CN212482755U - 一种车辆底盘测功机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车辆底盘测功机系统，该系统包括底盘测功机和电网，还包括功率柜、变频柜、第一滚筒加载电机、第二滚筒加载电机、PTO加载电机、变频风机、滚筒部分、升速箱部分、传感器部分、数据采集系统、主控单元、软件系统、安全保障装置、滚筒锁止装置、车辆废气排出装置、司机助以及辅助驾驶装置；以汽车为主要试验对象，同时兼顾新能源汽车与农业拖拉机，并设置能量回馈单元实现能量回馈电网。本实用新型以汽车为主要试验对象，同时兼顾新能源汽车与农业拖拉机，并设置能量回馈单元实现能量回馈电网；基于试验技术与规范，以满足试验项目与功能需求，构建的新型车辆馈能式交流底盘测功机系统。

Description

一种车辆底盘测功机系统

技术领域

本实用新型属于车辆底盘测功机技术领域，具体涉及以汽车为主要试验对象，同时兼顾新能源汽车与农业拖拉机，并设置能量回馈单元实现能量回馈电网的一种车辆底盘测功机系统。

背景技术

车辆底盘测功机，又称转鼓试验台，是用在室内模拟车辆在道路或田间作业时的各种工况载荷(行驶阻力)，并测试车辆动力性、经济性、排放特性和牵引特性等车辆性能的试验测试装置，在车辆性能研究、新产品开发和车辆质量检测中不可或缺。在车辆底盘测功机上进行车辆性能验证试验，可排除外界环境因素的影响，有试验速度快、精度高、费用低、数据稳定、可比性好等优点。近年来以 IGBT 为代表的高速、大功率电力电子技术及互联网技术的出现以及计算机性能和测控技术的快速发展，现代整车测试测控制系统已经向自动化、智能化、集成化和网络化方向发展，因此构建开发针对多种车型、功能齐全的新型车辆底盘测功机系统显得十分必要。

实用新型内容

有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供了一种车辆底盘测功机系统，以汽车为主要试验对象，同时兼顾新能源汽车与农业拖拉机，并设置能量回馈单元实现能量回馈电网。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种车辆底盘测功机系统，包括底盘测功机和电网，还包括功率柜、变频柜、第一滚筒加载电机、第二滚筒加载电机、PTO加载电机、变频风机、滚筒部分、升速箱部分、传感器部分、数字采集系统、主控单元、软件系统、安全保障装置、滚筒锁止装置、车辆废气排出装置、司机助以及辅助驾驶装置；所述功率柜、变频柜、第一滚筒加载电机、第二滚筒加载电机、PTO加载电机、变频风机、滚筒部分、升速箱部分、传感器部分、安全保障装置、滚筒锁止装置、车辆废气排出装置、司机助、辅助驾驶装置均与主控单元相连，第一滚筒加载电机、第二滚筒加载电机、PTO加载电机、变频风机、滚筒部分、升速箱部分、传感器部分均与数字采集系统相连，所述数字采集系统、软件系统、主控单元相互连接；

所述滚筒部分包括左滚筒、右滚筒，所述升速箱部分包括第一升速箱、第二升速箱，所述传感器部分包括第一扭矩传感器、第二扭矩传感器、第三扭矩传感器、牵引力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一速度传感器、第二速度传感器、发动机转速传感器、发动机油温传感器、进气温度传感器、排气温度传感器、进气负压传感器、电流传感器、电压传感器；所述第一升速箱设在第一滚筒加载电机与左滚筒之间，所述第二升速箱设在第二滚筒加载电机与右滚筒之间。

