CN115508110A - 轴耦合测功机及整车测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴耦合测功机及整车测试方法，轴耦合测功机，包括：台架；测功机，测功机设置于台架上；测功机通过连接法兰与被测车辆的轮毂轮轴连接，用以将被测车辆的轮毂轮轴的转动传递至测功机内；用于对被测车辆的转向操作及回正操作施加负载力的转向负载系统，转向负载系统设置于台架上；转向负载系统具有定向轮机构，定向轮机构中的定向轮的轴线位于测功机的竖直中面上，测功机的竖直中面为沿竖直方向且经过连接法兰的轴线的平面，在被测车辆转向过程中，轴耦合测功机的定向轮机构的运动轨迹为圆弧轨迹，其圆心为轮毂的转向运动轨迹的圆心。本发明公开的轴耦合测功机，克服了场地条件限制，提高了测试效果。

Description

轴耦合测功机及整车测试方法

技术领域

本发明涉及车辆检测设备技术领域，特别涉及一种轴耦合测功机及整车测试方法。

背景技术

实车测试不仅可以用来验证整车与相关零部件的各项性能，并且，还可以用来验证车辆是否达到了最初的设计目标。

传统的实车功率测试使用底盘测功机或转鼓试验台进行。但是，无法真正克服底盘测功机的缺点，如场地要求、实验误差较大且无法实现转向等问题。

传统的底盘测功机安装复杂，需要对试验场地进行专门的装修，并且，无法对车辆转向过程进行测试；转鼓试验台虽然不需要对场地提出太多的要求，但是，仍然无法对车辆转向过程进行准确的检测与相关参数的输出，可重复性较差；与硬件在环设备联合使用还可以进行无人驾驶相关领域的测试。

车辆在环仿真测试和车辆有限元仿真是汽车研发阶段中的重要环节，但是，无法用来验证整车与相关零部件的各项性能，仍然无法替代实车测试的环节，所以试制出车辆仍然要进行实车测试。

因此，如何克服场地条件限制，提高测试效果，是本技术领域人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种轴耦合测功机，以克服场地条件限制，提高测试效果。本发明还提供了一种整车测试方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种轴耦合测功机，包括：

台架；

测功机，所述测功机设置于所述台架上；所述测功机通过一连接法兰与被测车辆的轮毂轮轴连接，用以将所述被测车辆的轮毂轮轴的转动传递至测功机内；

用于对所述被测车辆的转向操作及回正操作施加负载力的转向负载系统，所述转向负载系统设置于所述台架上；

所述转向负载系统具有定向轮机构，所述定向轮机构中的定向轮的轴线位于所述测功机的竖直中面上，所述测功机的竖直中面为沿竖直方向且经过所述连接法兰的轴线的平面，在所述被测车辆转向过程中，所述轴耦合测功机的定向轮机构的运动轨迹为圆弧轨迹，其圆心为所述轮毂的转向运动轨迹的圆心。

可选地，上述轴耦合测功机中，所述转向负载系统还包括定向轮驱动装置及同步连接装置；所述同步连接装置位于所述定向轮驱动装置与所述定向轮机构之间；

所述定向轮驱动装置的驱动端与所述同步连接装置的动力输入端连接，所述同步连接装置的动力输出端与所述定向轮机构连接；

所述定向轮驱动装置通过所述同步连接装置向所述定向轮机构的定向轮提供负载力，所述负载力作为所述轴耦合测功机带动所述被测车辆的轮毂轮轴转向操作及回正操作的施加力。

可选地，上述轴耦合测功机中，所述同步连接装置

包括第一同步轮、第二同步轮及传动部件；

所述定向轮驱动装置的驱动端与所述第一同步轮连接，且所述驱动端的中心线与所述第一同步轮的轴线重合；

所述定向轮机构的定向轮与所述第二同步轮连接，所述定向轮的轴线与所述第二同步轮的轴线重合；

所述传动部件连接所述第一同步轮及所述第二同步轮，所述第一同步轮及所述第二同步轮通过所述传动部件的连接同步转动。

可选地，上述轴耦合测功机中，所述定向轮机构还包括定向轮安装架及轮轴；所述定向轮通过轮轴转动设置于定向轮安装架上；

所述定向轮具有转轴安装孔，所述轮轴穿过所述转轴安装孔且与所述定向轮周向定位连接；

所述定向轮安装架具有轮轴支撑孔，所述轮轴转动安装在所述轮轴支撑孔；

所述定向轮安装架与所述台架连接。

可选地，上述轴耦合测功机中，所述台架包括：

支撑架，所述支撑架包括第一支架部及第二支架部，所述第一支架部与所述第二支架部铰接，所述第二支架部设置有立柱，所述测功机设置于所述第一支架部或所述第二支架部上，所述转向负载系统与所述第一支架部或所述第二支架部连接；

减震器，所述减震器具有第一连接端及第二连接端，所述第一连接端与所述第一支架部铰接，所述第二连接端与所述立柱铰接，所述减震器可以通过其伸缩实现减震，用来为整个轴耦合测功机进行减震；

