CN1796964A - 汽车底盘测功机系统 - Google Patents

Abstract

一种汽车底盘测功机系统，包括有信号调理模块、数据采集卡、工控机、变频器、加载控制器、底盘测功机、传感器，直流电机和风机，信号调理模块的输入端通过传感器与底盘测功机连接，其输出端与数据采集卡块的输入端连接，数据采集卡的输出端与工控机连接，信号调理模块控制输出端同时还与连接有风机的变频器和连接有电机的加载控制器连接。本发明能够在室内模拟出汽车在道路上行驶时的各种工况，进而测量出汽车驱动轮输出功率，该系统还能分析出汽车的尾气排放，以及测试加速、滑行和油耗情况。

Description

汽车底盘测功机系统

技术领域

本发明涉及一种对汽车底盘和其他轮式机械进行测量的汽车底盘测功机系统。

背景技术

对汽车进行整车性能测试，通常是以实车进行工况测试的，其测试过程比较复杂，测试所需时间长，因路面存在的差异影响测试精度。而引入汽车底盘测功机，则可以对车辆在室内进行模拟工况的测试，所达到的效果是完全相同的。汽车底盘测功机是对汽车和其他轮式机械的整车动力性、燃料经济性和整车装配进行检验的设备。在现有的测功机中一般是采用电涡流加载器做阻力负载，该电涡流加载器不具有控制加载的功能，控制加载需有另外的控制系统，使结构复杂。另外在测功过程中，需要解决的核心问题还有：(1)扭矩的计算；(2)瞬态加载；(3)路况模拟。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术所存在的上述缺陷，提供一种能够在室内模拟出汽车在道路上行驶时的各种工况，进而测量出汽车驱动轮输出功率的汽车底盘测功机系统，该系统还能分析出汽车的尾气排放，以及测试加速、滑行和油耗情况。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是该汽车底盘测功机系统，包括有信号调理模块、数据采集卡、工控机、变频器、加载控制器、人机操作界面、底盘测功机、传感器、直流电机和风机，其中，信号调理模块的输入端通过传感器接收底盘测功机的信号，其输出端与数据采集卡块的输入端连接，数据采集卡的输出端与工控机连接，信号调理模块控制输出端同时还与连接有风机的变频器和连接有直流电机的加载控制器连接。

本发明中：

所述传感器为扭矩传感器及速度传感器、油耗仪、流量计，这些传感器都可采用现有技术中的具有所需功能的传感器；

所述底盘测功机采用双转鼓底盘测功机；

加载控制器采用电回馈加载控制器；

有人机操作界面与信号调理模块连接；

数据采集卡采用具有12位精度、200K的采样速率、16路模拟输入通道、2路模拟输出通道、8路数字输出通道的数据采集卡。

本发明中，工控机通过从信号调理模块和数据采集卡获取信号后，能够进行扭矩的计算，即由软件来完成扭矩的计算，从而节省了硬件资源，同时也提高了计算的准确度。

本发明中使用直流电机既可用作阻力负载，也可用作动力驱动，直接转矩控制加载，克服了现有技术中所用电涡流机只能用做阻力负载的缺点。在恒速测功过程中，直流电机采用PID(比例—微分—积分)控制，简化了恒速测功的操作过程，且耗时缩短，精度提高，而且采用直流电机加载，可直接驱动转鼓，在滑行等多项测试及调试过程中，可以不必使用汽车，只需输入被测车辆的各项参数即可。本发明在测功过程中，正常有效地解决了扭矩的计算、瞬态加载及路况模拟等问题。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明硬件结构原理框图图

图2(即附图1A)是图1中模块1信号调理模块的电路原理框图

图中：1—信号调理模块，2—数据采集卡(可采用NI 6025E数据采集卡)，3—工控机，4—变频器，5—加载控制器，6—人机操作界面，7—底盘测功机，8—扭矩传感器，9—速度传感器，10—电网，11—直流电机，12—风机。

具体实施方式

如图1所示，本发明的汽车底盘测功机系统，包括有信号调理模块1、数据采集卡2、工控机3、变频器4、加载控制器5、人机操作界面6、底盘测功机7、扭矩传感器8、脉冲转速传感器9，电网10、直流电机11和风机12。