进一步的，所述底盘测功机采用单滚筒底盘测功机。

进一步的，所述第一滚筒加载电机、第二滚筒加载电机、PTO加载电机均采用交流电机，第一滚筒加载电机、第二滚筒加载电机实现双向独立加载、左右车轮同步加载。

进一步的，所述安全保障装置包括非驱动轮锁紧装置、立柱拉索装置。

进一步的，所述滚筒锁止装置采用棘轮棘爪式锁止装置。

进一步的，所述司机助与主控单元采用分屏器连接。

进一步的，所述辅助驾驶装置为辅助驾驶机器人。

进一步的，所述数字采集系统包括具有32个模拟量通道的模拟量采集卡和具有8路DI/DO、４个计数器的数字量采集卡，所述软件系统为DSP模块，软件系统包括测控系统软件和数据库软件。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的一种车辆底盘测功机系统及其工作方法，以汽车为主要试验对象，同时兼顾新能源汽车与农业拖拉机，并设置能量回馈单元实现能量回馈电网；

本实用新型以汽车为主要试验对象，同时兼顾新能源汽车与农业拖拉机，基于试验技术与规范，以满足试验项目与功能需求，构建的新型车辆馈能式交流底盘测功机系统，本实用新型给出该试验系统中涉及的车辆、电子、控制、动力、软件等设计领域的统一描述，对系统各部件进行选型匹配，以期为扩展车辆底盘测功机的对象及功能，并提高其自动化水平提供参考。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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是本实用新型底盘测功机系统硬件结构图；

图2是本实用新型电气系统原理图；

图3是本实用新型能量回馈单元电气系统原理图；

图4是本实用新型机械系统原理图；

图5是本实用新型测控系统原理图；

图6是本实用新型总体软件框图；

图7是本实用新型辅助驾驶装置原理图；

图中标记：1、电网，2、功率柜，3、变频柜，4、第一滚筒加载电机，5、PTO加载电机，6、变频风机，7、第二滚筒加载电机，8、第一升速箱，9、第二升速箱，10、左滚筒，11、右滚筒，12、被测车辆，13，第一信号调理模块，14、第二信号调理模块，15、第三信号调理模块，16、第四信号调理模块，17、CAN总线，18、滚筒锁止装置，19、安全保障装置，20、辅助驾驶装置，21、司机助，22、手持控制器，23、油耗仪，24、打印机，25、尾气测试仪，26、数字采集系统，27、主控单元，28、软件系统，29、第一扭矩传感器，30、第二扭矩传感器，31、第三扭矩传感器，32、牵引力传感器，33、第一温度传感器，34、第二温度传感器，35、第一速度传感器，36、第二速度传感器，37、发动机转速传感器，38、发动机油温传感器，39、进气温度传感器，40、排气温度传感器，41、进气负压传感器，42、电流传感器，43、电压传感器。

具体实施方式

下面给出具体实施例，对本实用新型的技术方案作进一步清楚、完整、详细地说明。本实施例是以本实用新型技术方案为前提的最佳实施例，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

一种车辆底盘测功机系统，包括底盘测功机和电网1，还包括功率柜2、变频柜3、第一滚筒加载电机4、第二滚筒加载电机7、PTO加载电机5、变频风机6、滚筒部分、升速箱部分、传感器部分、数字采集系统26、主控单元27、软件系统28、安全保障装置19、滚筒锁止装置18、车辆废气排出装置、司机助21以及辅助驾驶装置20；所述功率柜2、变频柜3、第一滚筒加载电机4、第二滚筒加载电机7、PTO加载电机5、变频风机6、滚筒部分、升速箱部分、传感器部分、安全保障装置19、滚筒锁止装置18、车辆废气排出装置、司机助21、辅助驾驶装置20均与主控单元27相连，第一滚筒加载电机4、第二滚筒加载电机7、PTO加载电机5、变频风机6、滚筒部分、升速箱部分、传感器部分均与数字采集系统26相连，所述数字采集系统26、软件系统28、主控单元27相互连接；