用于移动所述台架的滚轮，所述滚轮转动设置于所述支撑架底部；

所述滚轮的数量为多个；多个所述滚轮中具有靠近所述连接法兰的前轮及靠近所述定向轮机构的后轮，所述后轮为万向轮。

可选地，上述轴耦合测功机中，还包括用于升降所述后轮的升降机构；

所述升降机构设置于所述台架靠近所述定向轮机构一侧；

所述升降机构的数量为两个且对称设置于所述定向轮机构两侧；

所述升降机构包括升降安装座及升降驱动装置，所述后轮与所述升降驱动装置的升降端连接，所述升降驱动装置的主体结构与所述升降安装座连接，所述升降安装座与所述台架连接；

两个所述升降机构的后轮到所述定向轮机构的轴线距离相等。

可选地，上述轴耦合测功机中，所述升降安装座的顶面与所述升降驱动装置的主体结构连接；

所述升降安装座具有供所述升降驱动装置的驱动端穿过的避让通孔；

所述后轮位于所述升降安装座背向所述升降驱动装置的主体结构的一侧，所述后轮的轮架与所述升降驱动装置的驱动端固定连接；

所述升降驱动装置的驱动把手带动所述升降驱动装置的驱动端沿垂直于所述升降安装座的顶面的方向升降运动，带动所述后轮升降运动。

可选地，上述轴耦合测功机中，所述前轮位于第一支架部，所述后轮及所述升降机构位于第二支架部。

可选地，上述轴耦合测功机中，所述定向轮机构还包括轴承、垫圈及紧螺母；

所述轴承的外圈的外壁与所述定向轮安装架的轮轴支撑孔的孔壁配合连接，所述轴承的内圈的内壁与所述轮轴的内壁配合连接；

所述轮轴具有轴肩，所述垫圈的一面与所述轴肩配合接触，所述垫圈的另一面与所述轴承的端面接触；

所述定向轮及所述第二同步轮套设于所述轮轴上，所述轮轴的两端分别通过所述紧螺母锁紧。

本发明还提供了一种整车测试方法，包括轴耦合测功机，还包括测控系统及仿真系统，

其中，所述轴耦合测功机包括：

台架；

测功机，所述测功机设置于所述台架上；所述测功机通过一连接法兰与被测车辆的轮毂轮轴连接，用以将所述被测车辆的轮毂轮轴的转动传递至测功机内；

用于对所述被测车辆的转向操作及回正操作施加负载力的转向负载系统，所述转向负载系统设置于所述台架上；

所述转向负载系统具有定向轮机构，所述定向轮机构中的定向轮的轴线位于所述测功机的竖直中面上，所述测功机的竖直中面为沿竖直方向且经过所述连接法兰的轴线的平面，在所述被测车辆转向过程中，所述轴耦合测功机的定向轮机构的运动轨迹为圆弧轨迹，其圆心为所述轮毂的转向运动轨迹的圆心；

所述测控系统具有测量单元及控制单元；

所述仿真系统与所述测控系统通信连接，所述仿真系统能够依据所述测量单元测得的参数制定控制参数并传递给所述控制单元，所述控制单元依据所述控制参数控制所述测功机及所述转向负载系统的运行，其中所述轴耦合测功机至少具有一个，至少一所述轴耦合测功机与一个所述测控系统及一个所述仿真系统通讯连接；

其中，包括：

根据被测车辆的车辆参数得出所述被测车辆的回正力矩，所述车辆参数至少包括车辆的质量、轮距、轮胎、车速及转向角度；

根据所述轴耦合测功机的测功机参数确定转向负载系统所需要的驱动力，所述测功机参数至少包括测功机的质量、测功机的摩擦阻力及所述被测车辆的回正力矩，所述测功机的摩擦阻力至少包括所述轴耦合测功机的前轮与地面的摩擦阻力及所述定向轮与地面的摩擦阻力；

根据转向负载系统所需要的驱动力、同步连接装置的传动比以及定向轮的直径计算出所述轴耦合测功机的定向轮驱动装置所需要提供的驱动力；

通过所述同步连接装置将所述驱动力传递到所述定向轮机构，驱动所述轴耦合测功机随被测车辆的转向系统回正。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的轴耦合测功机，测功机及转向负载系统均设置在台架上，测功机通过连接法兰与被测车辆的轮毂轮轴连接，以便于将被测车辆的轮毂轮轴的转动传递至测功机内；转向负载系统用于对被测车辆的转向及回正模拟及施加负载力，由于定向轮机构中的定向轮的轴线位于测功机的竖直中面上，因此，定向轮的轴线与连接法兰的轴线位于同一平面内，且该平面为测功机沿竖直方向设置的竖直中面，因此，当被测车辆转向时，能够带动整个轴耦合测功机绕被测车辆的轮毂同心圆转动。测功机通过连接法兰与被测车辆的轮毂轮轴连接，因此，可以设置多个轴耦合测功机，分别与被测车辆的各个轮毂轮轴连接即可进行测试，无需额外设置场地，克服了场地条件限制。定向轮相对于台架的连接位置固定且能够转动，保证了被测车辆转向时轴耦合测功机的运动轨迹所在的圆(定向轮的移动轨迹)与安装轴耦合测功机的轮毂的运动轨迹的圆同心，在定向轮自身转动作用下，有效降低了轮毂转向运动(被测车辆的转动)过程中轴耦合测功机的运动摩擦力，保证了转向负载系统施加的负载力作为行驶阻力，提高了检测精确度，进而提高了测试效果。

本发明还提供了一种整车测试方法，具有与上述轴耦合测功机同样地技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的轴耦合测功机的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的轴耦合测功机的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例提供的轴耦合测功机的主视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的轴耦合测功机的右视结构示意图；

图5为本发明实施例提供的测功机的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的台架的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的升降机构与后轮的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的转向负载系统的主视结构示意图；

