汽车底盘测功机测控系统研究毕业设计

本科生毕业论文（设计）题 目：汽车底盘测功机测控系统研究专业代码作者姓名学 号单 位指导教师1原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的相应责任。学位论文作者签名： 日期 指 导 教 师 签 名： 日期 摘 要随着科学技术的发展，汽车结构不断完善，汽车性能不断提高。也就是说，现代汽车性能是为了满足使用者日益提高的要求，不断地被改进而且日趋完善的。汽车的安全性、稳定性、舒适性和大功率成为主要追求目标，制动防抱死装置（ABS） 、四轮转向、微处理机（MCPU）被广泛采用。总之，对环境的污染越来越小，燃油经济性越来越好，安全性越来越高是汽车发展的趋势。人们对汽车性能的要求的不断提高，一方面促进了传统的汽车技术与现代的电子技术的结合，使汽车的经济技术指标在最近几十年有了大幅度的提高；另一方面，它促进汽车综合性能（如排放、油耗、加速、制动、平顺性和可靠性）现代检测技术的发展和广泛应用，大大提高了汽车新产品的开发速度和出厂产品质量的控制能力。检测技术作为现代制造技术的重要组成部分。随着电子技术和机械加工工业的发展，在传统检测方法的基础上，逐步发展成现代汽车诊断与检测技术。汽车检测通常指使用现代检测技术和设备，结合计算机、自动控制等高新技术来检测汽车技术状况。它是以工程数学、故障物理、可靠性理论、电子学和电子技术、信息控制理论等为基础的一门综合性应用科学。汽车检测对于保证交通安全、加强环境保护，提高运输能力和降低生产成本都具有重要意义。因此选择汽车性能检测作为研究课题是很有现实意义的。本文主要研究内容是汽车底盘测功机测控系统的研究。介绍了汽车底盘测功机的发展现状、基本构造、电模拟原理，重点以电涡流测功器为例介绍了测控系统，并简单介绍了其它的测功机。关键词：汽车底盘测功机；测控系统；电涡流测功器 iAbstractThe structure of auto is consummated gradually and performance of auto is enhanced gradually along with technology development.That is to say,Today the performance of auto is to meet usersincreasingly elevated require.It also is mended to gets to be perfect gradually.The main object about auto which is pursued by people is the security,stability,comfort and high-power.ABS,four cycle turning,MCPU are adopted in auto.In a word,the development trend about auto is that pollution to environmental is less and less;fuel is consumed more economical;security is better and better.On the one hand,the require to auto which is enhanced gradually promotes traditional auto technique to integrate moder electron technique.And the economy-technique-standard about auto has been improved greatly in the last several decade.On the other hand,it promotes modernsynthesis performance testing technique to develop and apply abroad.So exploiture speed about new auto is faster and control ability about new auto is advanced.Testing technique is the important part