所述滚筒部分包括左滚筒10、右滚筒11，所述升速箱部分包括第一升速箱8、第二升速箱9，所述传感器部分包括第一扭矩传感器29、第二扭矩传感器30、第三扭矩传感器31、牵引力传感器32、第一温度传感器33、第二温度传感器34、第一速度传感器35、第二速度传感器36、发动机转速传感器37、发动机油温传感器38、进气温度传感器39、排气温度传感器40、进气负压传感器41、电流传感器42、电压传感器43；所述第一升速箱8设在第一滚筒加载电机4与左滚筒10之间，所述第二升速箱9设在第二滚筒加载电机7与右滚筒11之间。

进一步的，本实用新型还包括位于左滚筒10、右滚筒11的被测车辆12、手持控制器22、油耗仪23、打印机24、尾气测试仪25。

进一步的，所述底盘测功机采用单滚筒底盘测功机。

进一步的，所述第一滚筒加载电机4、第二滚筒加载电机7、PTO加载电机5均采用交流电机，第一滚筒加载电机4、第二滚筒加载电机7实现双向独立加载、左右车轮同步加载。

进一步的，所述安全保障装置19包括非驱动轮锁紧装置、立柱拉索装置。

进一步的，所述滚筒锁止装置18采用棘轮棘爪式锁止装置。

进一步的，所述司机助21与主控单元27采用分屏器连接。提示驾驶员如何操作、显示试验进展情况和检测结果，辅助驾驶员在底盘测功机上进行驾驶的，可以让驾驶员清楚的看到对车辆驾驶的情况。

进一步的，所述辅助驾驶装置20为辅助驾驶机器人。

进一步的，所述数字采集系统26包括具有32个模拟量通道的模拟量采集卡和具有8路DI/DO、４个计数器的数字量采集卡，所述软件系统28为DSP模块，软件系统28包括测控系统软件和数据库软件。数字采集系统26采用NI的DAQ9205模拟量采集卡和9401数字量采集卡，9205卡共有32个模拟量通道，统一设置为0~10V信号；9401卡有8路DI/DO，具备4个计数器。

本实施例中，第一滚筒加载电机4、第二滚筒加载电机7的作用均如下：工作于发电机模式（测功模式）时，可利用其优良的低速扭矩特性，模拟车辆稳态阻力和加速阻力；工作于电动机模式（驱动模式）时，电机可对车辆进行反拖，用于车辆传动阻力、制动器的制动力及稳定性能测试等。PTO加载电机5用于对拖拉机动力输出轴进行加载。第一升速箱8、第二升速箱9设置在第一滚筒加载电机4、第二滚筒加载电机7与左滚筒10、右滚筒11之间，设置两个传动比，分别为1与15，通过调节升速箱传动比来调整滚筒转速以满足汽车及拖拉机的试验需求。当传动比为1时，进行汽车性能试验，当传动比为15时，降速增扭以进行拖拉机的相关试验；

基于拖拉机田间作业左右驱动轮载荷不同，系统选用2台滚筒加载电机，可双向独立加载，左右车轮同步加载。按25%的冗余量计算加载电机的额定功率，选用采用皖南测功机专用变频电机，主要参数如下，额定功率：132kW；额定转速：1480r/min；额定转矩：852N·m；调速范围：150~2960 r/min；效率：94.8%。PTO加载电机5的额定功率为150kW；

变频风机6通过对车辆行驶散热气流的模拟，实现风速自动跟随车速，对车辆的发动机进行冷却，其主要参数如下，额定功率：37kW；最大风量：80000 m³/h；风速跟随误差：±5 km/h；

滚筒部分保证车辆的驱动轮与滚筒表面有足够的附着力，使车辆驱动桥输出的功率传递给测功器。其主要参数如下，直径：1700mm；长度：1300mm；中心距：400mm；动态平衡等级：2.5；级表面处理：采用金属热喷涂，牢固、耐磨、高硬度；

升速箱部分用于调整滚筒转速以满足汽车及拖拉机的试验需求，设置两个传动比，分别为1与15，当传动比为1时，进行汽车性能试验，当传动比为15时，降速增扭以进行拖拉机的相关试验。

