CN114112422A - 一种无人车辆小功率动力包四重合柔性试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种无人车辆小功率动力包四重合柔性试验装置，通过对系统的集成设计，使得低压舱、低温舱、振动台能够安全可靠的配合工作，提高了试验的准确性和工况的模拟精度；通过六自由度振动台模拟车辆实际行驶工况下的动力总成振动情况，可以测试各类可靠性问题；采用低温舱，可以模拟极限高低温环境，用以考核动力包高低温环境下的动力性能以及零部件受温度及振动综合影响下的可靠性；采用低压舱，可以模拟高海拔环境，测试发动机功率下降、空气供给系与发动机性能不匹配，以及冷却系统散热能力下降的问题；本发明的装置适用与任意尺寸的无人车辆动力包的性能台架测试，实现了实车多种使用工况环境的准确模拟。

Description

一种无人车辆小功率动力包四重合柔性试验装置
技术领域
本发明属于车辆工程技术领域，具体涉及一种无人车辆小功率动力包四重合柔性试验装置。
背景技术
未来无人车辆将成为信息化无人装备体系的重要组成部分，无人车辆具备良好的灵活性、机动性和便携性，其相对于常规车辆，具有更好的环境适应性和机动能力，这意味着其将更多的代替人执行恶劣环境及复杂地况条件下的工作任务。为确保任务场景下的工作性能，无人车辆动力装置需能够保证在极限高低温环境、高海拔环境下及复杂路况振动环境下的正常运行，且满足系统各项性能指标。
无人车辆动力包在实车环境下受到外部路面载荷激励以及发动机、发电机等多种振动源的耦合影响，极易造成动力包各零部件的失效；极限温度环境下电子元器件、线缆、弹性元件、胶管等零部件易发生特性变化，导致其振动特性也会产生较大变化；高原环境对动力系统的影响主要表现在发动机功率下降、空气供给系与发动机性能不匹配，以及冷却系统散热能力下降，此时动力包会产生振动特性改变、性能指标波动等情况。因此，在无人车辆小型动力包环境适应性考核中，振动环境、高低温环境及高原环境均具有重要意义。
目前针对无人车辆小功率动力包发电性能试验、振动环境模拟试验、高低温环境模拟试验、高海拔条件下的单一环境测试已经很成熟，但缺少多个环境条件下的耦合测试能力尤其是四种条件下的耦合测试能力，这导致了动力包在振动试验及发电性能试验时仅能完成常温常压条件下的测试，在极限温度及高海拔环境下的可靠性仍依赖实车试验验证，严重影响了无人车辆的研发效率和进度。因而急需形成具有同步进行振动环境模拟、极限高低温环境模拟、高海拔环境模拟及负载模拟功能的综合性柔性试验装置，用于考核无人车辆动力包的综合环境适应性，提升车辆的设计水平。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种无人车辆小功率动力包四重合柔性试验装置，可以针对小功率动力包在高低温、高海拔、振动、负载在环等多因素影响下，开展四种极限环境条件下共同作用的性能测试或者几种条件下的性能测试，测试精度高，具有较好的工程应用价值。
一种无人车辆小功率动力包的试验装置，包括六自由度振动台(3)、低温制冷机组(1)、新风干燥系统(2)、低压舱(6)、低温舱(5)、尾气气压调节系统(9)、环境气压调节系统(8)以及真空泵(11)；
六自由度振动台(3)放置在低压舱(6)中，低温舱(5)固定安装在六自由度振动台(3) 上，待测试的动力包4固定在低温舱(5)的底板上；六自由度振动台(3)用于模拟车辆实际行驶工况下的动力总成振动情况；
所述新风干燥系统(2)用于对低温舱(5)中气体进行干燥处理；低温制冷机组(1)用于对低温舱(5)中气体进行制冷，使其达到设定温度；
所述真空泵(11)通过尾气管道连接动力包的发动机排气口，用于对发动机尾气制造低压环境，所述尾气气压调节系统(9)设置在真空泵(11)前端的尾气管道上，用于对发动机尾气的气压进行调节，使其达到设定值，最终使尾气排出；
所述真空泵(11)通过排气管道接在低压舱(6)上，用于对低压舱(6)制造低压环境；环境气压调节系统设置在真空泵(11)前端的排气管道上，使得低压舱(6)的压力达到设定值。
