第6篇试验检测设备Word格式文档下载.docx
《第6篇试验检测设备Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第6篇试验检测设备Word格式文档下载.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
汽车底盘测功机主要由道路模拟系统、数据采集与控制系统、安全保障系统及引导系统等构成。
普通型道路模拟系统如图l所示。
（二）工作原理
汽车在道路上运行过程中存在着运动惯性、行驶阻力，要在试验台上模拟汽车道路运行工况，
首先要解决模拟汽车整车的运动惯性和行驶阻力问题，这样才能用台架测试汽车运行状况的动态性能。
为此，在该试验台上利用惯性飞轮的转动惯量来模拟汽车旋转体的转动惯量及汽车直线运动质量的惯量，采用电磁离合器自动或手动切换飞轮的组合，在允许的误差范围内满足汽车的惯量模拟。
至于汽车在运行过程中所受的空气阻力、非驱动轮的滚动阻力及爬坡阻力等，则采用功率吸收加载装置来模拟。
路面模拟是通过滚筒来实现的，即以滚筒的表面取代路面，滚筒的表面相对于汽车作旋转运动。
在系留装置及车偃等安全措施保障下，通过控制系统可对加载装置及惯性模拟系统进行自动或手动控制，以实现对车辆的动力性如加速性能、汽车底盘输出功率、底盘输出最大驱动力、滑行性能、车速表校验、里程表校验等项目的检测。
三、汽车底盘测功机的构造
（一）道路模拟系统
1、滚筒装置
（l）滚简直径
底盘测功机所采用的路面模拟系统的滚筒一般是直径为Ø
180-400mm的钢滚筒，按其结构形式可分为两滚筒和四滚筒两种。
所谓两滚筒路面模拟系统由两根短滚筒组成，其特点是支承轴承少，台架的机械损失小;
所谓四滚筒路面模拟系统由四根短滚筒组成，它较两滚筒多了四个支承轴承和一个联轴器，在检测过程中，其机械损失较大。
（2）滚筒的表面状况
滚筒的表面状况是指滚筒表面的加工方法和清洁程度（水、油和橡胶粉末的污染等）。
汽车在干燥滚筒上的驱动过程是一个摩擦过程，总摩擦力由若干分力组成，如:
F总=F附着+F阻滞
式中:
F附着--接触面间的附着力；
F阻滞--轮胎在滚筒上滚动变形时，由于压缩与伸张作用之间能量的差别而消耗的能量，进而转化为阻止车轮滚动的作用力；
该两项分力取决于轮胎材料、结构和温度。
附着系数随速度增加而下降的原因较为复杂，一方面是由于滚筒圆周速度提高，橡胶块与滚筒之间的嵌合程度越来越差，在未达到平衡状态之前便产生了滑动和振动；
另一方面随着速度的提高，接触面的温升加快，很快在滚筒表面形成了一层橡胶膜，降低了附着系数。
（3）安置角
所谓汽车车轮在滚筒上的安置角是指车轮与滚筒接触点的切线方向与水平方向的夹角。
台架的阻力系数随着安置角的增大而增大。
试验过程对安置角的要求如下：
a、车轮带动装有惯性飞轮的滚筒以最大加速度加速时，不得使出滚筒，以确定最小安置角；
b、当台架滚筒制动后，保证车辆仍可是出滚筒，以确定最大安置角。
（4）路面模拟系统常见的故障
滚筒轴承座温度过高，其原因为：
①滚筒两端轴承同心度失准，前、后派滚筒平行度没达到原设计要求，可以通过精心调整轴承座排除故障；
②滚筒轴承润滑不良，需检查轴承工作状况，按照使用说明书的要求，定期对滚筒轴承进行润滑。
2、功率吸收装置（加载装置）
（1）底盘测功机功率吸收装置类型