图9为本发明实施例提供的转向负载系统的侧视结构示意图；

图10为本发明实施例提供的转向负载系统的爆炸结构示意图；

图11为本发明实施例提供的轴耦合测功机的剖视结构示意图；

图12为本发明实施例提供的轴耦合测功机的俯视结构示意图；

图13为本发明实施例提供的轴耦合测功机的工作结构示意图；

图14为本发明实施例提供的轴耦合测功机的工作原理示意图；

图15为本发明实施例提供的轴耦合测功机的模拟转向阻力及模拟回正力矩的工作原理示意图；

图16为本发明实施例提供的转向负载系统的另一种结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种轴耦合测功机，以克服场地条件限制，提高测试效果。本发明还提供了一种整车测试方法。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图15所示，本发明实施例提供了一种轴耦合测功机，包括台架2、测功机1及转向负载系统3。测功机1设置于台架2上，测功机1通过一连接法兰6与被测车辆的轮毂轮轴连接，用以将被测车辆的轮毂轮轴的转动传递至测功机1内；用于对被测车辆的转向操作及回正操作施加负载力的转向负载系统3，转向负载系统3设置于台架2上；转向负载系统3具有定向轮机构11，定向轮机构11中的定向轮112的轴线a位于测功机1的竖直中面上，测功机的竖直中面为沿竖直方向且经过连接法兰6的轴线b的平面，在被测车辆转向过程中，轴耦合测功机的定向轮机构11的运动轨迹为圆弧轨迹，其圆心为轮毂的转向运动轨迹的圆心。

本发明实施例提供的轴耦合测功机，测功机1及转向负载系统3均设置在台架2上，测功机1通过连接法兰6与被测车辆的轮毂轮轴连接，以便于将被测车辆的轮毂轮轴的转动传递至测功机1内；转向负载系统3用于对被测车辆的转向及回正模拟及施加负载力。由于定向轮机构11中的定向轮112的轴线位于测功机1的竖直中面上，因此，定向轮112的轴线a与连接法兰6的轴线b位于同一平面内，且该平面为测功机1沿竖直方向设置的竖直中面，因此，当被测车辆转向时，能够带动整个轴耦合测功机绕被测车辆的轮毂同心圆转动，使得在被测车辆转向过程中，轴耦合测功机的定向轮机构11的运动轨迹为圆弧轨迹，其圆心为轮毂的转向运动轨迹的圆心。测功机1通过连接法兰6与被测车辆的轮毂轮轴连接，因此，可以设置多个轴耦合测功机，分别与被测车辆的各个轮毂轮轴连接即可进行测试，无需额外设置场地，克服了场地条件限制。定向轮112相对于台架2的连接位置固定且能够转动，保证了被测车辆转向时轴耦合测功机的运动轨迹所在的圆d(定向轮112的移动轨迹)与安装轴耦合测功机的轮毂的运动轨迹的圆c同心，在定向轮112自身转动作用下，有效降低了轮毂转向运动(被测车辆的转动)过程中轴耦合测功机的运动摩擦力，保证了转向负载系统3施加的负载力作为行驶阻力，提高了检测精确度，进而提高了测试效果。

本实施例中，转向负载系统3还包括：驱动定向轮机构11的定向轮112转动的定向轮驱动装置12；连接定向轮驱动装置12与定向轮机构11的同步连接装置13。通过上述设置，以便于通过定向轮驱动装置12的启动经过同步连接装置13向定向轮机构11的定向轮112提供负载力，负载力作为转向操作及回正操作的施加力。

其中，转向操作及回正操作为整车测试系统的具体操作。其中，转向操作中需要施加的力为转向阻力，回正操作中需要施加的力为依据回正力矩得到的回正助力。同步连接装置13包括第一同步轮131、第二同步轮132及连接第一同步轮131与第二同步轮132的传动部件133；定向轮驱动装置12的驱动端与第一同步轮131连接，并且，驱动端的中心线与第一同步轮131的轴线重合；定向轮112与第二同步轮132连接，并且，定向轮112的轴线与第二同步轮132的轴线重合。其中，传动部件133连接所述第一同步轮131及第二同步轮132，第一同步轮131及第二同步轮132通过传动部件133的连接同步转动。通过上述设置，实现了同步传动操作。

进一步地，第一同步轮131与第二同步轮132的传动比小于1。通过上述设置，实现了定向轮驱动装置12的转动速度经过同步连接装置13降速传递至定向轮112，放大定向轮驱动装置12传出的动力，方便了调节。

其中，传动部件133优选为具有齿结构的同步带，第一同步轮131及第二同步轮132均为具有轮齿的齿轮结构。

如图16所示，在另一种实施例中，驱动定向轮机构11的定向轮112与定向轮驱动装置12的驱动端通过同轴连接件14同轴连接。同轴连接件14可以为联轴器等部件。

本实施例中，为了方便定向轮驱动装置12的安装固定，定向轮驱动装置12包括伺服电机121、电机座122及将伺服电机121的主体结构固定于电机座122上的固定件123，电机座122与台架2连接。优选地，固定件123为方销。

由于采用伺服电机121提供动力，因此在获得被测车辆质量、车辆尺寸、轮胎参数以及转向角度(可以通过被测车辆的转向系统或方向盘转角与车轮转角之间的关系获得)等参数后，即可通过对伺服电机121进行精确控制，获取不同车速及不同转向角度下的转向阻力及回正助力。