较佳的，环境气压调节系统(8)包括第二PID调节模块(84)、第二真空规(83)、第三电动调节阀(81)、第四电动调节阀(82)；第二真空规(83)设置在低温舱(5)内，反馈的气压信号送至第二PID调节模块(84)；第三电动调节阀(81)一端连接在排气管上，另一端与空气联通；第二PID调节模块(84)根据第二真空规(83)反馈的信号，控制第三电动调节阀(81)、第四电动调节阀(82)，使得低压舱(6)内气压稳定在设定值。
较佳的，设目标气压为P0，低压舱(6)内实际气压设为P1；
当P1＞P0时，第二PID调节模块(84)控制第四电动调节阀(82)的开启角度逐渐加大；当P1＜P0时，第三电动调节阀(81)开启，直至P1与P0压力值接近。
较佳的，尾气气压调节系统(9)包括第一真空规(91)、第一PID调节模块(92)、第一电动调节阀(93)和第二电动调节阀(94)；第一电动调节阀(93)的一端接在尾气管道上，另一端与空气联通；第二电动调节阀(94)一端接在尾气管道上，另一端接真空泵(10)；第一真空规(91)用于测量发动机尾气气压，并将信号送至第一PID调节模块(92)；第一PID 调节模块(92)根据第一真空规(91)反馈的信号，控制第一电动调节阀(93)和第二电动调节阀(94)，使得尾气的气压达到设定值。
较佳的，设目标气压为P0，发动机尾气气压设置为P2；当P2＞P0时，第一PID调节模块(92)控制第二电动调节阀(94)的开启角度逐渐加大，当P2＜P0时，控制第一电动调节阀(93)开启，直至P2与P0压力值接近，发动机尾气顺利排出。
进一步的，还包括发动机尾气处理系统(7)，设置在尾气气压调节系统(9)前端的尾气管道上，用于对发动机尾气进行过滤。
较佳的，所述尾气气压调节系统(9)包括顺次相连的烟雾净化器(71)、油雾净化器(72)、水风换热器(73)和气液分离器(74)。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供的一种无人车辆小功率动力包四重合柔性试验装置，是一种集振动、高低温环境、高海拔以及负载模拟的综合试验装置；
1、通过对系统的集成设计，使得低压舱、低温舱、振动台能够安全可靠的配合工作，提高了试验的准确性和工况的模拟精度；
2、通过六自由度振动台模拟车辆实际行驶工况下的动力总成振动情况，可以测试各类可靠性问题；采用低温舱，可以模拟极限高低温环境，用以考核动力包高低温环境下的动力性能以及零部件受温度及振动综合影响下的可靠性。采用低压舱，可以模拟高海拔环境，测试发动机功率下降、空气供给系与发动机性能不匹配，以及冷却系统散热能力下降的问题。
3、本发明的装置普遍适用与任意尺寸的无人车辆动力包的性能台架测试，实现了实车多种使用工况环境的准确模拟，为无人车辆动力包设计及测试提供了有效的测试装置。
附图说明
图1为本发明的一种无人车辆小功率动力包四重合柔性试验装置。
其中：1-低温制冷机组，2-新风干燥系统，3-六自由度振动台，4-动力包，5-低温舱， 6-低压舱，7-发动机尾气处理系统，8-气压调节系统，9-真空泵，10-空气调节管道,11-真空泵，71-烟雾净化器，72-油雾净化器，73-水风换热器，74-气液分离器，81-第三电动调节阀， 82-第四电动调节阀，83-第二真空规，84-第二PID调节模块，91-第一真空规，92-第一PID 调节模块，93-第一电动调节阀，94-第二电动调节阀。
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。
本发明装置设计主要体现在以下几点：
(1)振动模拟：无人车辆的动力包由发动机、发电机、冷却系统、进排气系统、燃油供给系统及控制系统等多个系统组成，在实车行驶过程中，受到外部路面载荷激励以及发动机、发电机等多种振动源的耦合影响，极易造成动力包各零部件的失效。通过六自由度振动台3 模拟车辆实际行驶工况下的动力总成振动情况，替代野外实车试验，通过试验路谱迭代，可有效筛选出在特定道路条件下的固定件松脱、电子接电接触不良、潜在的不良零件、有瑕疵的焊点、零部件破裂、损毁、电路断短路异常、振动噪声及功能异常等各类可靠性问题。