在汽车检测线上所用的底盘测功机功率吸收装置的类型有：
电涡流式、水力式、电力式。
由于一般水力式功率吸收装置的可控性较电涡流式差，电力测功机的成本较高，因而国内所生产的汽车底盘测功机大多数采用电涡流式功率吸收装置。
（2）电涡流功率吸收装置的基本结构
电涡流测功器主要由定子和转子两部分组成。
在定子四周装有励磁线圈，转子与测功机主动滚筒相连，在磁场中转动。
当励磁线圈通以直流电时，磁力线在定子、涡流环、空气隙和转子之间构成回路。
磁通的大小与励磁线圈的应数以及所通过的电流大小有关。
转子外圆制成凸凹不同的形状，由于通过齿顶和凹槽的磁通不一样，凸出部分比凹陷部分通过的磁通多，当转子旋转时，引起磁通的变化，从而在固定的涡流环中产生涡流。
这种涡流产生的磁场又产生一个与转子旋转方向相同的转矩，由于作用与反作用的关系，转子产生一个与自己转动方向相反的转矩，该转矩是转子转速和磁场电流的函数。
由于转子与滚简相连，就等于给滚筒施加了一个阻力，用这个阻力来模拟汽车在道路上行驶的阻力。
这个对转子起制动作用的扭矩，使浮动的定子顺着转子旋转方向摆动。
制动力矩的大小可以通过控制励磁电流来调节，所以，电涡流测功器很容易实现自动控制。
涡流环必须能使涡流在其中自由产生，为此要求制作涡流环的材料电阻越小越好。
对转子和定子要求磁力线能顺利通过，材料应具有高的导磁率，电工纯铁和低碳钢适合于做这些零件的材料。
为了避免磁力线通过转子轴造成不必要的损失，转子轴可采用非导磁材料制造。
电涡流测功器是一个功率吸收装置，它将吸收的汽车驱动轮输出功率转变成热能，经空气或冷却水散发出去。
由于冷却方式不同，电涡流测功器分为风冷和水冷两种类型。
①水冷式电涡流功率吸收装置的基本结构如图2所示，水冷式电涡流功率吸收装置主要由转子（包括带齿状凹凸的感应子17、主轴7）和定子（包括作为磁轭的铁芯1、涡流环2、励磁绕组18、端盖3）组成。
其特点是
a.结构复杂，安装不便，特别是我国北方冬季，由于气温低，必须注意冷却水管路保温以防水管冻裂；
b.较风冷式测量精度高；
c.冷却效率高，适合持续运行工况使用；
d.冷却水温度一般不得超过60℃以防结垢，冷却水pH值按说明书规定执行。
②风冷式电涡流功率吸收装置的基本结构如图3所示，风冷式电涡流功率吸收装置主要由转子、定子、励磁线圈、支承轴承、冷却风扇叶片、力传感器等组成，其特点是：
a.结构简单，安装方便；
b.冷却效率低，功率吸收装置不易长时间运行，其转子的导磁率随温度的上升而下降；
因而其最大吸收功率随温升而减小，所以一般风冷式功率吸收装置在高转速、大负荷下工作时间不宜超过5min；
c.由于冷却风扇在工作时消耗一定的功率，所以应该将风扇所消耗的功率计入汽车底盘输出功率。
（3）电涡流功率吸收装置的工作原理
图4是电涡流功率吸收装置基本工作原理图。
当励磁线圈通以直流电时，在转子与铁芯间隙处就有磁力线通过。
此间隙的磁通分布在转子齿顶处的磁通密度大，而通过齿槽处的磁通密度小。
当转子以转速n旋转时，则在A处的磁通就减少。
由磁感应定理可知，此时在定子的涡流环体内产生感应电势，力图阻止磁通的减小，于是就有电涡流产生，涡电流方向用右手定则判定，如图“+·
”所示。
同理，在B处产生的电涡流如图中所示。
由图可见在齿顶处的电涡流方向为“·
”，因此用左手定则判定，此时定子受力，其方向如图所示。
