辆动力装置性能验证不充分、车辆综合性能低于预期、故障率偏高等一系列问题，能够获取履带式车辆实际动态功率负载。
本发明的技术方案为：一种履带式车辆动力装置实车功率载荷测试系统，包括：信号转接器、数据采集模块、无线扭矩测试装置、综合采集仪和摄像头；所述数据采集模块安装在驾驶舱内，接收摄像头的视频信息和信号转接器的转接数据；信号转接器与综合采集仪连接；其中，所述摄像头安装在车头设定位置处，信号转接器设置在动力舱里，接收综合采集仪采集的信息，并传递给数据采集模块；
所述综合采集仪安装在动力装置上，发动机油门信号、综合传动装置信号及动力装置状态参数均由综合采集仪的CAN通道接入实车的CAN口、解析通讯协议进行实时读取和记录，同时，综合采集仪通过无线网络，接收来自左右主动轮轮毂上的无线扭矩测试装置实时测得的扭矩信号；其中，两个所述无线扭矩测试装置通过应变片实现主动轮传输扭矩的测试，并实时上传给综合采集仪。
优选地，还包括：GPS模块，其设置在综合采集仪上，用于进行车辆实时定位。
优选地，所述无线扭矩测试装置包括：法向应变片、切向应变片、扭矩数据采集器、无线发射模块和电池模块；其中，法向应变片和切向应变片的测试安装点设置在主动轮轮辐处，使用无线传输方式进行数据传输，扭矩数据采集器置于车辆车体上方，无线发射模块及电池模块安装在主动轮上。
优选地，所述无线扭矩测试装置的电池模块与扭矩数据采集器分体设置。
一种履带式车辆动力装置实车功率载荷测试方法，它使用如权利要求3所述的测试系统，包括以下步骤：
第一步：将法向应变片和切向应变片贴在车辆主动轮的设定轮辐处并接好焊线端子；其中，此过程需对轮辐处进行抛光打磨，要求平滑无划痕及毛刺，并利用酒精清洗干净后，且法向应变片和切向应变片以成对、互相垂直的方式粘贴在车辆主动轮的轮辐处；
第二步：对贴好的法向应变片和切向应变片进行标定校准；
第三步：对车体进行激励，通过法向应变片和切向应变片测量的应变值得到主动轮扭矩的传递响应函数，此函数作为车辆实时动态传递扭矩的传递函数；
第四步：将无线发射模块和电池模块安装在主动轮轮毂处，将无线发射模块分别与法向应变片和切向应变片连接起来，将CAN信号接口、摄像头、GPS模块安装好，将信号转接器设置在设定位置处接收信号，通过对被试法向应变片和切向应变片采样，查看各项设备是否正常，如正常，则转入第五步进行测试；
第五步：实时记录并存储实车动作过程中法向应变片和切向应变片的应变值变化；
第六步：通过第三步得到的传递函数将所有法向应变片和切向应变片获取的应变值叠加处理，转换得到实时扭矩；
第七步：结合相同时域下的转速，利用功率、转速和扭矩之间的关系得到动力装置的实车功率载荷。
优选地，所述第一步中用划针在法向应变片和切向应变片的贴片位置划出定位线，以此作为贴片位置的依据。
有益效果：
1、本发明提出的实车功率载荷测试系统普遍适用于特种车辆实车载荷的测量，实现了在不破坏和影响车辆现有结构性能的情况下完成动力装置载荷数据的采集及存储，解决了动力装置载荷测试系统中综合传动装置输出扭矩测量难度高的问题，填补履带式车辆动力装置台架试验验证技术的空白，对于特种车辆台架的动态试验及动力装置可靠性的提升有重要意义。
2、本发明提出的实车功率载荷测试系统通过采用应变片加无线传输的方式，利用在车辆主动轮轮辐处测量的应变值获得扭矩，间接得到动力装置动态功率载荷，成功解决了由于车轮转速高、空间狭小，导致传统的扭矩测试设备无法安装的难题。
