下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) HLJITD60 底盤測功機(jī)設(shè)計(jì) 院系名稱 ： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級 ： 車輛工程 07-2 班 學(xué) 生姓名 ： 崔士杰 指導(dǎo)教師 ： 崔宏耀 職 稱 ： 副教授 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二一一年六月 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 The Graduation Design for Bachelors Degree Design of HLJITD60 Chassis Dynamometer Candidate： Cui Shijie Specialty： Vehicle Engineering Class： 07-2 Supervisor： Associate Prof. Cui Hongyao Heilongjiang Institute of Technology 2011-06 Harbin 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘 要 底盤測功機(jī)是一種不解體檢驗(yàn)車輛性能的研發(fā)檢測設(shè)備，采用現(xiàn)代電測和計(jì)算機(jī)技術(shù)，仿真模擬各種路面行駛阻力，能很好的改善試驗(yàn)人員的試驗(yàn)環(huán)境 ,消除了試驗(yàn)重復(fù)性，顯著縮 短了試驗(yàn)周期，在某些方面可獲得精度更高、更全面和更深入的試驗(yàn)結(jié)果。 本設(shè)計(jì)的主要目的是開發(fā)適用于節(jié)油車性能測試的底盤測功機(jī)，為節(jié)油車的開發(fā)研究提供試驗(yàn)平臺。 文章首先介紹了背景及其意義、底盤測功機(jī)的發(fā)展情況及其主要工作方向；在此基礎(chǔ)上對底盤測功機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，分析節(jié)油車路面阻力 , 建立了底盤測功機(jī)動(dòng)力學(xué)模型；選擇了交流發(fā)電機(jī)作為底盤測功機(jī)的加載裝置，并建立了交流電力測功機(jī)的控制模型，設(shè)計(jì)了底盤測功機(jī)的測量和控制系統(tǒng)：脈寬調(diào)制 (PWM)系統(tǒng)，該系統(tǒng)為底盤測功機(jī)提供制動(dòng)力，以確保正確加載，模擬道路工況。 設(shè)計(jì) 基于 PID的阻力加載智能控制算法，通過 PID來改善控制系統(tǒng)的快速性和降低超調(diào)量，降低控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 最后對底盤測功機(jī)的測控軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。以先進(jìn)的測試?yán)砟睢败浖磧x器”為指導(dǎo)，軟件的設(shè)計(jì)結(jié)合高內(nèi)聚低耦合的開發(fā)思想，基于 NI公司 GUI高級編程工具LabVIEW設(shè)計(jì)軟件平臺，針對測功機(jī)對象開發(fā)各子模塊。其子模塊可以方便移植應(yīng)用到其他的領(lǐng)域中。并且界面美觀，對話性強(qiáng)，操作方便，能很好的對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控以及各性能參數(shù)的顯示。 關(guān)鍵 詞 ： 底盤測功機(jī)； LabVIEW； 節(jié)油車； 交流發(fā)電機(jī)； PID 控制 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) II ABSTRACT Chassis dynamometer， a test equipment without disassembly, adopt technology of modern electrical measurement and computer to simulate all the driving resistance . It can improve the pilots test environment The method can eliminate no needing research factors， shorten notability the trial period， and can acquire more accurate， more entire and more in-depth test result in some aspects And the designs aim is to develop Fuel-efficient car chassis dynamometer and service for the research and development the Fuel-efficient car In the paper, the background and its significance, the test technology and its development， the source of the program， research aims and the direction of the program are introduced firstly On the basis， the author establishes dynamical model of chassis dynamometer and analyses chassis dynamometer road resistance simulated loading principle ,designs the construction of chassis dynamometer, and