而在齿槽处由于磁通很小，所以受力也很小。
因此总的受力F之方向如图所示，此力使与定子外壳相连接的力臂引入称量机构便可进行力矩测量。
当测功机转子以转速n（r/min）转动，且给励磁线圈加一定的电流时，可摆动的定子外壳就产生一定的阻力矩T（N·
m）便可得到吸收功率P，
P=T·
n／9549（kw）
3.惯性模拟装置
上述结构为常见于仅检测汽车底盘输出功率的汽车底盘测功机。
为了检测汽车的滑行性能，我国目前有部分非电力式底盘测功机配备有惯性模拟系统如图5所示。
汽车在道路上行驶时汽车本身具有一定的惯性能，即汽车的动能；
而汽车在底盘测功机上运行时车身静止不动，是车轮带动滚筒旋转，在汽车减速工况时，由于系统的惯量比较小，汽车很快停止运行，所以检测汽车的减速工况和加速工况时，汽车底盘测功机必须配备惯性模拟系统。
汽车底盘测功机台架转动惯量是通过飞轮来实现的，目前由于我国对汽车台架的惯量没有制订相应的标准，因而国产底盘测功机所装配的惯性飞轮的个数不同，且飞轮惯量的大小也不同，飞轮的个数愈多，则检测的精度愈高。
例如，国产RCD-1030型底盘测功机，按照常用汽车的质量，将飞轮组合成四级，见下表。
按车质量选择惯性飞轮
汽车质量（kg）
选择飞轮
1000
不挂飞轮，利用滚筒等转动件
3000
挂大飞轮
2000
挂小飞轮
4000
挂大飞轮加小飞轮
日本弥荣CDM-600型底盘测功机的惯性飞轮安装在滚筒机架左边，也是用离合器将飞轮与滚筒联结起来。
飞轮根据被测车的质量选配，见下表。
CDM-600型底盘测功机的惯性飞轮
汽车质量（kg）
需配置的飞轮（kg）
小于800
不配置飞轮
1400-2100
1200
800-1400
700
大于2100
700+1200
（二）底盘测功机采集与控制系统
1.车速信号采集
目前国内检测线用的汽车底盘测功机所采用车速信号传感器可分为以下几个类型。
（1）光电式车速信号传感器图6为直射式光电车速传感器的工作示意图。
它由光源、带孔圆盘（光栅）和光敏管组成。
汽车车轮在光滚筒上滚动时，带动光栅以一定的转速旋转，光源连续发光，当光束通过光栅上的小孔时，光束照到光敏管上，使它产生相应的电脉冲信号。
此信号送入计数器即可得到被测轴的转速。
车速信号有两种，其一是单位时间计数（频率），其二是测脉宽（周期），两者均可得到滚筒的转速信号，根据滚筒的半径及光栅盘上小孔的个数可得到车速信号。
常见的故障:
没有车速信号，其原因为:
①发光光源断电或光源灯坏，需检查电路或更换电源灯；
②由于车轮在旋转时带起的灰尘遮住光源或使光源发光强度减弱；
③光电管有故障，需更换；
④信号线有短路或断路现象；
⑤车速信号预处理系统有故障，需检查脉冲整形、光隔等电路；
⑥A/D转换有故障，需检查；
⑦控制柜有指示，计算机无车速显示，需检查单片机与计算机的通讯电缆线接触是否良好。
（2）磁电式车速信号传感器
图7为磁电车速传感器工作示意图。
它由旋转齿轮和永久磁铁及感应线圈等组成。
汽车车轮在光滚筒上滚动时，带动齿轮以一定的转速旋转，当磁电传感器对准齿顶时，磁电传感器感生电动势增强，同理当磁电传感器对准齿槽时，磁电传感器感生电动势减弱，由于磁阻的变化，磁电传感器输出的电压信号为交变信号。
因信号较弱（一般在3mV左右），所以必须经过信号放大及整形电路，将交变信号变为脉冲信号，送入CPU高速输入口（HSI），以获取车速信号。