of modern manufacture technique.It bases on traditional testing methods and develops to modern auto diagnosis and testing technique along with electron technique and machining technique development.Auto testing is to test auto status using modern testing technique and equipment and combining computer,autocontrol technique.Its a synthesis application science based on engineering math,fault physics,dependability theory, electron and information control theory,etc.Auto testing technique has an important meaning to traffic security,protecting environment,advancing transport ability and reducing production cost.So there is a realistic meaning to select auto performance testing as research task.This article main research content is the motor car chassis measurement of power machine observation systems researchIntroduced the motor car chassis measurement of powers machine development present situation, the fundamental construction, the electrical analogy principle, key introduced take the electricity turbulent flow dynamometer as the example the observation system, and introduced other measurements of power machine simply.iiKey words: Motor car chassis measurement of power machine;Observation system ;Electricity turbulent flow dynamometer目 录前 言 11.绪 论 .11.1 汽车底盘测功机概述 11.2 底盘测功机的发展现状 31.3 课题的研究意义 51.4 研究内容 52.汽车底盘测功机基本构造与电模拟原理 .52.1 转鼓与机械传动系统 62.2 直流电力测功机与电气系统 62.3 测功机测控系统 72.3.1 工控机与数据采集卡的选择 72.3.2 信号输入及输出通道 72.4 加载方案 82.5 加载装置 92.5.1 液力测功器 92.5.2 电力测功器 92.5.3 电涡流测功器 92.6 测量装置 92.7 电模拟原理 .103.电涡流测功机 103.1 结构和工作原理 .103.2 电涡流测功机的外特性曲线 .113.3 电涡流测功机作为能量吸收装置的几个应用技术问题 .113.3.1 吸收功率确定及增速措施 .113.3.2 吸收功率控制 .123.3.3 水冷却及其水温超温保护 .12I4.其他测功机 134.1 水力测功机 .134.2 直流测功机 .134.3 交流测功机 .13结 论 .14参考文献 15致 谢 .160汽车底盘测功机测控系统研究前 言随着科学技术的发展，汽车结构不断完善，汽车性能不断提高。也就是说，现代汽车性能是为了满足使用者日益提高的要求，不断地被改进而且日趋完善的。早期的汽车是在马车的基础上发展起来的，在类似马车的底盘上装上动力装置便构成汽车。早期的汽车能够行驶，可以取代马车，便使众人为之震惊。