selects AC motor as the load equipment， and establishes、 the control model of AC electronic dynamometer, and establishes the measurement and control system： PWM system， this system offered the chassis dynamometer braking force， to make sure loading correctly and simulate the road condition The intelligent system based was designed for simulation ofloading resistance Though PID control to improve the system speed and reduce the overshoot， to reduce the steady error ofthe system Finally, desiens the software of chassis dynamometer, based on the advanced test concept software is apparatus, software follows the design principle of low poly high coupling Measure & Control system platform is designed based on GUI advanced programming toolsNI LabVIEW Beautiful interface， strong dialogue， convenient operation， complete realtime monitoring system， show engine erformance parameters. Key words: chassis dynamometer； LabVIEW ；Fuel-efficient car； AC motor； PID control 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 摘要 I Abstract II 第 1 章 緒論 1 1.1 課題背景 4 1.2 底盤測功機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢及應(yīng)用 2 1.3 HLJITD60 底盤測功機(jī) 研究目的和意義 3 1.4 中國節(jié)能競技大賽及節(jié)油車介紹 3 1.5 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 5 第 2 章 底盤測功機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 2.1 底盤測功機(jī)概述 6 2.1.1 底盤測功機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 6 2.1.2 底盤測功機(jī)的工作原理 7 2.2 HLJITD60 底盤測功機(jī)總體布置 8 2.3 滾筒裝置設(shè)計(jì) 8 2.3.1 滾筒參數(shù)選擇與校核 8 2.3.2 滾筒軸承的選擇與校核 9 2.4 加載裝置的選型 10 2.4.1 測功機(jī)的類別 10 2.4.2 各 類測功機(jī)的比較 12 2.4.3 加載裝置的最終選型 13 2.4.4 交流異步測功機(jī)測功原理 14 2.5 升速器設(shè)計(jì) 15 2.5.1 傳動(dòng)比的計(jì)算 15 2.5.2 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 15 2.5.3 齒輪參數(shù)的計(jì)算與校核 16 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2.5.4 軸的設(shè)計(jì)與校核 18 2.5.5 軸承的選擇與校核 21 2.6 慣性模擬裝置設(shè)計(jì) 22 2.6.1 汽車功率平衡方程 22 2.6.2 慣性飛輪系統(tǒng)參數(shù)的確定 23 2.7 其它裝置的設(shè)計(jì)與選擇 23 2.7.1 夾緊裝置的設(shè)計(jì) 23 2.7.2 風(fēng)機(jī)的選擇 23 2.8 本章小結(jié) 24 第 3 章 底盤測功機(jī)測試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 28 3.1 測試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)基本原則 25 3.2 測試系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì) 25 3.2.1 測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成 25 3.2.2 工作原理 25 3.3 數(shù)據(jù)采集單元 27 3.4 勵(lì)磁電流控制裝置 28 3.5 傳感器的選擇 29 3.5.1 傳感器的選擇原則 29 3.5.2 速度傳感器的選擇 29 3.5.3 拉壓傳感器的選擇 30 3.6 本章小結(jié) 35 第 4 章 底盤測功機(jī)阻力模擬 36 4.1 設(shè)計(jì)所需使用的節(jié)油車參數(shù)的確定 33 4.1.1 車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測量 33 4.1.2 節(jié)油車車身迎風(fēng)面積的計(jì)算 34 4.2 節(jié)油車在道路上的行駛阻力分析 34 4.2.1 節(jié)油車的驅(qū)動(dòng)力 34 4.2.2 節(jié)油車行駛阻力 35 4.2.3 節(jié)油車道路行駛方程的建立 