进一步地，定向轮机构11还包括定向轮安装架111及轮轴113，定向轮112通过轮轴113转动设置于定向轮安装架111上，定向轮安装架111与台架2连接。具体地，定向轮112具有转轴安装孔，轮轴13穿过转轴安装孔且与定向轮112周向定位连接；定向轮安装架111具有轮轴支撑孔，轮轴13转动安装在轮轴支撑孔；定向轮安装架111与台架2连接。即，定向轮112通过轮轴定轴转动，使得定向轮112能够转动地设置于定向轮安装架111上。

更进一步地，定向轮机构11还包括轴承114、垫圈116及紧螺母115；轴承114的外圈的外壁与定向轮安装架111的轮轴支撑孔的孔壁配合连接，轴承114的内圈的内壁与轮轴113的内壁配合连接；轮轴113具有轴肩，垫圈116的一面与轴肩配合接触，垫圈116的另一面与轴承的端面接触；定向轮112及第二同步轮132套设于轮轴113上，轮轴113的两端分别通过紧螺母115锁紧。

具体地，轴承114用于将轮轴113转动架设在定向轮安装架111上。为了确保定位效果，轮轴113两端均具有轴承114，轮轴113上设置有垫圈116，两个轴承114的向对面与垫圈116接触；还包括锁紧螺母115，锁紧螺母115分别与轮轴113的两端连接，两个轴承114的向背面分别朝向轮轴113两端的锁紧螺母115。轮轴113的中间部位具有定位轴肩，向轮轴113的一端上依次套设垫圈116、轴承114及锁紧螺母115，垫圈116的一面与定位轴肩定位接触，垫圈116的另一面与轴承11的一侧端面定位接触，锁紧螺母115与轴承11的另一侧端面定位接触，通过锁紧螺母115与轮轴113的螺纹配合连接，实现轴承114在轮轴113的轴向方向的定位。

轮轴113与定向轮112同步转动(通过键连接)。第二同步轮132与轮轴113固定连接。

优选地，轮轴113上套设有挡圈117，挡圈117位于定向轮112与第二同步轮132之间。

更进一步地，台架2包括支撑架7、减震器9及用于移动台架2的滚轮。测功机1设置于支撑架7上，转向负载系统3与支撑架7连接；滚轮转动设置于支撑架7底部。通过上述设置，方便了轴耦合测功机的移动，也方便了具体测试操作。

具体地，支撑架7包括第一支架部71及第二支架部72，第一支架部71与第二支架部72铰接，第二支架部72设置有立柱73，测功机1设置于第一支架部71或第二支架部72上，转向负载系统3与第一支架部71或第二支架部72连接；减震器9具有第一连接端及第二连接端，第一连接端与第一支架部71铰接，第二连接端与立柱73铰接，减震器9可以通过其伸缩实现减震，用来为整个轴耦合测功机进行减震。

其中，减震器9的两端分别与第一支架部71及第二支架部72连接，使得减震器9、第一支架部71及第二支架部72支架形成三角结构，在待被测车辆转向机构转到预设角度后，减震器9使测功机1的轴线适应此时被测车辆的主销倾角和车轮倾角。通过上述设置，以便于力矩在第一支架部71与第二支架部72之间传递。

其中，滚轮的数量为多个；多个滚轮中具有靠近连接法兰6的前轮8及靠近定向轮机构11的后轮16，后轮16为万向轮。通过将后轮16设置为万向轮，降低后轮16对定向轮112移动的限制，以便于确保测试效果。

为了进一步降低对定向轮112移动的限制，台架2还包括用于升降后轮的升降机构10；升降机构10包括升降安装座14及升降驱动装置15，后轮16与升降驱动装置15的升降端连接，升降驱动装置15的主体结构与升降安装座14连接，升降安装座14与台架2连接。具体地，升降安装座14的顶面与升降驱动装置15的主体结构连接；升降安装座14具有供升降驱动装置15的驱动端穿过的避让通孔；后轮16位于升降安装座14背向升降驱动装置15的主体结构的一侧，后轮16的轮架与升降驱动装置15的驱动端固定连接；升降驱动装置15的驱动把手带动升降驱动装置15的驱动端沿垂直于升降安装座14的顶面的方向升降运动，带动后轮16升降运动。

本实施例中，升降机构10的数量为两个且对称设置于定向轮机构11两侧。其中，两个升降机构10的升降安装座14及其升降驱动装置15均对称设置。并且，两个升降机构10的后轮16到定向轮机构11的轴线距离相等。

本实施例中，升降驱动装置15优选为手摇升降机构。

升降安装座14用于固定连接升降机构10与台架2。如图8所示，升降机构10的升降安装座14焊接在台架2上，升降驱动装置15的主体结构与升降安装座14连接，后轮16(万向轮)与升降驱动装置15连接，通过升降驱动装置15(手摇升降机构)控制后轮16(万向轮)与地面的距离关系，在轴耦合测功机工作时，可以将后轮16(万向轮)升起离地，防止后轮16(万向轮)对转向阻力模拟造成干扰；在需要移动轴耦合测功机时，可以将后轮16(万向轮)降下接地，以方便移动。

如图13所示，四个测功机1分别与被测车辆的四个轮毂轮轴连接，被测车辆后半部分(图中下方)的两个测功机1的轴线(连接法兰6的轴线b)沿箭头所示方向转动，通过测功机1内部的耦合法兰、传动轴及传感器之间的传动等部件，对被测车辆不同车轮的轮速及扭矩等进行测量。

如图6及图8所示，也可以通过测功机1的主电机4通过上述的耦合法兰、传动轴等部件向被测车辆施加行驶阻力，以测量不同负载下车辆实时功率、扭矩及车速等参数，这种状态下车速可以通过主电机4的转速传感器测量，扭矩可以通过测功机1的扭矩传感器测量，测得后就可以计算出实时功率。