随着时间的推移，人们对汽车性能的要求越来越高，20 世纪 70 年代以前，功率大、车速高是人们追求的主要目标；70 年代以后，由于两次世界性石油危机的出现，低油耗、低公害受到了世界各国的普遍重视。为了适应全球各地在燃油经济性和尾气排放等方面日益严格的标准，迫使汽车厂商不得不巨额投资以提高产品性能。电动和燃油混合动力型汽车、燃料电池汽车等多种动力技术将日趋普及，这些尖端技术可望在将来减少或消除汽车尾气排放及其对环境的污染。80 年代，汽车的安全性、稳定性、舒适性和大功率成为主要追求目标，制动防抱死装置（ABS）、四轮转向、微处理机（MCPU）被广泛采用。总之，对环境的污染越来越小，燃油经济性越来越好，安全性越来越高是汽车发展的趋势。测试汽车整车的行驶性能，往往采用试车场试验或实际道路行驶试验，这两种试验方法需要的财力和人力均较多，且重复性差，易受环境因素的干扰。除此之外，还可以在室内条件下通过底盘测功机测定。在道路上行驶时是汽车相对于静止的路面作纵向运动，在底盘测功机上是以转鼓的表面来取代路面，这时是转鼓的表面相对于静止的汽车作旋转运动。试验时，使用汽车底盘测功机模拟汽车的行驶阻力（与一定的计算机技术与数据处理方法相结合），可以测试发动机功率、汽车加速性能以及爬坡性能，能解决发动机与车辆的合理匹配问题，并且可以进行油耗试验。1.绪 论1.1 汽车底盘测功机概述1随着科学技术的发展，汽车结构不断完善，汽车性能不断提高。也就是说，现代汽车性能是为了满足使用者日益提高的要求，不断地被改进而且日趋完善的。早期的汽车是在马车的基础上发展起来的。在类似马车的底盘上装上动力装置便构成汽车。早期的汽车能够行驶，可以取代马车，便使众人为之震惊。随着时间的推移，人们对汽车性能的要求越来越高，20 世纪 70 年代以前，功率大、车速高是人们追求的主要目标；70 年代以后，由于两次世界性石油危机的出现，低油耗、低公害受到了世界各国的普遍重视。为了适应全球各地在燃油经济性和尾气排放等方面日益严格的标准，迫使汽车厂商不得不巨额投资以提高产品性能。电动和燃油混合动力型汽车、燃料电池汽车等多种动力技术将日趋普及，这些尖端技术可望在将来减少或消除汽车尾气排放及其对环境的污染，80 年代，汽车的安全性、稳定性、舒适性和大功率成为主要追求目标，制动防抱死装置（ABS）、四轮转向、微处理机（MCPU）被广泛采用。总之，对环境的污染越来越小，燃油经济性越来越好，安全性越来越高是汽车发展的趋势。人们对汽车性能的要求的不断提高，一方面促进了传统的汽车技术与现代电子技术的结合，使汽车的经济技术指标在最近几十年有了大幅度的提高；另一方面，它促进汽车综合性能（如排放、油耗、加速、制动、平顺性和可靠性）现代测试技术的发展和广泛应用，大大提高了汽车新产品的开发速度和出厂产品质量的控制能力。汽车的好坏是通过具体的性能和性能指标来加以评价的。汽车行驶性能，是指汽车在驱动力作用下，克服各种阻力前进的能力，一般包括最高车速、性能和爬坡能力等。这些性能的好坏主要受发动机功率和传动系性能的支配（因而行驶性能又称动力性能），同时也受到空气阻力影响，还需克服传动系、行驶系、转向系、制动系等各相关部分的摩擦损失及轮胎损失。测试汽车整车的行驶性能，往往采用试车场试验或实际道路行驶试验，这两种试验方法需要的财力和人力均较多，且重复性差，易受环境因素的干扰。除此之外，还可以在室内条件下通过底盘测功机测定。在道路上行驶时是汽车相对于静止的路面作纵向运动，在底盘测功机上是以转鼓的表面来取代路面，这时是转鼓的表面相对于静止的汽车作旋转运动。试验时，使用汽车底盘测功机模拟汽车的行驶阻力（与一定的计算机技术与数据处理方法相结合），可以测试发动机功率、汽车加速性能以及爬坡性能，能解决发动机与车辆的合理匹配问题，并且可2以进行油耗试验。测功机主要有单转鼓式和双转鼓式两种。如图 1 所示为单转鼓式测功机，其转鼓直径越大，车轮在转鼓上就越像在平路上滚动。但加大转鼓的直径，测功机的制造和安装费用将显著增加，所以一般鼓径均在 1500 毫米以上而不超过20002500 毫米。单转鼓测功机对试验车辆的安放定位要求较严，车轮与转鼓的对中比较困难，但其试验精度比较高，故主要用于汽车制造和科研单位。图 1 单转鼓式测功机图 2 双转鼓式测功机图 2 所示为双转鼓式测功机，其转鼓直径比单转鼓测功机的转鼓直径要小得多，一般在 185400 毫米范围内，随试验的车速而定。