电压传感器43、电流传感器42为功率柜2、变频柜3自带装置，第一温度传感器33、第二温度传感器34均采用PT100铂热电阻，它的阻值会随着温度的上升而增大，牵引力传感器选用威斯特中航生产的拉力传感器，量程为50kN，扭矩传感器均采用U10M，量程为25kN，速度传感器均选用欧姆龙 E6B2-CWZ6C 增量式旋转编码器，其分辨率为600P/R；

主控单元27采用快速原型控制器LINKS-RT，其搭载的MIC3612芯片，含4路串行通讯接口，支持RS-232/422/485，最高支持921.6Kbps波特率，支持RTS/CTS数据流控制功能。可以借助Simulink直观、方便的开发环境，利用RT-Coder完成对底层驱动的配置，从而一键生成可以用于LINKS-RT的C代码。RT-Sim采用CAN通讯，实时的显示LINKS-RT传到上位机的数据，同时可以对下载到LINKS-RT的控制策略参数进行在线修改，根据不同试验选择不同控制方法(ASR、ATR、ALR)，同时可以对试验过程及数据进行有效管理，并生成相关报表。通过USBCAN-II接口卡实现计算机与LINKS-RT的连接与数据交换。通过开关量输出端口对过电压、过电流、过热、超速等异常进行报警,以防意外事故的发生；

快速原型控制器(RCP)利用自动代码生成技术，将建模与仿真时的控制算法下载到其硬件平台上，该控制器通过连接真实的被控对象，进而实现对控制算法运行状况的快速的实物验证。在对产品级的控制器还未开发时，就可以实现对控制算法的开发以及真实运行测试，其试验的结果同时还能为硬件的设计提供指导。

软件系统28分为测控系统软件和数据库软件两个部分，测控软件采用LINKS-RT基于Matlab/Simulink进行开发，测试界面采用美国NI公司的LabVIEW进行设计；数据库采用网络化数据库SQL Server进行设计，便于系统联网。系统总体软件框图如图6所示，主要由用户管理模块、数据采集模块、控制系统模块、系统配置模块、试验系统模块、标定和报表生成输出模块构成。在满足测控系统功能要求的同时，要保持模块间的低耦合性，减少单个模块的内聚，尽量做到最大化程度的高内聚低耦合，从而增强各模块的可移植性；

辅助驾驶装置20主要由主控制单元、数据采集单元和执行器单元组成，将辅助驾驶装置固定在试验车辆驾驶员座位上，并将执行并将执行器元件与车辆踏板、换挡杆、点火开关连接好，操作人员进行相关参数设定。底盘测功机系统进行试验时，辅助驾驶装置按照试验行驶工况控制执行器对车辆进行加速、减速，试验过程中，底盘测功机测控系统不断的采集试验车辆的车速等信息，并与试验工况数据进行对比，以判断需要加速还是减速，若车辆瞬时速度低于工况需求的速度，则需要加速，迅速查表获得所需的加速踏板位移，与辅助驾驶装置数据采集单元得到的加速踏板位置信息比较后，主控制单元发出控制信号，通过伺服控制单元控制加速踏板对车辆进行加速，反之，则控制制动踏板进行减速。

进一步的，该系统还具有车辆废气排出装置、配电和馈电系统，车辆废气排出装置由排烟风机、排烟管道及与车辆排气尾管连接件组成。配电和馈电系统采用双路IGBT装置，在回馈单元中设定直流母线的工作电压上下限，当工作电压超过上限值时，回馈单元向电网回馈电能，当工作电压低于下限值时，电网向直流母线供电，采用三相PWM整流器作为前级AC-DC转换，可以实现高功率因数、能量双向流动和稳定可调的直流输出电压，对后级的DC-AC测功单元，采用异步电机的直接转矩控制策略来保证测功机的优良动态性能。