36 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4.2.4 A、 B、 C 待定系數(shù)的確定方法 36 4.3 節(jié)油車在底盤測功機(jī)上的行駛阻力分析 37 4.4 底盤測功機(jī)電模擬模型的建立 38 4.5 本章小結(jié) 39 第 5 章 HLJ I T D6 0 底盤測功機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 43 5.1 虛擬儀器概述 43 5.2 Labview 軟件介紹 41 5.3 軟件總體設(shè)計(jì) 43 5.4 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì) 42 5.4.1 模擬量輸入 42 5.4.2 數(shù)字量輸入 43 5.5 數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì) 44 5.6 PID 控制模塊設(shè)計(jì) 44 5.7 PWM 輸出模塊設(shè)計(jì) 47 5.8 系統(tǒng)標(biāo)定 48 5.8.1 誤差分析 48 5.8.2 系統(tǒng)標(biāo)定 49 5.9 本章小結(jié) 50 結(jié)論 54 參考文獻(xiàn) 53 致謝 54 附錄 55 附錄 A 外文資料翻譯 55 買文檔送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第 1 章 緒 論 1.1 課題背景 汽車是現(xiàn)代文明的重要組成部分，是人類智慧的結(jié)晶。然而 ，隨著汽車的保有量的不斷增加，汽車給人類帶來了的問題也日益突出，已經(jīng)嚴(yán)重危害到人類今后的生活，當(dāng)今世界關(guān)于環(huán)境和能源的問題備受關(guān)注。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展， “ 節(jié)能、環(huán)保、安全 ” 已成為未來汽車工業(yè)發(fā)展的主題，汽車的輕量化設(shè)計(jì)對提高車輛動(dòng)力性、減少能源消耗與降低污染具有重要的實(shí)際意義。 為了解決這些問題，節(jié)能汽車呈現(xiàn)加速發(fā)展的趨勢，節(jié)能汽車的研發(fā)任務(wù)日趨緊迫，其研究手段需要不斷完善。 目前車輛主要的開發(fā)方式為計(jì)算機(jī)仿真、實(shí)車開發(fā)和試驗(yàn)臺開發(fā)平臺三種。計(jì)算機(jī)仿真有適應(yīng)性強(qiáng)、費(fèi)用低、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，但受動(dòng)力系統(tǒng)復(fù)雜的數(shù) 學(xué)模型的制約，難以得到準(zhǔn)確結(jié)果，仿真結(jié)果的可信性、可用性必須通過其它途徑來檢驗(yàn)。實(shí)車平臺的優(yōu)點(diǎn)是能夠?yàn)殚_發(fā)對象提供真實(shí)的運(yùn)行環(huán)境，但成本高、適應(yīng)性差、測試和調(diào)節(jié)難度大。汽車底盤測功機(jī)試驗(yàn)臺及與其相關(guān)的動(dòng)力測試設(shè)備可以方便有效地對動(dòng)力系統(tǒng)及其部件進(jìn)行性能測試，對控制策略的優(yōu)劣進(jìn)行分析和評價(jià)，在整車的開發(fā)中具有計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)車平臺所不可替代的作用，是車輛開發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)施。 用底盤測功機(jī)對整車進(jìn)行綜合試驗(yàn)。該綜合試驗(yàn)使用了功能比車載測試儀器更強(qiáng)的室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)備，消除了無需研究的因素，在某些方面可獲得精度更高 、更全面和更深入的試驗(yàn)結(jié)果。 同時(shí)，車輛本身又是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，因此要加強(qiáng)對在用車輛的定期檢測，以便及時(shí)維修調(diào)整，使車輛處于良好的技術(shù)狀況。汽車底盤測功機(jī)就是其中常用的設(shè)備。 底盤測功機(jī)室內(nèi)試驗(yàn)系統(tǒng)最終建立，可直接對整車控劃目標(biāo)，如動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行全面的檢測，同時(shí)也可對動(dòng)力總成控制系統(tǒng)進(jìn)行全面調(diào)試和檢測。在車輛的使用過程中，底盤測功機(jī)充分利用現(xiàn)代化檢測手段，可在汽車不解體的條件下迅速準(zhǔn)確地檢測汽車各機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)、零部件的技術(shù)狀況和使用性能，查找故障或隱患所在，采取相應(yīng)的預(yù)防措施，確保車輛在良好的技術(shù)狀況 下運(yùn)行。對車輛的使用和維護(hù)同樣具有十分重要的意義。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 1.2 底盤測功機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀、 趨勢及應(yīng)用 國內(nèi)外的汽車底盤測功機(jī)的發(fā)展由機(jī)械式到電子式，結(jié)構(gòu)由復(fù)雜到簡單的過程。在 80年代以前，汽車試驗(yàn)設(shè)備主要以機(jī)械結(jié)構(gòu)為主，如機(jī)械式測滑實(shí)驗(yàn)臺，測力彈簧結(jié)構(gòu)的制動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺等。