转鼓的曲率半径小，轮胎和转鼓的接触情况就和在道路上的受压情况不一样，故试验精度较低。但这样的试验台对试验车的安放要求不高，使用方便，而且成本低，适合保修企业在进行汽车技术状况检查和故障诊断时使用。1.2 底盘测功机的发展现状在 80 年代以前，汽车检测设备主要以机械结构为主，如：机械式侧滑实验台、测力弹簧结构的制动实验台等，而汽车底盘测功机也主要以机械模拟为主，即采用飞轮模拟汽车行驶时的平移质量和旋转质量的惯量阻力，它们只能检测汽3车在低速行驶状态下的参数，且精度很低。显然，传统结构设计的汽车检测设备是不能满足要求的。进入 80 年代，随着汽车机电一体化的发展，汽车检测设备也进入了机电一体化设计阶段。电子技术能获得广泛应用的原因，主要是电子控制系统的功能自由度大、精度高、工作稳定，利用这些优点和汽车检测设备相结合便能去开发研制新一代高精度的汽车检测设备。在传统结构的汽车检测设备的基础上，我们尽量减少机械传动环节，并采用反应速度快的高精度传感器，电子计算机与机械装置相结和的方法来设计汽车检测设备，为检测高速行驶中的汽车的真实性能提供了可能性。以汽车底盘测功机为例，此阶段的汽车底盘测功机主要是采用接线-电模拟方式，用飞轮模拟汽车惯性阻力，用电负荷模拟汽车的另一部分行驶阻力，大大提高了检测的精度。当时，德、日、美三国的很多公司纷纷投入大量的人力、物力开发研制机械-电模拟的汽车底盘测功机，并取得了很大成果。如德国 schenck 公司生产的单、双鼓底盘测功机，日本 MEIDESHA 公司生产的单鼓底盘测功机，美国 CLAYTON 公司 ECE-50 型双鼓底盘测功机和美国Burke 生产的 48 寸单鼓底盘测功机。随着研究的不断深入，人们发现采用飞轮组来模拟汽车的惯性阻力是有级模拟。对于测定稳定工况下的汽车性能而言，在转鼓实验台上只要装有作为负荷的测功机就可以，而且希望旋转部分的惯性矩尽量小，以减少惯性对测量装置的影响；对于测定非稳定工况的汽车性能而言，为了模拟汽车重量的影响，则实验台旋转质量的动能应与行驶汽车的动能相等。因此，必须采用惯性可调的飞轮，传动比可以改变的增速器或通过电力驱动的调节来改变实验台旋转质量的动能，以适应重量不同的各种车型的需要。惯性飞轮可以直接安装在转鼓轴上或通过增速器连接。在后一种情况下，飞轮可以大大缩小，因为飞轮所能储存的动能是与传动比平方成正比，但增添增速器将增加实验台的成本。此外，有些实验台，为了扩大量程，往往装有几个惯量不同的飞轮，这些飞轮都可以利用离合器与转鼓连接，以便根据汽车的重量来选择负荷，但其结构复杂而且制造成本高。因此人们开始研制通用的转鼓实验台，即电力汽车底盘测功机，它利用电磁力及发电机结构提供测功机所需要的载荷。我们知道，发电机和电动机的原理是可逆的，所以一般电力测功机至少有两种工况：一是拖动工况，在这种工况下，测功机的测功器作电动机运行，实现发动机起动、冷磨合、测定摩擦功率；二是消耗工况，在这种工况下，测功机的测功器作为发电机运行，以电阻作为负载，吸收转子轴的输入功率。在消耗工况下，通过改变磁通量和改变4负载电阻均可改变回路中的电流，这些都将改变汽车发动机的负载（即输出功率和扭矩）。电力测功机这种实验台没有飞轮装置，汽车的惯性力的模拟也是通过电信号来调节，实现无级模拟。通过对测功机控制系统的良好设计，使其能自动调节并具有满意的动静态品质。1.3 课题的研究意义可以预见，在将来的几十年中，我国将成为一个汽车大国，人均汽车占有量和汽总量都将是一个很大的数字，这就要求在汽车检测方面也要有相对完善和精确的检测器，汽车底盘测功机由于其自身的优点而成为汽车试验研究、产品开发与制造、修质量评定以及环保排放检测等必需的大型检测设备。根据交通部关于汽车维修设备置的规定，一类维修企业及 A 级综合性能检测站均必须配置汽车底盘测功机，上汽车制造厂、技术开发中心、环保排放检测站等在内，中国在未来5-10 年汽车底盘测功机的需求量大致在 2-3 万台。市场总额接近 48-72 万亿元（仅按国产设备价 24 万元/台计），这是一个不可忽视的巨大商机。而国内迄今尚无厂家可以生产汽车工业使用的汽车底盘测功机，唯有依赖进口，绝大多数是从德国申克（Schenck）司、美国保克（Boke）公司和日本小野测器株式会社等引进的，设备价格均达数百万元以上。由此可见，对汽车底盘测功机的研究和进一步发展有利于我国汽车工业发展，尤其对环境的保护起到极大的监督和推动作用。