综上所述，本实用新型的一种车辆底盘测功机系统，以汽车为主要试验对象，同时兼顾新能源汽车与农业拖拉机，并设置能量回馈单元实现能量回馈电网。本实用新型以汽车为主要试验对象，同时兼顾新能源汽车与农业拖拉机，基于试验技术与规范，以满足试验项目与功能需求，构建的新型车辆馈能式交流底盘测功机系统，本实用新型给出该试验系统中涉及的车辆、电子、控制、动力、软件等设计领域的统一描述，对系统各部件进行选型匹配，以期为扩展车辆底盘测功机的对象及功能，并提高其自动化水平提供参考。

以上显示和描述了本实用新型的主要特征、基本原理以及本实用新型的优点。本行业技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种车辆底盘测功机系统，包括底盘测功机和电网（1），其特征在于：还包括功率柜（2）、变频柜（3）、第一滚筒加载电机（4）、第二滚筒加载电机（7）、PTO加载电机（5）、变频风机（6）、滚筒部分、升速箱部分、传感器部分、数字采集系统（26）、主控单元（27）、软件系统（28）、安全保障装置（19）、滚筒锁止装置（18）、车辆废气排出装置、司机助（21）以及辅助驾驶装置（20）；所述功率柜（2）、变频柜（3）、第一滚筒加载电机（4）、第二滚筒加载电机（7）、PTO加载电机（5）、变频风机（6）、滚筒部分、升速箱部分、传感器部分、安全保障装置（19）、滚筒锁止装置（18）、车辆废气排出装置、司机助（21）、辅助驾驶装置（20）均与主控单元（27）相连，第一滚筒加载电机（4）、第二滚筒加载电机（7）、PTO加载电机（5）、变频风机（6）、滚筒部分、升速箱部分、传感器部分均与数字采集系统（26）相连，所述数字采集系统（26）、软件系统（28）、主控单元（27）相互连接；

所述滚筒部分包括左滚筒（10）、右滚筒（11），所述升速箱部分包括第一升速箱（8）、第二升速箱（9），所述传感器部分包括第一扭矩传感器（29）、第二扭矩传感器（30）、第三扭矩传感器（31）、牵引力传感器（32）、第一温度传感器（33）、第二温度传感器（34）、第一速度传感器（35）、第二速度传感器（36）、发动机转速传感器（37）、发动机油温传感器（38）、进气温度传感器（39）、排气温度传感器（40）、进气负压传感器（41）、电流传感器（42）、电压传感器（43）；所述第一升速箱（8）设在第一滚筒加载电机（4）与左滚筒（10）之间，所述第二升速箱（9）设在第二滚筒加载电机（7）与右滚筒（11）之间。

2.根据权利要求1所述的一种车辆底盘测功机系统，其特征在于：所述底盘测功机采用单滚筒底盘测功机。

3.根据权利要求1所述的一种车辆底盘测功机系统，其特征在于：所述第一滚筒加载电机（4）、第二滚筒加载电机（7）、PTO加载电机（5）均采用交流电机，第一滚筒加载电机（4）、第二滚筒加载电机（7）实现双向独立加载、左右车轮同步加载。

4.根据权利要求1所述的一种车辆底盘测功机系统，其特征在于：所述安全保障装置（19）包括非驱动轮锁紧装置、立柱拉索装置。

5.根据权利要求1所述的一种车辆底盘测功机系统，其特征在于：所述滚筒锁止装置（18）采用棘轮棘爪式锁止装置。

6.根据权利要求1所述的一种车辆底盘测功机系统，其特征在于：所述司机助（21）与主控单元（27）采用分屏器连接。

7.根据权利要求1所述的一种车辆底盘测功机系统，其特征在于：所述辅助驾驶装置（20）为辅助驾驶机器人。

8.根据权利要求1所述的一种车辆底盘测功机系统，其特征在于：所述数字采集系统（26）包括具有32个模拟量通道的模拟量采集卡和具有8路DI/DO、４个计数器的数字量采集卡，所述软件系统（28）为DSP模块，软件系统（28）包括测控系统软件和数据库软件。

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