3、本发明提出的实车功率载荷测试系统实现了在不破坏和影响车辆现有结构性能的情况下，完成动力装置实车功率载荷测试系统的功率载荷数据采集及存储。
4、本发明提出的实车功率载荷测试方法，解决了特种车量空间受限，设备安装不便引起的动态负载无法获取的问题；通过该方法，可以对任一车型的动态负载进行测量，进而为动力装置动态台架试验提供依据，准确输入动力装置的运行情况，进而在台架上对实车工况进行模拟；该方法对于填补履带式车辆动力装置台架试验验证技术的空白，提升动力装置性能及可靠性有着重要意义。
附图说明
图1为本发明提出的载荷测试系统的组成及连接示意图。
图2为本发明提出的载荷测试系统中应变片的粘贴位置。
图3为本发明中综合采集仪的数据传输原理图。
其中，1-信号转接器，2-数据采集模块，3-无线扭矩测试装置，4-综合采集仪，5-信号电缆，6-摄像头，7-主动轮轮辐，8-法向应变片，9-切向应变片。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种履带式车辆动力装置实车功率载荷测试系统及方法，针对履带式车辆在台架上进行动态试验时，无法模拟实车快速变化的动态功率负载，进而引起台架试验暴露出的故障模式及故障零件与实际不一致的问题；以及由于空间受限，动力装置的部分性能参数无法获取，单纯依赖部件试验，无法充分验证集成后的履带式车辆动力装置总体性能，带来履带式车辆动力装置性能验证不充分、车辆综合性能低于预期、故障率偏高等一系列问题，能够获取履带式车辆实际动态功率负载。
如图1所示，该测试系统包括：信号转换器1、数据采集模块2、无线扭矩测试装置3、综合采集仪4和摄像头6；
本实施例中，数据采集模块2安装在驾驶舱内，通过信号电缆5接收摄像头6的视频信息和信号转换器1的转接数据，同时其上设计有CAN通信接口，可实现人-机交互；信号转换器1通过信号电缆5与综合采集仪4连接；其中，数据采集模块2通过有线或无线方式进行所有数据的采集，使用同步器进行数据的同步处理及存储；
信号转换器1设置在动力舱里，接收综合采集仪4采集的信息，并传递给数据采集模块 2；
综合采集仪4安装在动力装置上，发动机油门信号、综合传动装置信号及动力装置状态参数等由综合采集仪4的CAN通道接入实车的CAN口、解析通讯协议进行实时读取和记录，同时，综合采集仪4通过无线网络，接收来自左右主动轮轮毂上的无线扭矩测试装置3实时测得的扭矩应变信号；使用综合采集仪4上设置的GPS模块进行车辆实时定位，监控车辆实时速度及行驶路线，与摄像头6监控的视频信息进行整合，便于后期数据分析及数据处理时作为异常数据判断的参考，最终通过标定好的数据计算出车辆的实时扭矩；
由于传动装置与侧减速器连接处的空间过于狭小，本实施例针对主动轮进行扭矩测试，两个无线扭矩测试装置3分别借用左右主动轮轮毂端盖的安装孔安装在对应的轮毂上，其通过应变片实现主动轮传输扭矩应变的测试，并实时通过无线方式将扭矩应变信息上传到综合采集仪4(如图3所示)；其中，综合采集仪4同时接收发动机油门信号、动力装置状态参数、摄像头6的视频信号和GPS模块的位置信号；
摄像头6安装在车头设定位置处，由于实车行驶时路况复杂，易造成突发情况，采用摄像头6对路面工况进行实时监测，并将路面视频信息与其他数据信息传输给数据采集模块2。
本实施例中，无线扭矩测试装置3采用应变片式扭矩测试方式进行测试，即以转轴受扭矩作用而产生的主应变为基本测量量，以电阻应变片为敏感元件的测试方法对动力装置的实车功率载荷进行测量，为了便于测量，需将应变片的电阻转化为电压(电流)信号，再将信号放大，然后通过综合采集仪4记录应变值。