此外，研制发展国产汽车底盘测功机，还会给国家节省大量外汇。1.4 研究内容本文参考了许多研究汽车底盘测功机的专家学者的有关文章，介绍了汽车底盘测功机的国内外发展概况、基本构造以及电模拟工作原理，重点介绍了电涡流测功器的测控原理。其他测功器如水力测功机、直流测功机、交流测功机等因为一些固有的缺点难以应应用。电涡流测功器主要由制动器、测力机构和测速装置等几部分组成，具有控制简单，精确度高等优点。2.汽车底盘测功机基本构造与电模拟原理汽车底盘测功机可以在室内模拟汽车在道路上行驶时的各种工况，可以完成汽车的动力性试验、可靠性试验、经济性试验、排放性能评估与分析及与汽车传动系统有关的专项试验。其基本结构主要包括转鼓及机械系统、直流电力测功及5电气系统、信号采集及处理系统、工控机测控系统和冷却及辅助系统等。图 3 汽车底盘测功机基本结构2.1 转鼓与机械传动系统汽车底盘测功机转鼓及机械部分机械布置型式采用 T 型布置，主要由转鼓、图 4 测功机机械布置型式升速器、联轴器及支撑装置组成，其作用是保证试验车辆的驱动轮与转鼓表面有足够的附着力，使试验车辆驱动桥输出的功率传递给直流测功机。进行汽车的各项性能试验时，汽车驱动轮在转鼓上滚动，由转鼓将动力传递给传动系统，汽车发出的能量最后被测功发电机转换成电能消耗掉。转鼓相当于汽车的行驶路面，其设计周长为 C=5m，经测量直径为 =1591.5mm。为了提高转鼓与汽车轮胎的附着力，防止轮胎打滑，对转鼓的表面进行了热喷涂处理，使之附着系数达到 0.95 以上。由于 T 型布置所需安装空间的宽度较小，结构紧凑，且可以选用现成的汽车传动系部分零件作为升速器。具有多个传动比，可以实现多种汽车在不同车速下与测功机具有很好的匹，即一台测功机可以测试多种型号汽车的性能。2.2 直流电力测功机与电气系统直流电力测功机及电气系统能平稳地吸收传动系传出的功率，并将吸收的功率转换为电能由本系统的负载电阻所消耗，能准确地执行计算机发出的指令，自动调节励磁电流对试验车辆加载；能使测功机以电动机状态运行反拖试验，进行转 鼓转 鼓 后 桥 升 速 器 测 功 电 机冷 却 风 机 系统 司 机 辅 助系 统 转 鼓 振 动 检 测 系 统 PI工 业 控 制 计 算 机 系 统风机 试 验 车 辆 汽 车 固 定 装置油 耗 传 感 器转 鼓 升 速 器 直 流 测 功机 负 载 装 置励 磁 装 置油 温 检 测装 置 转 速 检 测 装置车 速 传 感器 转 矩 传 感器6车辆的冷、热磨合。直流电力测功机及电气系统主要包括：可手动/自动无扰动切换励磁电源、可手动/自动无扰动切换整流电源、控制设备、冷却风机及负载电阻箱等。考虑到试验的对象以中型载重汽车、轻型货车和轿车为主，故选用的直流测功电机容量为 200kW。2.3 测功机测控系统测控系统是计算机自动测量和控制(ComputerAutonlated Measurement andControl，CAMAC)系统的简称。它是自动控制技术、计算机科学、微电子学和通讯技术有机结合、综合发展的产物，是一门新兴的技术。它包括各种数据采集和处理系统、自动测量系统、过程控制系统等等，广泛地应用于国防、科学研究和工农业生产的各个领域。汽车底盘测功机的测控系统就是通过计算机对底盘测功机进行控制，对汽车底盘等进行检测，采集数据并处理及分析，对汽车性能进行测试评估。测功机测控系统实时采集转矩、车速和油耗等电信号，经分析、处理后，采用改变直流测功机励磁电流的方法，调节转鼓转矩，实现对试验车辆动态加载，以达到道路阻力模拟的目的。测功机测控系统如图 5 所示，主要由拉压传感器、多路温度传感器、振动传感器、光电隔离脉冲计数板、油耗传感器、研华 IPC-610 工控机、多路信号处理器及分配器、光电隔离 AD/DA 板、研华 PCL-836 以及 PCL-812PG 数据采集卡等组成。2.3.1 工控机与数据采集卡的选择工控机是一种具有特殊性能的计算机，能在恶劣的工作生产环境下，保证系统连续稳定工作，并能承受环境中的高（低）温、冲击、振动、电磁干扰、潮湿及粉尘等不利因素。本系统采用研华工控机，其稳定性高、可靠性强，底板有4个PCI槽和9个ISA槽，完全满足底盘测功机测控系统扩展要求。信号采集和处理分别选用PCLD-782B、PCL-836、PCL-812PG以及PCLD-780。