其中，主电机4与连接法兰6之间的部件均为传动及检测部分5。

在踩下被测车辆油门或刹车的状态下，可以对被测车辆的加减速及匀速等工况进行测量。控制主电机4施加不同的行驶阻力可以测量得到不同路面条件下被测车辆加减速参数。同理，可以实现在任意场所内对车辆起步、变速、制动等工况进行整车测量，也可以结合硬件在环进行无人驾驶车辆的实车测试，在此不再一一说明。

被测车辆前半部分(图中上方)的两个测功机1的轴线(连接法兰6的轴线b)沿靠近被测车辆100的箭头所示方向转动，定向轮机构11沿远离被测车辆100的箭头所示方向转动。通过上述设置，以便于检测转向模拟或回正模拟的轴耦合测功机效果。

本实施例中，台架2还包括用于对支撑架7上的测功机1进行减震的减震器9。

本实施例中，减震器9的主要作用是降低测试时的车辆振动，保护主电机4和转向负载系统3。并且，能够使测功机1的轴线适应被测车辆本身的主销倾角和车轮倾角。如图7所示，支撑架7包括相互铰接的第一支架部71及第二支架部72，前轮8位于第一支架部71，后轮16及升降机构10位于第二支架部72，减震器9的两端分别与第一支架部71及第二支架部72连接，使得减震器9、第一支架部71及第二支架部72支架形成三角结构，第一支架部71及第二支架部72的铰接位置为三角结构的一个角，另外两个角分别为减震器9与第一支架部71及第二支架部72的铰接位置。通过减震器9的伸缩调节，实现了减震调节。

本发明实施例还提供了一种整车测试方法，包括轴耦合测功机，还包括测控系统及仿真系统，

其中，轴耦合测功机为如上所述的任一种，即，轴耦合测功机至少包括：

台架2；

测功机1，测功机1设置于台架2上；测功机1通过一连接法兰6与被测车辆的轮毂轮轴连接，用以将被测车辆的轮毂轮轴的转动传递至测功机1内；

用于对被测车辆的转向操作及回正操作施加负载力的转向负载系统3，转向负载系统3设置于台架2上；

转向负载系统3具有定向轮机构11，定向轮机构11中的定向轮112的轴线a位于测功机1的竖直中面上，测功机的竖直中面为沿竖直方向且经过连接法兰6的轴线b的平面，在被测车辆转向过程中，轴耦合测功机的定向轮机构11的运动轨迹为圆弧轨迹，其圆心为轮毂的转向运动轨迹的圆心。

并且，测控系统具有测量单元及控制单元；

仿真系统与测控系统通信连接，仿真系统能够依据测量单元测得的参数制定控制参数并传递给控制单元，控制单元依据控制参数控制测功机及转向负载系统的运行，其中轴耦合测功机至少具有一台，至少一台轴耦合测功机与一个测控系统及一个仿真系统通讯连接；

其中，包括：

根据被测车辆的车辆参数得出被测车辆的回正力矩，车辆参数至少包括车辆的质量、轮距、轮胎、车速及转向角度；

根据轴耦合测功机的测功机参数确定转向负载系统所需要的驱动力，测功机参数至少包括测功机的质量、测功机的摩擦阻力及被测车辆的回正力矩，测功机的摩擦阻力至少包括轴耦合测功机的前轮8与地面的摩擦阻力及定向轮112与地面的摩擦阻力；

根据转向负载系统所需要的驱动力、同步连接装置13的传动比以及定向轮112的直径计算出轴耦合测功机的定向轮驱动装置12所需要提供的驱动力；

通过同步连接装置13将驱动力传递到定向轮机构11，驱动轴耦合测功机随被测车辆的转向系统回正。

整车测试系统在用于实验室内实现驾驶开发的使用方法，具体如下：

S1、将被测车辆100与整个轴耦合测功机相连接；

S2、将转向负载系统3、测功机1的信号线、控制线与测控系统300相连接，并将被测车辆100的线控系统通讯线与测控系统300相连接，测控系统300与仿真系统400的上位机相连接；

S3、在仿真系统400中的虚拟场景模拟软件中搭建交通测试场景并设置交通测试场景里的各个被测车辆动力学模型的工作参数，并将所述被测车辆100的车轮转速、方向盘转角信号与交通测试场景内的模型关联；

S4、在仿真系统400中进行设置所述被测车辆100的实际技术参数，并设置所述道路负载模拟系统的道路负载模拟参数；

S5、基于预先建立的被测车辆动力学模型(车辆纵向动力学模型和横向动力学模型)，根据车辆动力学模型及所述虚拟场景模拟软件接收到的车速实时计算行驶阻力，根据虚拟场景模拟软件接收到车速及方向盘转角信号实时计算转向阻力或所需要的回正助力；

S6、根据仿真系统400得到的行驶阻力和转向阻力(回正助力)，测控系统300根据与对应系统的转换关系分别实时计算出测功机1和转向负载系统3中电机的转速，转换成对应的控制信号，然后将控制信号发送给对应系统的控制器，进行电机转速控制，施加所需的行驶阻力和转向阻力。