没有车速信号，其原因如下:
①磁电传感器距齿轮的间隙过大（一般为0.5-1.Omm）；
②其他参见光电式车速信号传感器故障④⑤⑥⑦。
（3）霍尔传感器
图8为霍尔车速传感器工作示意图。
汽车车轮在滚筒上滚动时，带动转盘旋转，当霍尔传感器（霍尔元件）对准永久磁铁时，磁场强度增强，产生霍尔效应，输出电压可达10mV，当霍尔传感远离磁场时，输出电压降至OV，这样便可得到脉冲信号，送入CPU高速输入口（HSD），通过检测脉冲频率或周期，便可得到车速信号。
①霍尔传感器有故障；
（4）测速电机
图9为测速电机工作示意图，汽车车轮在光滚筒上滚动时，带动测速电机旋转，测速电机产生的电压正比于滚筒的转速，通过A/D采集可得到车速信号。
没有车速信号，其原因:
①测速电机有故障，没信号输出；
②其他参见光电式车速信号传感器故障④⑥⑦。
2.驱动力信号
汽车底盘测功机驱动力传感器可分为两种，其一是拉压传感器，安装图如图10（a）所示；
其二是位移传感器，其安装图如图10（b）所示；
它们一边连接功率吸收装置的外壳，另一边连接机体。
功率吸收装置在工作过程中，无论是水力式、电涡流式还是电力式功率吸收装置，其外壳都是浮动的，以电涡流式为例，当线圈通过一定的电流时，就产生一定的涡流强度。
对转子来说，电磁感应产生的力偶的作用方向与其转动的方向相反；
对外壳来说，力偶作用的方向与转子转动的方向相同。
当传感器固定后，外壳上的力臂对传感器就有一定的拉力或压力（与安装的位置有关），拉压传感器在工作时，传感器受力产生应变，通过应变放大器可得到一定的输出电压，这样将力信号转变成电信号来处理，通过标定，可以得到传感器的受力数值。
位移传感器是利用功率吸收装置外壳的作用力作用在弹簧上，根据虎克定理，在弹性范围内作用力与位移成正比的关系，所以，通过位移计可得到对传感器作用力的大小。
没有牵引力信号。
其原因及排除方法:
①对拉压传感器来说，应检查应变桥的电阻值是否平衡，若电桥阻抗误差超过2Ω，需更换传感器；
②对位移传感器应检查有无阻抗变化；
③信号线短路或断路；
④检查牵引力信号预处理系统有否故障，当传感器受力后，有无电量输出，若有，请检查接插件是否牢固、放大器芯片工作是否正常；
⑤A/D转换有故障，需检查；
⑥控制柜有牵引力指示，而计算机无显示，请检查单片机与计算机的通讯电缆线接触是否良好。
3、汽车底盘测功机控制系统
（1）由于电涡流式加载装置可控性好、结构简单、体积小、重量轻、便于安装，在底盘测功机中得到广泛的应用。
所以这里主要介绍电涡流测功机的控制系统。
众所周知，汽车在行驶过程中存在滚动阻力、空气阻力、加速阻力和坡道阻力，其中加速阻力是通过惯性飞轮来模拟的；
通过台架模拟道路必须选用加载装置，要想控制它，就必须知道控制电压及电流。
电涡流式加载装置控制系统的框图如图11所示。
控制原理如下:
①整流系统将220V的交变电压转变为电涡流式加载装置所要求的励磁直流电压U。
②将交变电压通过整流电桥将正弦波形变成馒头形波。
如图12所示。
③通过整流和稳压，将±
5V、±
12V电压作控制电路用。
④给定控制方式、（恒速控制、恒扭控制）。
⑤将所选定的速度或扭矩信号与计算机（或单片机）输出的设定信号同时输给PID板的电压比较器，由PID板输出加载控制信号（加载或减载电压）。
⑥加载电压加在三极管放大电路的前端。