PCLD-782B为24/16通 道脉冲输入光电隔离卡，实现脉冲信号的隔离与整形，增强系统抗干扰能力；还包括6个独立的16位计数器，最大输入频率达10MHz；PCL-812PG提供16路模拟量输入、16路数字量输入/输出以及两路模拟信号输出，根据需求可以调节模拟信号的输出范围；PCLD-780为接线端子，提供20路模拟/数字量输入、输出接线端。72.3.2 信号输入及输出通道测控系统实时检测并采集传感器的电信号，包括速度、转矩以及油耗等信号。图 5 测控系统结构框图测功发电机定子的偏转通过测力臂架把力作用在转矩传感器上，由转矩传感器发出脉冲信号，经整形放大，通过多路信号脉冲采集板进入数据采集卡 PCL-836的 0 号计数器。直流测功机的转轴上(与转鼓相连)装有测速齿盘(100 个齿)，每转一周，装在测速齿盘处的转速传感器接收 100 个脉冲信号，信号经放大和整形后，由多路信号处理器、光隔板进入数据采集卡 PCL-836 的 1 号计数器。另外，在控制周期内，工控机由数据采集卡 PCL-812PG 输出 0-10V 信号，以此来调节直流测功机励磁电流的大小，完成测功机发电状态下的动态加载，实现电模拟过程。2.4 加载方案打 印 机司 机 辅 助屏 研 华 IPC-610工 控机 控 制 室 监视 屏X-Y曲 线绘 图 仪光 隔 AD数 据 采 集 转 换 板 光隔 多 路 脉 冲 计 数 板 多 路 继 电 器输 出 板汽 车 底 盘 测 功 机 系 统 多 路 信 号处 理 器 分 配 器工 况 显 示屏 电 机励 磁控 制系 统转 鼓转 速传 感器 升 速器 油温 控制 器 油 耗传 感器 振 动位 移传 感器 直 流测 功电 机转 矩传 感器 传 动系 统振 动监 视传 感器负 载 电 阻 切换 装 置冷 却 风 机 系统8直流电力测功机作为发电机运行时，吸收汽车发出功率，将其转化成电能。该工作状态下，常用的加载方案有两种：一种是向电网馈电，由电网的负载损耗；另一种是直接连接固定电阻，由电阻损耗。测功机主要采用了第二种加载方案，具体方案如下：（1）采用一组大电流电子自动开关自动跟踪测功电机的速度，完成分段切换电阻的功能，并由计算机完成实时控制切换。设计1/16、1/8、2/8、3/8、4/8、5/8、6/8、7/8、8/8 九个负载台阶值，全程电阻值可不变换档，控制性能更优良，避免了电阻变档瞬间对调节系统引起的波动。（2）采用主调节器与副调节器构成复合调节系统，即双闭环控制系统，使该系统的调节输出量改变可控硅整流元件的导通角。在切换电阻的每一个台阶值范围内，内环为由副调节器构成的模拟量随动调节系统，外环为由微机构成的主调节系统，它是数字量调节系统，进出口配置有 A/D 与 D/A 转换接口电路，外环既可以进行定值调节，又可以实现随动调节，选用不同的程序可以使整个加载控制系统构成恒定转矩加载控制系统、时变转矩随动加载控制系统和恒定车速加载控制系统三种控制模式。2.5 加载装置由于汽车在道路上所受的各种阻力与其在测功机上所受的阻力和不相等，为了测试汽车的各种性能，就必须给汽车提供额外的阻力以补偿这部分阻力差，提供这部分阻力的装置称为测功器。2.5.1液力测功器这种测功器用水产生制动力矩。水在测功器的转动部分与固定部分之间起联结作用而形成制动力矩。调节水槽中的液面高度，可以获得不同的制动力矩。当水槽的高度一定时，制动力矩随转子的转速的改变而改变。这种测功器的工作稳定。2.5.2电力测功器该种测功器既能作为负载使用，此时它吸收功率；又可驱动机械，此时它输出功率。利用电力测功器可以很好的模拟汽车的行驶阻力和惯性阻力，从而取消测功机的飞轮机构，提高了测试精度。电力测功器的制造成本高，因而只有汽车制造和科研单位的底盘测功机上才采用这种测功器。92.5.3电涡流测功器该种测功器利用了电磁原理。当带有激磁线圈的定子通电后产生磁场，转子转动切割磁力线从而在转子上产生电涡流，形成阻力矩。调整激励电流的大小，可以获得不同的阻力矩。2.6 测量装置测量装置包括测力装置和测速装置。测力装置测量转鼓上的转矩，经过变换可得到作用在驱动轮上的驱动力；测速装置测量转鼓上的转速，经过变换可以得到汽车的车速。2.7 电模拟原理汽车底盘测功机常用的模拟方式有机械模拟、机-电模拟和电模拟三种，机械模拟是在测功机上采用组合飞轮来模拟车辆行驶时的平移质量和旋转质量的惯性阻力；机-电模拟是由飞轮模拟车辆的惯性阻力，电模拟车辆行驶的其他阻力；电模拟方式则是在计算机或单片机控制下，由电负荷模拟道路行驶阻力，这种模拟方式不设置飞轮组件。