汽車底盤測功機(jī)也主要以機(jī)械模擬為主，即采用飛輪模擬汽車行駛時(shí)的平移質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣量阻力，只能檢測汽車在低速行駛狀態(tài)下的參數(shù)，且精度很低。進(jìn)入 80年代，隨著汽車機(jī)電一體化的發(fā)展，汽車檢測設(shè)備也進(jìn)入了機(jī)電一體化設(shè)計(jì)階段在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的汽車檢測設(shè)備的基礎(chǔ)上，盡量 減少機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，并采用反應(yīng)速度快的高精度傳感器，電子計(jì)算機(jī)與機(jī)械裝置相結(jié)和的方法來設(shè)計(jì)汽車檢測設(shè)備，為檢測高速行駛中的汽車的真實(shí)性能提供了可能性。此階段的汽車底盤測功機(jī)主要采用機(jī)械一電模擬方式，用飛輪模擬汽車慣性阻力，用電負(fù)荷模擬汽車的另一部分行駛阻力，大大提高了檢測的精度。當(dāng)時(shí)，德、日、美三國的很多公司紛紛投入大量的人力、物力開發(fā)研制機(jī)械一電模擬的汽車底盤測功機(jī)，并取得了很大成果。隨著研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)采用飛輪組來模擬汽車的慣性阻力是有級模擬。對于測定穩(wěn)定工況下的汽車性能而言，在轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺上只要裝 有作為負(fù)荷的測功機(jī)就可以，而且希望旋轉(zhuǎn)部分的慣性矩盡量小，以減少慣性對測量裝置的影響；對于測定非穩(wěn)定工況的汽車性能而言，為了模擬汽車重量的影響，實(shí)驗(yàn)臺旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的動(dòng)能應(yīng)與行駛汽車的動(dòng)能相等。因此，必須采用慣性可調(diào)的飛輪，傳動(dòng)比可以改變的增速器或通過電力驅(qū)動(dòng)的調(diào)節(jié)來改變實(shí)驗(yàn)臺旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的動(dòng)能，以適應(yīng)重量不同的各種車型的需要。這將使試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且增加制造成本。因此人們開始研制通用的轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺，即電力汽車底盤測功機(jī)。它利用電磁力及發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)提供測功機(jī)所需要的負(fù)載。在消耗工況下，通過改變磁通量和改變負(fù)載電阻均可改 變回路中的電流。電力測功機(jī)這種實(shí)驗(yàn)臺通過電信號調(diào)節(jié)模擬汽車的慣性力，實(shí)現(xiàn)了無級模擬。通過設(shè)計(jì)良好的底盤測功機(jī)測控系統(tǒng)使其能自動(dòng)調(diào)節(jié) 12。 汽車底盤測功機(jī)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)發(fā)達(dá)國家的汽車制造、檢測和維修業(yè)當(dāng)中。德國申克公司生產(chǎn)的汽車底盤測功機(jī)，它自己帶有的一套控制模式能實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制和模擬控制轉(zhuǎn)速、滑行等功能，可逼真地再現(xiàn)實(shí)際工況。還有德國的馬哈公司、美國的野馬公司、 CLAYTON公司、法國的 TELMA公司、西班牙的 FRENELSA公司等生產(chǎn)的底盤測功機(jī)在其各自的國家均得到廣泛應(yīng)用，并出口到世界其他國家。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 早期國內(nèi)引進(jìn)的大多是日本的模擬電子式底盤測功機(jī)。 1981年，天津公共汽車公司和交通部科學(xué)研究院參考引進(jìn)日本彌榮的 CDM 310型底盤測功機(jī)，研制出汽車性能試驗(yàn)臺。 1991年，交通部公路研究所和成都汽車保修機(jī)械廠制成 DCG 10A汽車底盤測功機(jī)，結(jié)束了我國不能生產(chǎn)底盤測功機(jī)的歷史 3。 目前， 汽車底盤測功機(jī)在我國已經(jīng)有一些企業(yè)生產(chǎn)了一系列的產(chǎn)品 ， 國內(nèi)生產(chǎn)的主機(jī) (機(jī)械部分 )已接近并在某些主要指標(biāo)方面達(dá)到或超過進(jìn)口設(shè)備水平，研究現(xiàn)在主要集中在控制系統(tǒng)這一部分，與國外仍有一定差距。 近年來因電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的高度 發(fā)展，為數(shù)掘的采集、處理及試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析提供了有效的手段，同時(shí)為模擬道路狀態(tài)準(zhǔn)備了條件，加速了底盤測功機(jī)的發(fā)展，加之各類專用軟件的開發(fā)和應(yīng)用，使底盤測功機(jī)得到了更廣泛的推廣。其未來的方向也必將伴隨著 IT技術(shù)的發(fā)展想著更高精度發(fā)展。 1.3 HLJITD60 底盤測功機(jī)研究目的和意義 本設(shè) 計(jì)為全國大學(xué)生節(jié)能車比賽用車，相應(yīng)的底盤測功機(jī)。