(2)负载模拟：由于六自由度振动台的模拟对象为整个台面或动力总成整体的振动情况，无法模拟发动机或发电机由于旋转和爆震等产生的振动特性，故采取使用振动台模拟真实道路载荷，发动机通过弹性支撑安装在振动台面上真实运转的试验方法，更能还原真实的动力总成振动情况。
(3)极限高低温环境模拟：极限温度环境下电子元器件、线缆、弹性元件、胶管等零部件易发生特性变化，此时其振动特性也会产生较大变化，用以考核动力包高低温环境下的动力性能以及零部件受温度及振动综合影响下的可靠性。
(4)高海拔环境模拟：高海拔环境对动力系统的影响主要表现在发动机功率下降、空气供给系与发动机性能不匹配，以及冷却系统散热能力下降。
如图1所示，本发明的试验装置主要包括六自由度振动台3、低温制冷机组1、新风干燥系统2、发动机尾气处理系统7、低压舱6、低温舱5、尾气气压调节系统9、环境气压调节系统8等，实现在振动试验的同时，模拟被试件所处的温度及气压环境，同时模拟实车发电负载，还原真实的野外试验工况及极限环境，达到无人车辆动力包性能及环境适应性的综合测试。
基于六自由度振动台3，利用试验台基础搭建一个低压舱6，将整个振动台3全部包含住，这样就可使试验台架和动力包4都在一个气压环境下，避免了因气压不平衡，振动台架无法正常运行的问题。在六自由度振动台3台面上，利用台面为下平面基础，搭建低温舱5，动力包4放在低温舱5内进行试验。
新风干燥系统2通过进气管道联通低温舱5，用于对低温舱5内气体进行干燥处理，防止凝霜。
同时，在低温舱5内，利用动力包4工作产生的热量在低温舱5内模拟环境高温，低温制冷机组1通过空气调节通道10向低温舱5提供制冷，将低温舱5空气制冷下降到试验所需目标温度T0，当低温舱5内环境温度T1＞T0时，低温制冷机组1即启动，对环境温度降温，当低温舱5内温度T1＜T0时，低温制冷机组1随机停止工作，低温制冷机组1采用PID控制，可以大大减少温度的波动范围。
在低压舱6内，还设计有排气管和尾气管道；
排气管一端联通低温舱5，另一端串联环境气压调节系统8后接通至真空泵11；排气管上设置一个联通低压舱6的开口，使得低温舱5和低压舱6的气压保持一致。
尾气管道一端连接动力包4的尾气输出口，另一端串联尾气气压调节系统9后接通至真空泵11；
环境气压调节系统8和真空泵11用于对低压舱6营造所需的低压环境。尾气气压调节系统9和真空泵11用于对动力包4产生的发动机尾气也营造了低压环境，使得系统能够正常的运行。
其中，环境气压调节系统8包括第二PID调节模块84、第二真空规83、第三电动调节阀 81、第四电动调节阀82；第二真空规83设置在低温舱5内，反馈的气压信号送至第二PID调节模块84；第三电动调节阀81一端连接在排气管上，另一端与空气联通。
尾气气压调节系统9包括第一真空规91、第一PID调节模块92、第一电动调节阀93和第二电动调节阀94。第一电动调节阀93的一端接在尾气管道上，另一端与空气联通；第二电动调节阀94一端接在尾气管道上，另一端接真空泵10；第一真空规91用于测量发动机尾气气压，并将信号送至第一PID调节模块92。
设置目标气压P0，低压舱6内实际气压设为P1，发动机尾气气压设置为P2；
通过第二PID调节模块84，控制第三电动调节阀81和第四电动调节阀82配合使用，满足舱内气压P1＝P0。当P1＞P0时，第四电动调节阀82的开启角度逐渐加大，当P1＜P0 时，第三电动调节阀81开启，外界的空气由于压力高，所以会通过真空管道进入低压舱5内，升高舱内压力，直至P1与P0压力值接近。
通过第一PID调节模块92，控制第一电动调节阀93和第二电动调节阀94配合使用，满足发动机尾气气压P2＝P0。当P2＞P0时，将第二电动调节阀94的开启角度逐渐加大，当P2＜P0时，控制第一电动调节阀93开启，外界的空气由于压力高，所以会通过真空管道进入排气管道，升高管道内压力，直至P2与P0压力值接近，发动机尾气顺利排出。