汽车底盘测功机主要采用电模拟方式。被测汽车样机上架后，可根据汽车的型号、变速档位和试验项目由工控机选择合适的负载电阻值档位，根据不同的试验项目和试验要求，可调用相应的控制程序，由工控机实现系统的加载给定值与转矩反馈值比较，或与车速反馈值比较构成双闭环的恒转矩加载自动控制系统，或构成双闭环的恒速加载自动控制系统，内环均由外环调节输出量（由工控机模糊 PID 控制器输出）作给定值与负载电流传感器输出的反馈信号比较，其输出信号调节主可控硅元件的导通角，使测功发电机的励磁电流达到恒转矩加载或恒速加载所要求的数值。而系统可由工控机根据拟合各种车型不同工况下的道路运行负载阻力特性曲线自动输出加载给定值，从而自动完成模拟道路运行的性能测试。3.电涡流测功机3.1 结构和工作原理电涡流测功机有盘式和柱式等不同的类型。图 6 所示的是盘式电涡流测功机的结构示意图,由制动器、测力机构和测速装置等几部分组成。制动器是吸收能量的核心部分，它可以调节原动机的载荷, 并同时把所吸收的原动机功率转换为10热能, 经水冷却后带走热量。电涡流测功机主要由旋转部分(感应体)、摆动部分(电枢和励磁部分)、测力部分等组成。感应体形状犹如直齿轮，产生涡流的地方在导磁涡流环的孔壁上。励磁绕组通上直流电后，则围绕励磁绕组产生一个闭合磁通。当感应体被原动机带动旋转时，气隙磁密随感应体的旋转而发生周期性变化,在涡流环孔壁表面及一定深度范围内将产生涡流电势，并产生涡流，该涡流所形成的磁场又与气隙磁场相互作用,就产生了制动转矩。该转矩通过外环及传力臂传至测力装置上，然后由力传感器将力的大小转换成电信号输出, 从而达到测转矩的目的转速测量采用非接触式的磁电式转速传感器，将转速信号转换成电信号。图 6 电涡流测功机系统1.联轴器 2.主轴 3.感应盘 4.励磁线圈 5.冷却室 6.气隙 7.出水管线 8.油杯 9.测速齿轮 10.轴承座 11.进水管线 12.支承环 13.外环 14.底座3.2 电涡流测功机的外特性曲线图 7 所示的是电涡流测功机的特性曲线，该曲线表示测功机在不同转速下所能吸收的最大功率，它由 OA、AB、BC、CD 几段直线组成。BC 是最大功率线，测功机在工作时不超过的最大吸收功率；CD 是最高转速线，测功机在工作时允许的最高转速。上述几段直线与横坐标轴所包围的区域为测功机的工作范围。在此区域内测功机所吸收的功率可以随励磁电流任意调整。凡被测动力和机械的特性曲线落在这个区域内, 均能用该机进行试验。11图 7 电涡流测功机外特性曲线3.3 电涡流测功机作为能量吸收装置的几个应用技术问题3.3.1 吸收功率确定及增速措施从图 7 所示的特性曲线可以看出，电涡流测功机在低转速下能够吸收的功率还是比较小(虽然比水力测功机要大)，转速在 1000r/min 以上时，能够吸收 50%以上的最大功率；转速在 2000r/min 以上时，才能吸收最大的功率。因此，当动力传动装置的转速较低时，可以采用效果明显且可行的增速措施。例如,螺杆泵地面驱动装置的转速范围为 50 300r/min，最常用的转速范围是 150r/min 左右。为此，在驱动装置和电涡流测功机之间设置了一个传动比 i=8 的增速箱，螺杆泵地面驱动装置的功率范围为 5.545kW。3.3.2 吸收功率控制电涡流测功机吸收功率的大小,也即测功机向动力传动装置施加载荷的大小，可以方便地通过改变励磁电流来进行控制。用专用信号电缆将电涡流测功机和测控仪连接起来，给测控仪仪表电源和励磁电源通上 220V 的交流电，然后通过调节测控仪面板上的电位器旋钮，就可以按要求改变励磁电流，从而改变电涡流测功机吸收的功率了。水压报警的作用是，当冷却水的水压低于一定的数值时，控制仪表的报警触点动作，切断电涡流测功机的励磁电路,实现对电涡流测功机的保护。3.3.3 水冷却及其水温超温保护电涡流测功机吸收的能量都转化成热能，靠冷却水将热量带走。所以，测功机在工作时，必须通入水压为 0.02 0.1MPa 的冷却水，而且必须保证冷却水的管路畅通。冷却水水压越高，水温升高越慢；反之，冷却水水压越低，水温升高越快。当水压低于最低水压时，报警电路动作。12图 8 电涡流测功机水温检测控制为了保证测功机长期连续正常运转，还必须在电涡流测功机的冷却水出水管线上设置温度检测装置，保证冷却水的出口温度不超过 55。