主要應(yīng)用于檢測節(jié)能車的動(dòng)力性及燃油經(jīng)濟(jì)性。 既能夠測試 節(jié)能賽車的性能（包括 驅(qū)動(dòng)輪輸出功率、扭矩和轉(zhuǎn)速 ）。 也可以進(jìn)行摩托車及電動(dòng)車 (包括純電動(dòng)車、燃料電池電動(dòng)車 )的特有性能的測試。 用室 內(nèi)試驗(yàn)臺架 (底盤測功機(jī) )對節(jié)油車整車進(jìn)行綜合試驗(yàn)，消除了無需研究的因素，顯著縮短了試驗(yàn)周期，在某些方面可獲得精度更高、更全面和更深入的試驗(yàn)結(jié)果 縮短整車試驗(yàn)和標(biāo)定的試驗(yàn)周期，降低研制的風(fēng)險(xiǎn)和成本，對整車和零部件總成的設(shè)計(jì)具有十分重要的指導(dǎo)意義 。 故設(shè)計(jì)本底盤測功機(jī)具有如下功能： （ 1）最高車速測試； （ 2）爬坡度測試； （ 3）底盤輸出功率測試； （ 4）校驗(yàn)車速表、校驗(yàn)里程表； （ 5）燃油經(jīng)濟(jì)性測試。 1.4 中國節(jié)能競技大賽及節(jié)油車介紹 Honda 環(huán)?；顒?dòng)是以本田創(chuàng)始人本田宗一郎先生最初的宗旨開展，即“如何有效利 用有限資源，不破壞公共環(huán)境，為子孫后代造福，所有行動(dòng)要以此為準(zhǔn)繩”。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 節(jié)能競技大賽是搭載 Honda 4 沖程 125CC 摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)，通過動(dòng)手制作賽車挑戰(zhàn)節(jié)能極限的競技賽事。該賽事人人都可以輕松參與，隊(duì)員們通過創(chuàng)意，設(shè)計(jì)出世界上獨(dú)一無二賽車參與角逐，人們不僅可以感受到“創(chuàng)造”與“交流”的樂趣，還可以體會(huì)到“低油耗就是環(huán)?！钡睦砟?。 本田希望通過“節(jié)能競技大賽”，為近年來中國不斷高漲的環(huán)保、節(jié)能意識的進(jìn)一步提高作出貢獻(xiàn)。 2007 年第 1 屆中國節(jié)能競技大賽由于報(bào)名火爆，參賽隊(duì)伍眾多，場地由原定的上海龍華機(jī)場改為上海國 際賽車場。第 2 屆 Honda 中國節(jié)能競技大賽擴(kuò)大了賽事規(guī)模，吸引了很多的社會(huì)普通級別車隊(duì)參加。比賽在上海國際賽車場舉行。此次比賽全長 12040m，比賽圈數(shù)為 4 圈。競賽要求車手以不低于 25km/h 的平均車速完成比賽，測量油耗，最終耗油量最少的車隊(duì)勝出，并通過計(jì)算得出 1L 汽油所行駛的里程。 在 2010 年第 4 屆中國節(jié)能競技大賽上，我校參賽車第一次參加比賽，取得了預(yù)賽全國十五，決賽全國二十的好成績。 2011 年我校參賽車將繼續(xù)參賽。預(yù)祝取得更加優(yōu)異的成績！ 圖 1.1 黑龍江工程學(xué)院參賽車 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 1.5 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 設(shè)計(jì) 的主要內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)： （ 1）設(shè)計(jì) 滾筒機(jī)構(gòu)、動(dòng)力吸收裝置、控制與測量系統(tǒng)和輔助裝置 ， 附加飛輪系統(tǒng) 。 （ 2）對車輛在道路上和底盤測功機(jī)上兩種情況進(jìn)行阻力分析，建立車輛行駛仿真數(shù)學(xué)模型。 （ 3） 對測控系統(tǒng)的硬件部分經(jīng)行相關(guān)設(shè)計(jì)，主要包括數(shù)據(jù)的采集和放大處理等，分析系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的原因并采取一定措施進(jìn)行干擾的抑制。 （ 4） 基于 NI公司的 labVIEW 軟件進(jìn)行測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，軟件采用模塊化設(shè)計(jì)。 （ 5）分析誤差的產(chǎn)生，對程序進(jìn)行測試與標(biāo)定。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 第 2 章 底盤測功機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.1 底盤測功機(jī)概述 底盤測功機(jī)，又稱轉(zhuǎn)鼓試 驗(yàn)臺，是一種室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)備。 它是通過在室內(nèi)臺架上模擬汽車道路行駛工況的方法來檢測汽車的動(dòng)力性，而且還可以測量多工況排放指標(biāo)及油耗。同時(shí)能方便地進(jìn)行汽車的加載調(diào)試和診斷汽車在負(fù)載條件下出現(xiàn)的故障等。由于汽車底盤測功機(jī)在試驗(yàn)時(shí)能通過控制試驗(yàn)條件，使周圍環(huán)境影響減至最小，同時(shí)通過功率吸收加載裝置來模擬道路行駛阻力，控制行駛狀況，故能進(jìn)行符合實(shí)際的復(fù)雜循環(huán)試驗(yàn)，因而得到廣泛應(yīng)用。底盤測功機(jī)分為兩類，單滾筒底盤測功機(jī)和雙滾筒式 。底盤測功機(jī)既可以用于汽車科學(xué)試驗(yàn)，也可以用于維修。 