S7、实时重复进行S5、S6的步骤并在仿真系统中记录所有信息包括被测车辆的方向盘转角信息、转速、测功机1的电机转速、扭矩传感器信息、轴耦合测功机温度信息、转向负载系统的电机转速、轴耦合测功机角度传感器信息并存档，方便与在同种实际行驶环境下得到的被测车辆相关参数进行对比和分析。由于上述轴耦合测功机具有上述技术效果，具有上述轴耦合测功机的整车测试系统也应具有同样地技术效果，在此不再一一累述。

测控系统及仿真系统可以单独控制一台轴耦合测功机，也可以进行组网联合控制多台轴耦合测功机。

进一步地，整车测试系统包括用于与被测车辆的前轮的轮毂轮轴的第一轴耦合测功机及用于与被测车辆的后轮的轮毂轮轴的第二轴耦合测功机；第一轴耦合测功机为如上述任一种轴耦合测功机。

也可以将第二轴耦合测功机采用如上述任一种轴耦合测功机，还可以将第二轴耦合测功机设置为不包括转向负载系统3的轴耦合测功机。

在第一种实施例中，多个轴耦合测功机与一个测控系统及一个仿真系统通讯连接。即，一个测控系统及一个仿真系统同时控制多个轴耦合测功机。

在第二种实施例中，多个轴耦合测功机与多个测控系统及多个仿真系统一一对应通讯连接。

其中，测控系统的测量单元对被测车辆进行测量中，测量得到的参数包括轴耦合测功机的自身参数、被测车辆的自身参数、被测车辆的转向角度及被测车辆的角速度；控制参数包括控制转向负载系统3运行的所需转向阻力及回正力矩。

如图14所示，以转向模拟操作为例，驾驶员打方向盘转向后，被测车辆的转向系统通过被测车辆的液压及电机等提供较大的转向助力，和被测车辆的转向盘力一起形成转向力e通过转向臂作用在转向轮上，实现转向。如图12所示，测功机1的连接法兰6连接在被测车辆的前车轮的轮毂上，通过被测车辆的转向系统100带动轴耦合测功机200使测功机1进行绕轮毂的圆周运动。由于转向负载系统3的设置，使得定向轮112的转动轨迹与测功机1的圆周运动的圆心重合，减小了转向时由轴耦合测功机200本身提供的转向阻力，定向轮112的转动轨迹与测功机1的圆周运动的圆心重合减少的是轴耦合测功机的摩擦阻力，而被测车辆本身的转向助力系统提供的助力是一个定值，损耗在轴耦合测功机上的力越多，表现在被测车辆转向上就是转动的角度越小，例如：若定向轮112的转动轨迹与测功机1的圆周运动的圆心重合未重合，设置时被测车辆的转向助力系统在方向盘打到30°是就用到最大值了，无法继续再打方向盘，由于减小了转向时由轴耦合测功机200本身提供的转向阻力，在方向盘打到30°时还有转向助力，就能继续打方向盘从而增大了模拟的车辆转向角度。另外定向轮机构11采用的挡圈117、轮轴113及轴承115等结构，由于这部分结构配合轴承115使用的，轴承的摩擦力很小，进一步减小了轴耦合测功机200本身的转向阻力。通过降低转向阻力，有效增大了轴耦合测功机200可以模拟的车辆转向角度。

当转向主要依靠被测车辆的转向系统提供转向力e，而轴耦合测功机100依靠本身的重力通过前轮8和定向轮机构11形成的摩擦力来提供转向阻力。此时，转向阻力是一个定值。

为了进一步提高精确度，如图15所示，在第一种实施例中，在获得被测车辆100的质量、轴距、轮距及轮胎参数，以及仿真系统通过线控系统通讯线与被测车辆100的通讯中可以得到的方向盘转角与角速度，然后根据被测车辆100固有的方向盘转速转角-车轮转角及角速度关系来得到车轮出的转角和角速度，具体操作：设置在方向盘处的转角传感器，可以测得方向盘的转动角度和角速度，然后根据被测车辆固有的方向盘转速转角-车轮转角及角速度关系来得到车轮出的转角和角速度，测得的转向角度和角速度等参数g的条件下，根据测量得到的被测车辆实际的转向角度h及角速度k、转向助力系统100提供的转向助力e，结合被测车辆自身重力以及轴耦合测功机自身阻力来确定转向负载系统3所需要的驱动力，然后根据同步连接装置13中第一同步轮131及第二同步轮132的齿轮齿数比、定向轮112的直径确定伺服电机121所需要提供的转速和转矩，通过驱动器对伺服电机121进行控制，控制伺服电机121的转向和转速，并通过同步连接装置13将定向轮驱动装置12(电机)的输出力矩传递到定向轮机构11，为轴耦合测功机200提供实时控制的、准确的、符合不同车辆转向过程的转向阻力i。

如图13所示，A为转向阻力施加方向，B为车辆转向方向，C为回正助力模拟方向，D为轴耦合测功机200的阻力方向。以被测车辆左转为例，车轮转到预设角度，左前方的轴耦合测功机200尾部随被测车辆向左转动，由于已经提前知道了被测车辆的相关参数，并且通过仿真系统与被测车辆100的通讯获得了车辆的转向角度h和角速度k，可以计算得出转向负载系统3所需要的转向阻力，然后可以通过驱动器来控制定向轮驱动装置12的转向和转速，得到合适的向右的转向阻力，通过同步连接装置13施加到定向轮机构11，从而对被测车辆进行转向阻力的模拟和施加，进而测得被测车辆转向时的速度、扭矩功率等参数。同理，得到被测车辆在泥泞坑洼路面上四轮均做不同转向下的车辆参数，结合上述直线行驶工况可以得到不同路面条件、不同转速、不同转向角度等条件下的车辆参数，在此不再进行一一说明。