图 8 所示为电涡流测功机水温检测控制电路，主要由 Pt100 温度传感器和数显控制仪组成。温度传感器将电涡流测功机冷却水的出口温度转换为电信号，该电信号由数显控制仪接收，经变换后进行数显输出，实现参数的实时监测功能。当冷却水的温度超过 55时，控制仪表的报警触点动作，切断电涡流测功机的励磁电路，实现对电涡流测功机的保护。4.其他测功机4.1 水力测功机水力测功机因其单位转动惯量的扭矩吸收能力强，长期以来成为大功率内燃机试验优先采用的设备。目前主要有定充量水力测功机和变充量水力测功机。定充量水力测功机的吸收腔内始终充满具有一定压力的水，通过调节测功机的闸套开合位置(即调节测功机转子与定子间的工作面积)来改变测功扭矩大小，这类测功机稳定性好，但结构复杂。变充量水力测功机又称水涡流测功机，它是通过进、出水阀来调节水力测功机吸功腔内水量的多少，以达到改变其制动扭矩大小的目的。变充量水力测功机工作时水压高，噪声大，而且在转速高、制动扭矩小的区段几乎不能稳定工作。目前，主要采取如下措施解决其工作不稳定的问题: 采用闭环控制发动机的油门或风门来控制发动机的转速；采用闭环控制测功机水门来控制测功机的制动扭矩；采用水力测功机的工作介质与冷却介质分离的方法 (双介质法 )。结合前两种方法，采用双闭环控制测功系统的转速和扭矩是当今世界水力测功机的先进控制方法。4.2 直流测功机直流测功机采用励磁直流电机，利用电枢绕组切割磁力线而产生感应电动势的原理，根据在不同电磁力作用下所产生大小不同，与转向相反的制动力矩来控制测功机的运行状态。直流测功电机由于控制简单、 调速平滑、性能良好一直占据主导地位。然而，直流测功电机的结构上存在机械换向器和电刷，因此具有一些无法克服的固有缺点，如造价偏高、维护困难、寿命短，单机容量以及最高13电压和最高转速都受到一定的限制等，导致直流电力测功电机在大容量、 高速测功系统中难以广泛应用。4.3 交流测功机交流测功机按照交流电动机的种类分为异步测功机和同步测功机两种，按照所使用的变频器的控制技术，有直接转矩控制和磁通矢量控制两种交流测功机。由于同步测功机受同步电动机性能与价格的限制，推广应用较少，主要用于高精度小功率的零部件测试。交流测功机是一种新型的机电一体化测功机 ,它使用交流异步电动机或同步电动机作加载设备，交流电动机由变频器提供可变频率的驱动电源，并精确控制其转矩和转速。与其它测功机技术相比，交流测功机具有优异的转矩动态响应，高精度的转矩和转速控制特性，高效节能和高可靠性，适合各种动力机械设备的性能测试，从简单的稳态测试到高级的瞬态测试。此外，交流测功机同时具有动力驱动 (电动 )和动力吸收 (加载 )能力，配合自动化测控系统 ,能够进行复杂的动态测试和模拟测试。近年来，随着交流传动控制技术的日趋成熟，交流测功机在动力试验测试领域得到了普遍认可和广泛应用，并设计出许多传统的机械测功机无法实现的测试方案，如能量回馈、 电封闭测试和多测功机组合测试等。目前许多著名的公司 (如 AVL、 SCHENCK、 MTS、 ABB、 SIEMENS 等 )都积极开发和应用基于交流测功机的动力试验测试系统，并认为这是目前和未来最好的测试方案。结 论本文参考了许多研究汽车底盘测功机的专家学者的有关文章，介绍了汽车底盘测功机的国内外发展概况、基本构造以及电模拟工作原理，重点介绍了电涡流测功器的测控原理。其他测功机如水力测功机、直流测功机、交流测功机等因为一些固有的缺点难以应应用。电涡流测功机主要由制动器、测力机构和测速装置等几部分组成，具有控制简单，精确度高等优点。汽车综合性能检测系统包括底盘测功机、速度台、制动台等多种检测设备，目前汽车检测设备多属于单机单功能，但是为节省费用、场地和人员，汽车检测设备应该从单机单功能向多功能综合检测台发展，以使汽车检测设备综合化及汽车检测线浓缩化。14本文通过简单研究得出了一些有益的结果，也带出了许多新问题。由于本人理论知识掌握的有限和认识水平的不足以及准备时间的仓促，文中不当之处在所难免，因此，要想得出更精确和实用的结果，还必须对该课题继续做深入探讨。参考文献1张靖，刘少毅编.检测技术与系统设计M.中国电力出版社，2002.1 2徐邦茶，李浚源，詹琼华.直流调速系统与交流调速系统华M.中理工大学出版社，2000.8 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