試驗(yàn)時(shí)車輛后輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn) ，轉(zhuǎn)鼓通過聯(lián)軸 器與升速器連接再將轉(zhuǎn)矩傳遞給加載裝置，由加載裝置 提供阻轉(zhuǎn)矩，使車輛發(fā)動(dòng)機(jī)受到的阻力等效于同等工況下在道路試驗(yàn)中受到的阻力；風(fēng)機(jī)的風(fēng)速跟蹤車速，使車輛發(fā)動(dòng)機(jī)（還有傳動(dòng)箱、輪胎等）的冷卻條件與道路試驗(yàn)等效。這樣車輛就可以在底盤測功機(jī)上模擬道路行駛。系統(tǒng)還配備了對速度、時(shí)間、距離、壓力等項(xiàng)目的測量環(huán)節(jié)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制。整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，駕駛員在顯示器的提示下按照試驗(yàn)要求駕駛車輛 。一方面保證測試的重復(fù)性，別一方面便于相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和車輛性能的調(diào)整。 近年來因電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的高度發(fā)展，為數(shù)掘的采集、處理及 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析提供了有效的手段，同時(shí)為模擬道路狀態(tài)準(zhǔn)備了條件，加速了底盤測功機(jī)的發(fā)展，加之各類專用軟件的開發(fā)和應(yīng)用，使汽車底盤測功機(jī)得到了廣泛的推廣 4。 2.1.1 底盤測功機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 底盤測功機(jī)主要部分為滾筒機(jī)構(gòu)、動(dòng)力吸收裝置、控制與測量系統(tǒng)和輔助裝置。附加飛輪系統(tǒng)等 。普通型道路模擬系統(tǒng)如圖 2.1 所示。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 1.機(jī)架 2.功率吸收裝置 3.滾筒 4.速度傳感器 5.制動(dòng)器 6.拉壓傳感器 圖 2.1 普通型汽車底盤測功機(jī)道路模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 2.1.2 底盤測功機(jī)的工作原理 汽車在道路上運(yùn)行過程中存在著運(yùn) 動(dòng)慣性、行駛阻力，要在試驗(yàn)臺上模擬汽車道路運(yùn)行工況，首先要解決模擬汽車整車的運(yùn)動(dòng)慣性和行駛阻力問題，這樣才能用臺架測試汽車運(yùn)行狀況的動(dòng)態(tài)性能。為此，在該試驗(yàn)臺上利用慣性飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來模擬汽車旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及汽車直線運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的慣量，在允許的誤差范圍內(nèi)滿足汽車的慣量模擬。至于汽車在運(yùn)行過程中所受的空氣阻力、非驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)阻力及爬坡阻力等，則采用功率吸收加載裝置來模擬。路面模擬是通過滾筒來實(shí)現(xiàn)的，即以滾筒的表面取代路面，滾筒的表面相對于汽車作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在系留裝置及車偃等安全措施保障下，通過控制系統(tǒng)可對加載裝置 及慣性模擬系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)控制，以實(shí)現(xiàn)對車輛的動(dòng)力性如加速性能、汽車底盤輸出功率、底盤輸出最大驅(qū)動(dòng)力、滑行性能、車速表校驗(yàn)、里程表校驗(yàn)等項(xiàng)目的檢測。 5 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 1.2 HLJITD60 底盤測功機(jī)總體布置 圖 2.2 HLJITD60 底盤測功機(jī)布置示意圖 2.3 滾筒裝置設(shè)計(jì) 2.3.1 滾筒參數(shù)選擇與校核 滾筒裝置是測功機(jī)的基 本組件，其結(jié)構(gòu)和性能的好壞，將直接影響測功機(jī)的測試精度。滾筒采用鋼制空心結(jié)構(gòu)。滾筒直徑、表面狀況是影響測功機(jī)性能的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。滾筒直徑?jīng)Q定了車輪與滾筒的接觸狀況。直徑大時(shí)，滾筒曲率半徑大，車輪在滾筒上運(yùn)轉(zhuǎn)接近在道路上行駛的狀況，滑轉(zhuǎn)率小，滾動(dòng)阻力小，測試精度高；滾筒直徑小時(shí)，由于接觸比壓大，滑轉(zhuǎn)率大，滾動(dòng)阻力大，在高速下會(huì)使傳遞功率損失 7 -20 。同時(shí)，車輪在小直徑滾筒上滾動(dòng)時(shí)會(huì)增加輪胎的摩擦力，長時(shí)間的高速運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)使輪胎表面測試升高到臨界值，導(dǎo)致輪胎早期損壞 。 GB T 181762007規(guī)定摩托車底盤 測功機(jī)滾筒的直徑要大于或等于 400mm，同時(shí)國標(biāo)要求測功機(jī)的基本當(dāng)量質(zhì)量是 100kg，也就是要求測功機(jī)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量加上滾筒的當(dāng)量質(zhì)量飛輪組 升速器 滾 筒 冷卻風(fēng)機(jī) 夾緊裝置 拉壓傳感器 速度傳感器 機(jī)架 測功機(jī) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 為 100kg，因此按照參數(shù)的要求可以設(shè)計(jì)滾筒的尺寸為：外徑 560mm，內(nèi)徑 532mm，寬度為 250mm，滾筒壁厚 14mm。 