其中，连接在电网10上的加载控制器5通过直流电机11与底盘测功机7连接，而脉冲转速传感器9和扭矩传感器8分别采集双转鼓底盘测功机7的速度信号和扭矩信号，并转化为电信号，分别经引脚Count0_C、Count1_C和引脚0_C、1_C送入信号调理模块1，信号调理模块1针对不同的待处理信号，如图2中所示，采用了电流转电压电路、分压电路、放大电路、滤波电路、差分电路、驱动放大电路、74系列门电路隔离电路等现有的多种典型电路及其组合应用，这些功能电路块间的相互连接及接口电路也都是最简化的模拟经典电路，以实现把输入的原始信号调理成标准信号(0-5V/4-20mA)。这些信号经过调理后，由信号调理模块1的输出端送入数据采集卡2的输入端，数据采集卡2可将模拟量转变成数字量，这是一种具有12位精度A/D、8路以上I/O通道、16/8路模拟差分采集通道、2路模拟输出通道、具有2路32位可输入/输出计算器的数据采集卡数据采集卡2，其通过PCI接口连接工控机3对这些信号进行软件处理，并将结果(此时已经为控制指令)反馈回数据采集卡2，再经过引脚DAC0和DAC1送入信号调理模块1，信号调理模块1的控制输出端DAC_0和DAC_1同时还分别与变频器4、加载控制器5连接，以传递控制指令，使变频器4调节风机12，加载控制器5调节直流电机11，以创造出适合各种工况的模拟状态。

另外，人机操作界面6连接在数据采集卡2上，以提供报警、故障显示等辅助功能。

本实施例中，底盘测功机7采用双转鼓底盘测功机，即在汽车驱动轮下设置有两个转鼓(也可称之为滚轴)。当转鼓转动，即可带动驱动轮旋转，称为正向拖动，而当驱动轮转动，则带动转鼓旋转，则称为反向拖动。通用的加载控制器一般采用电涡流加载控制器，这种加载控制器对系统的控制性能有较大的制约，而本发明中的加载控制器采用电回馈加载控制器，能够对转鼓进行反拖动，转鼓可反拖起动，从而可对发动机进行瞬态加载，直接对底盘测功机进行转矩控制，提高了系统的效率和精度。

本发明的工作过程如下：首先由扭矩传感器8和速度传感器9采集原始信号，传送到信号调理模块1，信号调理模块1对原始信号进行滤波/放大/转换等处理后，向数据采集卡2输出规范的标准信号，数据采集卡2进行接收并采样，再转换成数字信号，由工控机3对接收的这些数字信号进行计算处理，计算方式为通过数学运算，由测定的扭矩值和速度值，相乘推算出驱动轮功率值，并根据结果得出控制指令；同时，工控机3将控制指令反馈给数据采集卡2，数据采集卡2再与信号调理模块1交换信号由信号调理模块1向加载控制器5及变频器4发出控制指令。其中加载控制器5在本发明的控制系统中起到了枢纽作用，它与底盘测功机7共同构成本系统的硬件平台。

本发明可模拟多种车辆的运行工况，可对汽车驱动轮的输出功率、尾气组成、滑行性能、加速性能、油耗进行测试，并能校验汽车车速表，并对试验过程中的数据进行分析。其功能和方法如下所述：

1.恒速法测试汽车驱动轮的输出功率

使汽车在底盘测功机的双转鼓上行驶，并且保持节气门始终全开。本系统采用PID(Proprotional比例—微分—积分)控制方法，控制双转鼓的转速为某一事先设定的恒定值，由于双转鼓的转动，带动汽车驱动轮旋转，则汽车的车速也将被限制在与该恒定值对应的测速点上，同时通过扭矩传感器测量转鼓的扭矩，测定的扭矩与固定车速相乘即可获得被测汽车在这一速率点上的驱动轮输出功率。

在整个过程中，信号调理模块、数据采集卡是对信号进行前期处理的，而后由计算机处理运算得出相应的结果。

2.恒扭法测试汽车驱动轮的输出功率

与功能1类似，使汽车在底盘测功机的双转鼓上行驶，保持节气门始终全开。本系统通过加载控制器控制电机对双转鼓输出某一恒定扭矩，当汽车驱动轮恒定行驶在某一速率点时，速度传感器记下该速率点，测定的速率与恒定的扭矩相乘即可得出被测汽车在某一恒定扭矩的驱动轮输出功率。