被测车辆的转向系统转到预设角度后，台架2上的减震器9会使测功机1的轴线适应此时被测车辆的主销倾角和车轮倾角。此时，车轮处装载了轴耦合测功机200，测功机1自身的摩擦阻力较大，会损耗一部分的回正力矩，所以需要转向负载系统3施加驱动力来抵消测功机1的阻力。

如图15所示，结合待测车辆的重力、轮距、轮胎、轴耦合测功机200的台架2质量、前轮8、定向轮112及被测车辆实际的转向角度h等的相关参数，就可以得出被测车辆的回正力矩m和转向负载系统3所需要产出的回正力矩j。

具体地，被测车辆的回正力矩m为依据被测车辆的车辆参数得出的回正力矩。转向负载系统3所需要产出的回正力矩j为为了抵消测功机1自身的摩擦阻力而需要转向负载系统3施加驱动力产出的回正力矩。

通过驱动器控制伺服电机121的转向和转速以得到相应的驱动力，通过同步连接装置13传递到定向轮机构11，对轴耦合测功机200施加一个驱动力，即可实现被测车辆转向后的回正力矩的模拟。

如图13所示，A为转向阻力施加方向，B为车辆转向方向，C为回正助力模拟方向，D为轴耦合测功机200的阻力方向。以车辆左转为例，车辆转向到预设角度后，放松方向盘被测车辆会自动回正，此时被测车辆处于转向结束后的回正阶段，由于轴耦合测功机200的台架2自身的阻力较大，回正力被阻力损耗，转向负载系统3模拟一个方向相反的台架阻力来消除它，实现由被测车辆自身结构的回正力对被测车辆进行回正的效果。具体地，首先根据被测车辆的车辆质量、轮距、轮胎、车速、转向角度等参数可以得出被测车辆自身的回正力矩；然后，根据轴耦合测功机200的质量、前轮8和定向轮112以及地面的参数可以计算出轴耦合测功机200自身的摩擦阻力，之后确定转向负载系统所需要的驱动力；然后根据转向负载系统3所需要的驱动力、同步连接装置13中第一同步轮131及第二同步轮132的齿轮齿数比以及定向轮112的直径就可以计算出伺服电机121所需要提供的驱动力，最终通过同步连接装置13将驱动力传递到定向轮机构11，驱动轴耦合测功机200随被测车辆转向系统回正。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种轴耦合测功机，其特征在于，包括：

台架(2)；

测功机(1)，所述测功机(1)设置于所述台架(2)上；所述测功机(1)通过连接法兰(6)与被测车辆的轮毂轮轴连接，用以将所述被测车辆的轮毂轮轴的转动传递至测功机(1)内；

用于对所述被测车辆的转向操作及回正操作施加负载力的转向负载系统(3)，所述转向负载系统(3)设置于所述台架(2)上；

所述转向负载系统(3)具有定向轮机构(11)，所述定向轮机构(11)中的定向轮(112)的轴线(a)位于所述测功机(1)的竖直中面上，所述测功机的竖直中面为沿竖直方向且经过所述连接法兰(6)的轴线(b)的平面，在所述被测车辆转向过程中，所述轴耦合测功机的定向轮机构(11)的运动轨迹为圆弧轨迹，其圆心为所述轮毂的转向运动轨迹的圆心。

2.如权利要求1所述的轴耦合测功机，其特征在于，所述转向负载系统(3)还包括定向轮驱动装置(12)及同步连接装置(13)；所述同步连接装置(13)位于所述定向轮驱动装置(12)与所述定向轮机构(11)之间；

所述定向轮驱动装置(12)的驱动端与所述同步连接装置(13)的动力输入端连接，所述同步连接装置(13)的动力输出端与所述定向轮机构(11)连接；

所述定向轮驱动装置(12)通过所述同步连接装置(13)向所述定向轮机构(11)的定向轮(112)提供负载力，所述负载力作为所述轴耦合测功机带动所述被测车辆的轮毂轮轴转向操作及回正操作的施加力。

3.如权利要求2所述的轴耦合测功机，其特征在于，所述同步连接装置(13)包括第一同步轮(131)、第二同步轮(132)及传动部件(133)；

所述定向轮驱动装置(12)的驱动端与所述第一同步轮(131)连接，且所述驱动端的中心线与所述第一同步轮(131)的轴线重合；

所述定向轮机构(11)的定向轮(112)与所述第二同步轮(132)连接，所述定向轮(112)的轴线与所述第二同步轮(132)的轴线重合；

所述传动部件(133)连接所述第一同步轮(131)及所述第二同步轮(132)，所述第一同步轮(131)及所述第二同步轮(132)通过所述传动部件(133)的连接同步转动。

4.如权利要求1所述的轴耦合测功机，其特征在于，所述定向轮机构(11)还包括定向轮安装架(111)及轮轴(13)；所述定向轮(112)通过轮轴(113)转动设置于定向轮安装架(111)上；

所述定向轮(112)具有转轴安装孔，所述轮轴(13)穿过所述转轴安装孔且与所述定向轮(112)周向定位连接；

所述定向轮安装架(111)具有轮轴支撑孔，所述轮轴(13)转动安装在所述轮轴支撑孔；

所述定向轮安装架(111)与所述台架(2)连接。

5.如权利要求1所述的轴耦合测功机，其特征在于，所述台架(2)包括：

支撑架(7)，所述支撑架(7)包括第一支架部(71)及第二支架部(72)，所述第一支架部(71)与所述第二支架部(72)铰接，所述第二支架部(72)设置有立柱(73)，所述测功机(1)设置于所述第一支架部(71)或所述第二支架部(72)上，所述转向负载系统(3)与所述第一支架部(71)或所述第二支架部(72)连接；