⑦通过电容的充、放电使单结管输出尖脉冲以触发可控硅，其波形如图13所示。
⑧将可控硅的输出波形加在电涡流加载装置的两端，使其控制系统成为7个控制电压大小的仪器，同时也控制电涡流测功机的电流大小。
⑨续流二极管的作用是消除电涡流加载装置的自感电流。
⑩过载保护装置是防止加载电流过大，当电流达到设定值时，继电器断开，使电路停止工作。
（2）汽车底盘测功机常见的位控信号有举升器升降控制或滚筒锁定控制、电磁阅控制、飞轮控制、车辆检测灯控制、手动或自动控制等信号，它们常常通过计算机或单片机I/O输出板（8155或8255等），再经过信号放大、驱动来实现。
4、测油耗装置。
底盘测功机上配置的油耗测量装置有定容积式和电子秤两种。
定容积式是在给驱动轮加载的情况下，测定汽车燃烧50ml或l00ml燃油所行驶的距离，油耗的单位为l/l00km。
某些底盘测功机上显示的油耗单位是km/l，求倒数再乘100即可换算成l/l00km。
也有使用电子秤的，使用电子秤的优点是汁量准确，能够计量的燃油量较大，可以进行多工况油耗试验。
计量燃油的容器是两个相连的玻璃球，每个玻璃球的容积为50ml时，在瓶颈处的两侧分别安装发光管和光电接收管。
利用光在液体中产生折射的原理，控制接收管的电信号。
当油面通过第一个瓶颈处开始汁量，到第二个瓶颈处停止计量，即为50ml第三个瓶颈处停止计量即为l00ml。
（三）安全保障系统
安全保障系统包括左右挡轮、系留装置、车偃、发动机与车轮冷却风机，其作用如下:
（l）左右挡轮的目的是防止汽车车轮在旋转过程中，在侧向力的作用下驶出滚筒，对前轮驱动车辆更应注意；
（2）系留装置是指地面上的固定盘与车辆相连，以防车辆高速行驶时，由于滚筒的卡死飞出滚筒；
（3）车偃的作用之一是防止车辆在运行过程中，车体前后移动，同时也达到与系留作用相同的功能；
（4）发动机与车轮冷却风机是防止车辆在运行过程中发动机和车轮过热。
（四）引导与举升及滚筒锁定系统
1.引导系统
引导系统也称司机助，其作用是引导驾驶员按照提示进行操作。
提示的方法有两种，一种是显示牌，另一种是大屏幕显示装置。
（1）显示牌一般是与计算机的串行通讯口相连，当计算机对显示牌初始化后，便可对显示牌发送ASCII码与汉字，以提示驾驶员如何操作车辆及显示检测结果。
（2）大屏幕显示器是通过AV转换盒与计算机相连，Av转换盒的目的是将计算机的数字信号转换成视频信号供电视机用，如图14所示。
2.举升系统
升降系统的类型较多，底盘测功机常用的类型有:
（1）气压式升降机如图15所示，它是由电磁阀、气动控制阀及双向气缸或橡胶气囊组成，在气压力的作用下，气缸中的活塞便可上下运动以实现升降目的。
（2）液压式举升装置通常由磁阀、分配阀、液压举升缸等组成。
在液压作用下，举升缸活塞向上移动，实现举升目的。
3.滚筒锁止系统
棘轮棘爪式锁止装置如图16所示，它由双向气缸、棘轮、棘爪、回位弹簧、杠杆及控制器组成，通过控制器控制压缩空气的通断，当某一方向通气后，空气推动气缸活塞运动控制棘爪与棘轮离合以达到锁止或放松滚筒的目的。
常见的故障及检查方法有:
①对于引导系统、显示牌或大屏幕显示装置无显示，请检查它们与计算机的通讯线是否连接牢固，AV盒的电源供电是否正常。
②机械式举升器故障的检查方法:
a.升降控制按钮工作是否正常；
b.对装有升降控制继电器的测功机，请检查其工作是否正常；
