HLJITD60底盘测功机设计

黑龙江工程学院本科生毕业设计底盘测功机是一种不解体检验车辆性能的研发检测设备，采用现代电测和计算机技术，仿真模拟各种路面行驶阻力，能很好的改善试验人员的试验环境,消除了试验重复性，显著缩短了试验周期，在某些方面可获得精度更高、更全面和更深入的试验结果。本设计的主要目的是开发适用于节油车性能测试的底盘测功机，为节油车的开发研究提供试验平台。文章首先介绍了背景及其意义、底盘测功机的发展情况及其主要工作方向；在此基础上对底盘测功机的结构进行了设计，分析节油车路面阻力, 建立了底盘测功机动力学模型；选择了交流发电机作为底盘测功机的加载装置，并建立了交流电力测功机的控制模型，设计了底盘测功机的测量和控制系统：脉宽调制(统，该系统为底盘测功机提供制动力，以确保正确加载，模拟道路工况。设计基于过低控制系统的稳态误差。最后对底盘测功机的测控软件进行了设计。以先进的测试理念“软件即仪器”为指导，软件的设计结合高内聚低耦合的开发思想，基于对测功机对象开发各子模块。其子模块可以方便移植应用到其他的领域中。并且界面美观，对话性强，操作方便，能很好的对系统进行实时监控以及各性能参数的显示。关键词：底盘测功机；油车；交流发电机；a to s he no in nd s is to n of of n of of C as C WM to ID to to of on is of is UI I AC 摘要 章 绪论题背景盘测功机发展现状、趋势及应用国节能竞技大赛及节油车介绍计的主要内容5第 2 章 底盘测功机的结构设计盘测功机概述盘测功机的基本结构盘测功机的工作原理筒轴承的选择与校核载装置的选型功机的类别类测功机的比较 载装置的最终选型流异步测功机测功原理速器设计动比的计算算传动装置的运动和动力参数轮参数的计算与校核的设计与校核承的选择与校核性模拟装置设计车功率平衡方程 性飞轮系统参数的确定它装置的设计与选择紧装置的设计机的选择 章小结24第 3 章 底盘测功机测试系统硬件设计试系统硬件设计基本原则试系统硬件总体设计试系统结构组成作原理据采集单元磁电流控制装置感器的选择感器的选择原则度传感器的选择压传感器的选择章小结32第 4 章 底盘测功机阻力模拟计所需使用的节油车参数的确定 轮转动惯量的测量油车车身迎风面积的计算油车在道路上的行驶阻力分析油车的驱动力油车行驶阻力油车道路行驶方程的建立、B、C 待定系数的确定方法油车在底盘测功机上的行驶阻力分析 盘测功机电模拟模型的建立章小结39第 5 章 盘测功机系统软件设计拟仪器概述件总体设计据采集模块设计拟量输入 字量输入 据处理模块设计统标定章小结50结论51参考文献53致谢 54附录 55附录A 外文资料翻译55黑龙江工程学院本科生毕业设计第1章 绪 人类智慧的结晶。然而，随着汽车的保有量的不断增加，汽车给人类带来了的问题也日益突出，已经严重危害到人类今后的生活，当今世界关于环境和能源的问题备受关注。随着汽车技术的发展，“节能、环保、安全”已成为未来汽车工业发展的主题，汽车的轻量化设计对提高车辆动力性、减少能源消耗与降低污染具有重要的实际意义。为了解决这些问题，节能汽车呈现加速发展的趋势，节能汽车的研发任务日趋紧迫，其研究手段需要不断完善。目前车辆主要的开发方式为计算机仿真、实车开发和试验台开发平台三种。计算机仿真有适应性强、费用低、开发周期短等优点，但受动力系统复杂的数学模型的制约，难以得到准确结果，仿真结果的可信性、可用性必须通过其它途径来检验。实车平台的优点是能够为开发对象提供真实的运行环境，但成本高、适应性差、测试和调节难度大。汽车底盘测功机试验台及与其相关的动力测试设备可以方便有效地对动力系统及其部件进行性能测试，对控制策略的优劣进行分析和评价，在整车的开发中具有计算机仿真和实车平台所不可替代的作用，是车辆开发的基础设施。用底盘测功机对整车进行综合试验。该综合试验使用了功能比车载测试仪器更强的室内试验设备，消除了无需研究的因素，在某些方面可获得精度更高、更全面和更深入的试验结果。同时，车辆本身又是一个复杂的系统，因此要加强对在用车辆的定期检测，以便及时维修调整，使车辆处于良好的技术状况。汽车底盘测功机就是其中常用的设备。