为了减少污染和保护真空泵11，本发明还设置了发动机尾气处理系统7，接在尾气管道上的尾气气压调节系统前端；发动机尾气含有大量的黑烟和油雾，而且排气温度高，如果直接进入真空泵11，会损坏真空泵11和相应的调节阀门。因此，在发动机尾气排放管和真空泵11之间需要增加烟雾净化器71、油雾净化器72、水风换热器73和气液分离器74。发动机尾气依次经过上述部件使得尾气得到净化，然后干净的气体经真空泵11排出。
同时，在低压舱内，与动力包的发电机上连接电池模拟系统，反馈消耗动力包的发电负载。
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 (7)

1.一种无人车辆小功率动力包的试验装置，其特征在于，包括六自由度振动台(3)、低温制冷机组(1)、新风干燥系统(2)、低压舱(6)、低温舱(5)、尾气气压调节系统(9)、环境气压调节系统(8)以及真空泵(11)；
六自由度振动台(3)放置在低压舱(6)中，低温舱(5)固定安装在六自由度振动台(3)上，待测试的动力包4固定在低温舱(5)的底板上；六自由度振动台(3)用于模拟车辆实际行驶工况下的动力总成振动情况；
所述新风干燥系统(2)用于对低温舱(5)中气体进行干燥处理；低温制冷机组(1)用于对低温舱(5)中气体进行制冷，使其达到设定温度；
所述真空泵(11)通过尾气管道连接动力包的发动机排气口，用于对发动机尾气制造低压环境，所述尾气气压调节系统(9)设置在真空泵(11)前端的尾气管道上，用于对发动机尾气的气压进行调节，使其达到设定值，最终使尾气排出；
所述真空泵(11)通过排气管道接在低压舱(6)上，用于对低压舱(6)制造低压环境；环境气压调节系统设置在真空泵(11)前端的排气管道上，使得低压舱(6)的压力达到设定值。
2.如权利要求1所述的一种无人车辆小功率动力包的试验装置，其特征在于，环境气压调节系统(8)包括第二PID调节模块(84)、第二真空规(83)、第三电动调节阀(81)、第四电动调节阀(82)；第二真空规(83)设置在低温舱(5)内，反馈的气压信号送至第二PID调节模块(84)；第三电动调节阀(81)一端连接在排气管上，另一端与空气联通；第二PID调节模块(84)根据第二真空规(83)反馈的信号，控制第三电动调节阀(81)、第四电动调节阀(82)，使得低压舱(6)内气压稳定在设定值。
3.如权利要求2所述的一种无人车辆小功率动力包的试验装置，其特征在于，设目标气压为P0，低压舱(6)内实际气压设为P1；
当P1＞P0时，第二PID调节模块(84)控制第四电动调节阀(82)的开启角度逐渐加大；当P1＜P0时，第三电动调节阀(81)开启，直至P1与P0压力值接近。
4.如权利要求1、2或3所述的一种无人车辆小功率动力包的试验装置，其特征在于，尾气气压调节系统(9)包括第一真空规(91)、第一PID调节模块(92)、第一电动调节阀(93)和第二电动调节阀(94)；第一电动调节阀(93)的一端接在尾气管道上，另一端与空气联通；第二电动调节阀(94)一端接在尾气管道上，另一端接真空泵(10)；第一真空规(91)用于测量发动机尾气气压，并将信号送至第一PID调节模块(92)；第一PID调节模块(92)根据第一真空规(91)反馈的信号，控制第一电动调节阀(93)和第二电动调节阀(94)，使得尾气的气压达到设定值。
5.如权利要求4所述的一种无人车辆小功率动力包的试验装置，其特征在于，设目标气压为P0，发动机尾气气压设置为P2；当P2＞P0时，第一PID调节模块(92)控制第二电动调节阀(94)的开启角度逐渐加大，当P2＜P0时，控制第一电动调节阀(93)开启，直至P2与P0压力值接近，发动机尾气顺利排出。
6.如权利要求1所述的一种无人车辆小功率动力包的试验装置，其特征在于，还包括发动机尾气处理系统(7)，设置在尾气气压调节系统(9)前端的尾气管道上，用于对发动机尾气进行过滤。
7.如权利要求6所述的一种无人车辆小功率动力包的试验装置，其特征在于，所述尾气气压调节系统(9)包括顺次相连的烟雾净化器(71)、油雾净化器(72)、水风换热器(73)和气液分离器(74)。
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