c.举升电机是否工作正常；
d.由于左右丝杠需要同步升降，所以机械式举升器的扭杆必须工作正常；
e.当举升器有异响时，需检查举升器蜗轮蜗杆减速装置的润滑是否正常。
③气压式升降机故障的检查方法:
c.气源工作正常，供气管路是否有漏气现象；
d.电磁控制阀工作是否正常。
④棘轮棘爪式锁止装置故障的检查方法:
d.控制气阀是否工作正常，管接头是否有漏气现象，回位弹簧工作是否正常。
四、影响底盘测功机测试精度的因素
为了确定底盘测功机的试验精度，必须分析在汽车检测过程中影响汽车底盘输出功率测定值的因素。
（一）机械阻力对汽车底盘输出功率测定值的影响
汽车底盘测功机的台架机械损失主要包括支承轴承、联轴器、升速器等，这些部件在车轮带动滚筒旋转过程中，由于摩擦力的存在将消耗一定的功率，为此采用倒拖方法可以测出不同车速下底盘测功机台架的机械阻力所消耗的功率（不含升速器的机械损耗），如图17所示。
由于台架阻力消耗了汽车部分驱动功率，因此，在检测汽车底盘输出功率时，必须计入机械阻力所消耗的功率。
另外，有些底盘测功机在滚筒与功率吸收装置之间安装有升速器，要求升速器外壳必须是浮动的，并安装拉压传感器以检测传动扭矩。
由于升速器的搅油损失和机械损失不仅与加注润滑油量的多少有关，而且还随温度的变化而变化，使台架机械损失难以测得，增大了检测误差。
（二）风冷式电涡流功率吸收装置的冷却风扇对汽车底盘输出功率测定值的影响
风冷式电涡流功率吸收装置采用冷却风扇给励磁线圈进行散热，由于冷却风扇与转子为一体，当转子转动时，冷却风扇自身将消耗一定的驱动功率，且与转子转速的三次方成正比，因此，当底盘测功机安装有风冷式电涡流功率吸收装置时，必须给出风扇消耗功率与转子转速（或车速）的数学模型，以便计入底盘输出功率中。
（三）滚动阻力对汽车底盘输出功率测定值的影响分析
车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生法向、切向的相互作用力以及相应的轮胎和支承路面的相对刚度决定了变形的特点。
当弹性轮胎在硬质的钢制光滚筒上滚动时，轮胎的变形是主要的，此时由于轮胎内部摩擦产生弹性迟滞损失，使轮胎变形时对它做的功不能全部收回，此能量消耗在轮胎各组成部分相互间的摩擦以及橡胶、帘线等物质的分子间的摩擦，最后转化为热能而消失在大气中。
这种损失即为弹性物质的迟滞损失。
因为滚动阻力系数与模拟路面的滚筒种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料、气压等有关，所以，对其影响因素分析是非常必要的，具体分析如下：
1.钢制光滚筒对滚动阻力系数的影响
（1）若滚筒的半径r越大，在车轮滚动时轮胎的变形量就越小，也就是说弹性迟滞损失就越小，故滚动阻力系数随滚筒半径的增大而减小。
（2）在加工过程中滚筒的椭圆度、同轴度越小，轮胎在滚筒上的运转就越平稳，当车速一定时滚动阻力系数的波动范围就越小，所以说，滚动阻力系数随滚筒加工精度的提高而减小。
（3）目前我国在用的底盘测功机滚筒表面有两种，一种是常见的光滚筒即表面未经处理的滚筒，另一种是滚筒表面喷涂有耐磨硬质合金，前者由于滚筒表面较光滑，其附着系数约为0.5，试验用的东风车在50km/h工况下检测最大底盘输出功率时，其滑移率约为8%，也就是说，汽车车
升级会员 