滾筒表面形式可以為光滑的，也可以是表面經(jīng)過處理為粗糙的。對于測定或檢驗(yàn)汽車動(dòng)力性或模擬汽車行駛工況的測功機(jī)上的滾筒，其表面多為光滑的。由于本設(shè)計(jì)即為測試節(jié)油賽車的性能的轉(zhuǎn)鼓，采用光滑表面即可滿足其車輪附著力。因此轉(zhuǎn)鼓表面不采用特殊形式 。 2.3.2滾筒軸承的選擇與校核 1.軸承形式的選擇 由于滾筒只承受車身的及滾筒自身的重力，只有徑向力而不承受軸向力，所以軸承的形式選擇為深溝球軸承。 2.當(dāng)量動(dòng)載荷 P的計(jì)算 試驗(yàn)時(shí)只有驅(qū)動(dòng)輪在轉(zhuǎn)鼓上轉(zhuǎn)動(dòng)，并按照車輪承載質(zhì)量平均分配原則，車加載在滾筒上的徑向力及滾筒自身重力和為 G =（ m1 + m2 / 3） g （ 2.1） = (100 + 40)g = 1372 N 其中： m1 滾筒質(zhì)量，單位 kg； m2 車身質(zhì)量，單位 kg； g 重力加速度 ,單位 m/s2。 由于徑向力 Fr=1372 N，軸向力 Fa=0。則 Fa/Fr e。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得 X=1，Y=0。 當(dāng)量載荷 P = XFr + YFa = Fr = 1372 N。 考慮到其他車型的需要，故軸承的選擇適當(dāng)增大些型號，以承受更大的軸向力。初選型號為 6207?；绢~定動(dòng)載 Cr=25500N。 3.計(jì)算所 需的徑向基本額定動(dòng)載荷值 NLnfPfChtpr161060 （ 2.2） 上式中 fp=1.1， ft=1，所以 3161040060113721.1 hr LC 25500N （ 2.3）固滿足要求，適用。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 2.4 加載裝置的選型 用底盤測功機(jī)測試節(jié)油車性能和檢測節(jié)油車技術(shù)狀況，就必須能模擬車輛在 道路上行駛時(shí)所受到的各種阻力。節(jié)油車行駛時(shí)內(nèi)部阻力是因?yàn)楣?jié)油車傳動(dòng)系的損 失而引起的，其值在 道路上和測功機(jī)上都是一樣的。節(jié)油車在道路上行駛時(shí)的外部 阻力就不同于在測功機(jī)上運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的阻力。在測功機(jī)上運(yùn)轉(zhuǎn)只有驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，所引起 的外部阻力較在道路上行駛時(shí)少，在測功機(jī)上不存在節(jié)油車在道路上行駛對所受到的空氣阻力、爬坡阻力，以及從動(dòng)輪的軸承摩擦、空氣阻力摩擦和滾動(dòng)阻力。這些外部阻力就靠測功機(jī)加載裝置模擬，以使節(jié)油車受力狀況如同在道路上行駛。 2.4.1測功機(jī)的類別 常用的測功機(jī)有水力測功機(jī)、電渦流測功機(jī)、電力測功機(jī)及磁粉測功機(jī)等。這些測功機(jī)都是根據(jù)測功機(jī)作用力矩與測功機(jī)反作用力矩大小相等、方向相反的原理來測 量的 3。 1水力測功機(jī) 水力測功機(jī)因其單位轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的扭矩吸收能力強(qiáng)，長期以來成為大功率內(nèi)燃機(jī)試驗(yàn)優(yōu)先采用的設(shè)備。目前主要有定充量水力測功機(jī)和變充量水力測功機(jī)。定充量水力測功機(jī)的吸收腔內(nèi)始終充滿具有一定壓力的水，通過調(diào)節(jié)測功機(jī)的閘套開合位置 (即調(diào)節(jié)測功機(jī)轉(zhuǎn)子與定子間的工作面積 )來改變測功扭矩大小，這類測功機(jī)穩(wěn)定性好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。變充量水力測功機(jī)又稱水渦流測功機(jī)。它是通過進(jìn)、出水閥來調(diào)節(jié)水力測功機(jī)吸功腔內(nèi)水量的多少，以達(dá)到改變其制動(dòng)扭矩大小的目的。變充量水力測功機(jī)工作時(shí)水壓高，噪聲大，而且在轉(zhuǎn)速高、制動(dòng)扭 矩小的區(qū)段幾乎不能穩(wěn)定工作。 2電渦流測功機(jī) 電渦流測功機(jī)利用電渦流效應(yīng)吸收驅(qū)動(dòng)輪輸出轉(zhuǎn)矩和功率，具有低慣量、高精度、高穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，適用于操作控制的自動(dòng)化，并且功率范圍也較寬，轉(zhuǎn)速較高，響應(yīng)速度較快，測試工藝比較成熟，是目前各內(nèi)燃機(jī)制造廠主要使用的測功機(jī)之一。基于其良好的控制性、可調(diào)性以及負(fù)載穩(wěn)定性，電渦流測功機(jī)較合適用于發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)和試驗(yàn)。但是，傳統(tǒng)的電渦流測功機(jī)吸收功率較小，技術(shù)水平偏低，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)中“恒流控制”和“恒速控制”兩個(gè)調(diào)節(jié)閉環(huán)共用一只調(diào)節(jié)器，導(dǎo)致恒轉(zhuǎn)矩控制和恒轉(zhuǎn)速控制 達(dá)不到精度要求。