本实施例中，如图2所示，无线扭矩测试装置3包括：法向应变片8、切向应变片9、扭矩数据采集器、无线发射模块和电池模块；其中，应变片(法向应变片8和切向应变片9) 的测试安装点设置在主动轮轮辐7处，使用无线传输方式进行数据传输，扭矩数据采集器置于车辆车体上方，无线发射模块及电池模块安装在主动轮上，保证信号传输稳定；另外，应变片粘贴在轮辐处，粘贴前需用砂轮机及抛光机将贴片位置外表面进行打磨，然后使用浸有丁酮或丙酮的脱脂棉球清洗打磨部位，并用无水乙醇清洗至棉球上看不见任何污渍为止；同时，为确保应变片粘贴位置准确，需用划针在贴片位置轻轻划出定位线，以此作为贴片位置的依据，本实施例采用半桥法对应变片进行粘贴，每个主动轮轮辐7处垂直粘贴两片应变片，分别为法向应变片8和切向应变片9，切向应变片9作为工作应变片，沿主动轮切线方向进行粘贴，测量主动轮轮辐7沿切向方向的应变，法向应变片8作为补偿应变片，沿主动轮的法线方向(即径向)粘贴，作为切向以外的其他方向分力以及温度等影响因素的补偿。
本实施例中，数据采集模块2具备无线WIFI通讯和有线通讯两种方式，其中无线WIFI 通讯用于接收无线扭矩测试装置3的测试信号，有线通讯用于数据采集模块2联机采样及脱机采样后的数据回收；
由于无线扭矩测试装置3安装在主动轮上，为保证主动轮的质量平衡，无线扭矩测试装置3的电池模块与扭矩数据采集器应采用分体式设计，通过螺钉固定等方式保证电池模块与扭矩数据采集器之间以及电池模块和扭矩数据采集器分别与主动轮之间的连接方式为刚性连接，继而保证在高转速下工作的可靠性。
本实施例中，采用霍尔转速传感器对侧减速器的转速进行测量，在侧减速器的齿套上安装霍尔转速传感器转子，并将霍尔转速传感器固定在齿套周围，当齿套转动时，产生的磁场作用于霍尔元件上，使霍尔电压产生脉冲信号，根据脉冲数目即可检测转速，转速信号通过信号线传递到数据采集模块2中。
本实施例中，GPS模块通过信号线连接到数据采集模块2上，实现数据采集模块2实时精确采集车辆行驶轨迹、速度、坐标等信号。
本实施例中，测试系统的测试方法包括以下步骤：
第一步：将应变片贴在车辆主动轮的轮辐处并接好焊线端子，此过程需对轮辐处进行抛光打磨，要求平滑无划痕及毛刺，并利用酒精清洗干净后，采用法向应变片8和切向应变片 9成对互相垂直的方式将应变片粘贴在车辆主动轮的轮辐处；
第二步：对贴好的应变片进行标定校准，主要去除由于初始应变值的影响；
第三步：用力锤对车体进行激励，通过应变片测量的应变值得到主动轮扭矩的传递响应函数，此函数是作为车辆实时动态传递扭矩的传递函数；
第四步：将无线发射模块和电池模块安装在主动轮轮毂处(主动轮最中间位置)，将无线发射模块与应变片通过导线连接起来，将CAN信号接口、摄像头6、霍尔转速传感器、GPS 模块安装好，将信号转换器1设置在设定位置处接收信号，通过对被试应变片采样，查看各项设备是否正常，如无问题，则可转入第五步正常进行测试；
第五步：实时记录并存储实车动作过程中应变片的应变值变化；
第六步：通过第三步得到的传递函数将所有应变片获取的应变值叠加处理，转换得到扭矩；本实施例中，五组连续的应变值进行叠加处理，得到实时扭矩；