3.工况法测试尾气

汽车在转鼓上按照国家标准规定的15工况行驶，该工况为国家标准，具体包括加速、恒速、怠速、刹车、滑行等行驶工况，这里的底盘测功机系统即模拟该15工况对汽车进行加载。在实验过程中，气体流量传感器测试尾气流量；尾气分析仪对尾气组分进行分析，提供尾气中各组分气体的百分比浓度。最后可得尾气中各组分气体的质量。这里所涉及到的气体流量传感器属于其他模拟量传感器，与尾气分析仪配套使用，由于在本发明中不属于重点，在此不做详细描述。

4.检验汽车滑行性能

滑行测试可不使用汽车。事先在工控机中输入被测试车辆的各项参数以及设定的滑行初速度，由本系统开始模拟汽车在实际路面上的滑行过程，通过加载控制器控制电机及变频器控制风机，模拟汽车的行驶工况。当电机驱动转鼓的转速达到设定初值时，速度传感器测定后送入工控机中，工控机输出控制指令使加载控制器和变频器施加相应的阻力，滑行测试开始，直至转鼓停止转动，滑行结束。在整个滑行过程中，通过测试车辆由初始速度变化为零的时间，以及模拟出的相应的阻力大小，即可检验汽车的滑行性能。

5.检验汽车加速性能

该过程与功能4大致相反，事先在工控机中输入汽车加速的初始速度和终止速度。由本系统开始模拟汽车在实际路面上的滑行过程，当车速达到初始速度时，速度传感器测定后送入工控机中，工控机输出控制指令使加载控制器和变频器施加相应的阻力，加速测试开始。此时，驾驶员驾驶车辆以最快的速度加速，当车速达到终止速度时，加速试验自动结束，本系统保存实验全过程的数据。在整个加速过程中，通过测试车辆由初始速度变化为终止速度的时间，以及模拟出的相应的阻力大小，即可检验汽车的加速性能。

6.校验车速表

当汽车以某一恒定速率行驶时，由本系统的速度传感器获得准确的车速数据，而后变换车速，重复执行，并以此为基准，对汽车车速表进行校验。

7.测试油耗

可选择“按时间测试”和“按容量测试”油耗。稳妥地接好油耗仪(这里的油耗仪属于其他模拟量传感器，可接入信号调理模块中未使用的引脚)后，驾驶员控制油门，驾驶汽车在底盘测功机上以某一恒定速率行驶，当到达设定的时间/容量时，本系统即可将测试结果转换为标准的百公里油耗。

8.试验数据分析

试验过程中实时采集并保存好数据，由分析软件生成曲线图，其中包括速度时间曲线、速度位移曲线、功率转速曲线、扭矩转速曲线、油耗曲线等最后打印出符合国家标准要求的实验报表。

Claims (6)

1、一种汽车底盘测功机系统，其特征在于包括有信号调理模块、数据采集卡、工控机、变频器、加载控制器、底盘测功机、传感器、直流电机和风机，信号调理模块的输入端通过传感器与底盘测功机连接，其输出端与数据采集卡块的输入端连接，数据采集卡的输出端与工控机连接，信号调理模块控制输出端同时还与连接有风机的变频器和连接有直流电机的加载控制器连接。

2、根据权利要求1所述的汽车底盘测功机系统，其特征在于所述传感器为扭矩传感器及速度传感器、油耗仪、流量计。

3、根据权利要求1所述的汽车底盘测功机系统，其特征在于所述底盘测功机采用双转鼓底盘测功机。

4、根据权利要求1所述的汽车底盘测功机系统，其特征在于加载控制器采用电回馈加载控制器，能够对转鼓进行反拖动，转鼓可反拖起动。

5、根据权利要求1所述的汽车底盘测功机系统，其特征在于有人机操作界面与信号调理模块连接。

6、根据权利要求1所述的汽车底盘测功机系统，其特征在于数据采集卡采用具有12位精度、200K的采样速率、16路模拟输入通道、2路模拟输出通道、8路数字输出通道的数据采集卡。

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