而且，與水力測功機(jī)一樣，電渦流測功機(jī)只能吸收原動(dòng)機(jī)的功，將其全部轉(zhuǎn)化為熱能消耗而不能回收，也不能黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 作為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)鼓工作。由于其性能的限制，使得其精度的提高和實(shí)際應(yīng)用受到限制。 3. 磁粉測功機(jī) 磁粉測功機(jī)是根據(jù)轉(zhuǎn)子和外殼內(nèi)腔之間填充的磁粉微粒處于磁化狀態(tài)后產(chǎn)生的反力矩來測功的。當(dāng)外殼上的勵(lì)磁線圈不通電時(shí)，磁粉呈自由狀態(tài)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁粉受離心力的作用而附在轉(zhuǎn)子與外殼內(nèi)腔之間的間隙邊緣，不傳遞轉(zhuǎn)矩。當(dāng)線圈通電時(shí)，磁粉處于磁化狀態(tài)，沿徑向排列互相吸引，在轉(zhuǎn)子和外殼內(nèi)腔之問形成磁粉鏈，而磁粉鏈中微 粒間的引力則構(gòu)成了制動(dòng)力矩。這種測功機(jī)體積小，轉(zhuǎn)矩大，在工作區(qū)域內(nèi)勵(lì)磁電流與轉(zhuǎn)矩近似里線性關(guān)系。當(dāng)勵(lì)磁電流不變時(shí)，具有等轉(zhuǎn)矩特性，響應(yīng)速度快，最大功率下可在任一工況點(diǎn)工作，故特別適合在大轉(zhuǎn)矩和中、低轉(zhuǎn)速工況應(yīng)用。由于高溫會(huì)引起磁粉燒結(jié)和磁勝退化，故需采取良好的冷卻措施，且不宜長期在高速狀態(tài)下使用 6。 4.電力測功機(jī) 電力測功機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和普通電機(jī)相似，由轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成，但與普通電機(jī)不同的是這種電力測功機(jī)的定子及其外殼不是固定在機(jī)座上，而是可以自由擺動(dòng)。轉(zhuǎn)子通過軸承支撐在定子外殼上，定子外殼通過滾動(dòng)軸承浮 動(dòng)的支撐在支座上，定子外殼與電機(jī)底座之間用拉壓傳感器相連接。由于定子用軸承浮動(dòng)支撐，所以拉壓傳感器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與定子上所作用的轉(zhuǎn)矩平衡，其大小由拉壓傳感器測出，故也稱為平衡式電力測功機(jī)，它分為直流電力測功機(jī)和交流電力測功機(jī)。 （ 1） 直流電力測功機(jī) 直流電力測功機(jī)采用復(fù)式激勵(lì)的直流電機(jī)，利用電樞繞組切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的原理，根據(jù)在不同電磁力作用下所產(chǎn)生大小不同、與轉(zhuǎn)向相反的制動(dòng)力矩來控制測功機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。直流測功電機(jī)由于控制簡單、調(diào)速平滑，性能良好，一直占據(jù)主導(dǎo)地位。然而，直流測功電機(jī)結(jié)構(gòu)上存在機(jī)械換向 器和電刷，因此具有一些無法克服的固有缺點(diǎn)，如造價(jià)偏高，維護(hù)困難，壽命短，單機(jī)容量和最高電壓以及最高轉(zhuǎn)速都受到一定的限制等等，導(dǎo)致直流電力測功電機(jī)在大容量、高速測功系統(tǒng)中難以廣泛應(yīng)用。 （ 2） 交流電力測功機(jī) 常用的三相交流發(fā)電機(jī)可作為最簡單的交流電力測功機(jī)。當(dāng)被測車輛直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)鼓帶動(dòng)三相交流發(fā)電機(jī)時(shí)，其測得的有效功率為： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 co s10003 uiP e （ 2.4） 式中： Pe測得的有效功率，單位 kW； u 交流發(fā)電機(jī)的電壓，單位 v； i 交流發(fā)電機(jī)的輸出電流，單位 A； 交流發(fā)電機(jī)的效率； cos交流發(fā)電機(jī)的功率因數(shù) 7。 交流電力測功機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向與被測動(dòng)力機(jī)械相同時(shí)，被測機(jī)械輸出接近空載。當(dāng)三相變頻電源降低頻率，旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速低于測功機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時(shí)，測功機(jī)工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向與被測機(jī)械輸出轉(zhuǎn)矩方向相反，即向被測試機(jī)械施加負(fù)載。此時(shí)，測功機(jī)將被測試機(jī)械輸出的能量轉(zhuǎn)換成電能，通輸出給大功 率電阻消耗或者回饋電網(wǎng)。 2.4.2各類測功機(jī)的比較 （ a） 變頻器控制的交流電力測功機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線 （ b）能耗制動(dòng)電阻控制的直流電動(dòng)測功機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線 （ c） 電渦流測功機(jī)的轉(zhuǎn)矩曲線 （ d）水力測功機(jī)的轉(zhuǎn)矩曲線 圖 2.3 各類測