减震器(9)，所述减震器(9)具有第一连接端及第二连接端，所述第一连接端与所述第一支架部(71)铰接，所述第二连接端与所述立柱(73)铰接，所述减震器(9)可以通过其伸缩实现减震，用来为整个轴耦合测功机进行减震；

用于移动所述台架(2)的滚轮，所述滚轮转动设置于所述支撑架(7)底部；

所述滚轮的数量为多个；多个所述滚轮中具有靠近所述连接法兰(6)的前轮(8)及靠近所述定向轮机构(11)的后轮(16)，所述后轮(16)为万向轮。

6.如权利要求5所述的轴耦合测功机，其特征在于，还包括用于升降所述后轮(16)的升降机构(10)；

所述升降机构(10)设置于所述台架(2)靠近所述定向轮机构(11)一侧；

所述升降机构(10)的数量为两个且对称设置于所述定向轮机构(11)两侧；

所述升降机构(10)包括升降安装座(14)及升降驱动装置(15)，所述后轮(16)与所述升降驱动装置(15)的升降端连接，所述升降驱动装置(15)的主体结构与所述升降安装座(14)连接，所述升降安装座(14)与所述台架(2)连接；

两个所述升降机构(10)的后轮(16)到所述定向轮机构(11)的轴线距离相等。

7.如权利要求6所述的轴耦合测功机，其特征在于，所述升降安装座(14)的顶面与所述升降驱动装置(15)的主体结构连接；

所述升降安装座(14)具有供所述升降驱动装置(15)的驱动端穿过的避让通孔；

所述后轮(16)位于所述升降安装座(14)背向所述升降驱动装置(15)的主体结构的一侧，所述后轮(16)的轮架与所述升降驱动装置(15)的驱动端固定连接；

所述升降驱动装置(15)的驱动把手带动所述升降驱动装置(15)的驱动端沿垂直于所述升降安装座(14)的顶面的方向升降运动，带动所述后轮(16)升降运动。

8.如权利要求5所述的轴耦合测功机，其特征在于，所述前轮(8)位于第一支架部71，所述后轮(16)及所述升降机构(10)位于第二支架部72。

9.如权利要求4所述的轴耦合测功机，其特征在于，

所述定向轮机构(11)还包括轴承(114)、垫圈(116)及紧螺母(115)；

所述轴承(114)的外圈的外壁与所述定向轮安装架(111)的轮轴支撑孔的孔壁配合连接，所述轴承(114)的内圈的内壁与所述轮轴(113)的内壁配合连接；

所述轮轴(113)具有轴肩，所述垫圈(116)的一面与所述轴肩配合接触，所述垫圈(116)的另一面与所述轴承的端面接触；

所述定向轮(112)及所述第二同步轮(132)套设于所述轮轴(113)上，所述轮轴(113)的两端分别通过所述紧螺母(115)锁紧。

10.一种整车测试方法，其特征在于，包括轴耦合测功机，还包括测控系统及仿真系统，

其中，所述轴耦合测功机包括：

台架(2)；

测功机(1)，所述测功机(1)设置于所述台架(2)上；所述测功机(1)通过一连接法兰与被测车辆的轮毂轮轴连接，用以将所述被测车辆的轮毂轮轴的转动传递至测功机(1)内；

用于对所述被测车辆的转向操作及回正操作施加负载力的转向负载系统(3)，所述转向负载系统(3)设置于所述台架(2)上；

所述转向负载系统(3)具有定向轮机构(11)，所述定向轮机构(11)中的定向轮(112)的轴线(a)位于所述测功机(1)的竖直中面上，所述测功机的竖直中面为沿竖直方向且经过所述连接法兰(6)的轴线(b)的平面，在所述被测车辆转向过程中，所述轴耦合测功机的定向轮机构(11)的运动轨迹为圆弧轨迹，其圆心为所述轮毂的转向运动轨迹的圆心；

所述测控系统具有测量单元及控制单元；

所述仿真系统与所述测控系统通信连接，所述仿真系统能够依据所述测量单元测得的参数制定控制参数并传递给所述控制单元，所述控制单元依据所述控制参数控制所述测功机及所述转向负载系统的运行，其中所述轴耦合测功机至少具有一个，至少一所述轴耦合测功机与一个所述测控系统及一个所述仿真系统通讯连接；

其中，包括：

根据被测车辆的车辆参数得出所述被测车辆的回正力矩，所述车辆参数至少包括车辆的质量、轮距、轮胎、车速及转向角度；

根据所述轴耦合测功机的测功机参数确定转向负载系统所需要的驱动力，所述测功机参数至少包括测功机的质量、测功机的摩擦阻力及所述被测车辆的回正力矩，所述测功机的摩擦阻力至少包括所述轴耦合测功机的前轮(8)与地面的摩擦阻力及所述定向轮(112)与地面的摩擦阻力；

根据转向负载系统所需要的驱动力、同步连接装置(13)的传动比以及定向轮(112)的直径计算出所述轴耦合测功机的定向轮驱动装置(12)所需要提供的驱动力；

通过所述同步连接装置(13)将所述驱动力传递到所述定向轮机构(11)，驱动所述轴耦合测功机随被测车辆的转向系统回正。

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