第七步：结合相同时域下的转速，利用功率、转速和扭矩的关系得到动力装置的实车功率。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种履带式车辆动力装置实车功率载荷测试系统，其特征在于，包括：信号转接器(1)、数据采集模块(2)、无线扭矩测试装置(3)、综合采集仪(4)和摄像头(6)；所述数据采集模块(2)安装在驾驶舱内，接收摄像头(6)的视频信息和信号转接器(1)的转接数据；信号转接器(1)与综合采集仪(4)连接；其中，所述摄像头(6)安装在车头设定位置处，信号转接器(1)设置在动力舱里，接收综合采集仪(4)采集的信息，并传递给数据采集模块(2)；
所述综合采集仪(4)安装在动力装置上，发动机油门信号、综合传动装置信号及动力装置状态参数均由综合采集仪(4)的CAN通道接入实车的CAN口、解析通讯协议进行实时读取和记录，同时，综合采集仪(4)通过无线网络，接收来自左右主动轮轮毂上的无线扭矩测试装置(3)实时测得的扭矩信号；其中，两个所述无线扭矩测试装置(3)通过应变片实现主动轮传输扭矩的测试，并实时上传给综合采集仪(4)。
2.如权利要求1所述的履带式车辆动力装置实车功率载荷测试系统，其特征在于，还包括：GPS模块，其设置在综合采集仪(4)上，用于进行车辆实时定位。
3.如权利要求2所述的履带式车辆动力装置实车功率载荷测试系统，其特征在于，所述无线扭矩测试装置(3)包括：法向应变片(8)、切向应变片(9)、扭矩数据采集器、无线发射模块和电池模块；其中，法向应变片(8)和切向应变片(9)的测试安装点设置在主动轮轮辐(7)处，使用无线传输方式进行数据传输，扭矩数据采集器置于车辆车体上方，无线发射模块及电池模块安装在主动轮上。
4.如权利要求3所述的履带式车辆动力装置实车功率载荷测试系统，其特征在于，所述无线扭矩测试装置(3)的电池模块与扭矩数据采集器分体设置。
5.一种履带式车辆动力装置实车功率载荷测试方法，其特征在于，它使用如权利要求3所述的测试系统，包括以下步骤：
第一步：将法向应变片(8)和切向应变片(9)贴在车辆主动轮的设定轮辐处并接好焊线端子；其中，此过程需对轮辐处进行抛光打磨，要求平滑无划痕及毛刺，并利用酒精清洗干净后，且法向应变片(8)和切向应变片(9)以成对、互相垂直的方式粘贴在车辆主动轮的轮辐处；
第二步：对贴好的法向应变片(8)和切向应变片(9)进行标定校准；
第三步：对车体进行激励，通过法向应变片(8)和切向应变片(9)测量的应变值得到主动轮扭矩的传递响应函数，此函数作为车辆实时动态传递扭矩的传递函数；
第四步：将无线发射模块和电池模块安装在主动轮轮毂处，将无线发射模块分别与法向应变片(8)和切向应变片(9)连接起来，将CAN信号接口、摄像头(6)、GPS模块安装好，将信号转接器(1)设置在设定位置处接收信号，通过对被试法向应变片(8)和切向应变片(9)采样，查看各项设备是否正常，如正常，则转入第五步进行测试；
第五步：实时记录并存储实车动作过程中法向应变片(8)和切向应变片(9)的应变值变化；
第六步：通过第三步得到的传递函数将所有法向应变片(8)和切向应变片(9)获取的应变值叠加处理，转换得到实时扭矩；
第七步：结合相同时域下的转速，利用功率、转速和扭矩之间的关系得到动力装置的实车功率载荷。
6.如权利要求5所述的履带式车辆动力装置实车功率载荷测试系统，其特征在于，所述第一步中用划针在法向应变片(8)和切向应变片(9)的贴片位置划出定位线，以此作为贴片位置的依据。
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