底盘测功机室内试验系统最终建立，可直接对整车控划目标，如动力性能、经济性能进行全面的检测，同时也可对动力总成控制系统进行全面调试和检测。在车辆的使用过程中，底盘测功机充分利用现代化检测手段，可在汽车不解体的条件下迅速准确地检测汽车各机构、系统、零部件的技术状况和使用性能，查找故障或隐患所在，采取相应的预防措施，确保车辆在良好的技术状况下运行。对车辆的使用和维护同样具有十分重要的意义。势及应用国内外的汽车底盘测功机的发展由机械式到电子式，结构由复杂到简单的过程。在80年代以前，汽车试验设备主要以机械结构为主，如机械式测滑实验台，测力弹簧结构的制动实验台等。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，只能检测汽车在低速行驶状态下的参数，且精度很低。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在传统结构的汽车检测设备的基础上，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。此阶段的汽车底盘测功机主要采用机械一电模拟方式，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、物力开发研制机械一电模拟的汽车底盘测功机，并取得了很大成果。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，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。这将使试验台结构变得复杂且增加制造成本。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负载。在消耗工况下，通过改变磁通量和改变负载电阻均可改变回路中的电流。电力测功机这种实验台通过电信号调节模拟汽车的惯性力，实现了无级模拟。通过设计良好的底盘测功机测控系统使其能自动调节12。汽车底盘测功机被广泛应用于工业发达国家的汽车制造、检测和维修业当中。德国申克公司生产的汽车底盘测功机，它自己带有的一套控制模式能实现数字控制和模拟控制转速、滑行等功能，可逼真地再现实际工况。还有德国的马哈公司、美国的野马公司、国的班牙的出口到世界其他国家。黑龙江工程学院本科生毕业设计3早期国内引进的大多是日本的模拟电子式底盘测功机。1981年，天津公共汽车公司和交通部科学研究院参考引进日本弥荣的10型底盘测功机，研制出汽车性能试验台。1991年，交通部公路研究所和成都汽车保修机械厂制成0束了我国不能生产底盘测功机的历史3。目前，汽车底盘测功机在我国已经有一些企业生产了一系列的产品，国内生产的主机(机械部分)已接近并在某些主要指标方面达到或超过进口设备水平，研究现在主要集中在控制系统这一部分，与国外仍有一定差距。近年来因电子计算机技术的高度发展，为数掘的采集、处理及试验数据分析提供了有效的手段，同时为模拟道路状态准备了条件，加速了底盘测功机的发展，加之各类专用软件的开发和应用，使底盘测功机得到了更广泛的推广。其未来的方向也必将伴随着应的底盘测功机。主要应用于检测节能车的动力性及燃油经济性。既能够测试节能赛车的性能（包括驱动轮输出功率、扭矩和转速）。也可以进行摩托车及电动车(包括纯电动车、燃料电池电动车)的特有性能的测试。用室内试验台架(底盘测功机)对节油车整车进行综合试验，消除了无需研究的因素，显著缩短了试验周期，在某些方面可获得精度更高、更全面和更深入的试验结果缩短整车试验和标定的试验周期，降低研制的风险和成本，对整车和零部件总成的设计具有十分重要的指导意义。故设计本底盘测功机具有如下功能：（1）最高车速测试；（2）爬坡度测试；（3）底盘输出功率测试；（4）校验车速表、校验里程表；（5）燃油经济性测试。“如何有效利用有限资源，不破坏公共环境，为子孙后代造福，所有行动要以此为准绳”。黑龙江工程学院本科生毕业设计4节能竞技大赛是搭载冲程125过动手制作赛车挑战节能极限的竞技赛事。该赛事人人都可以轻松参与，队员们通过创意，设计出世界上独一无二赛车参与角逐，人们不仅可以感受到“创造”与“交流”的乐趣，还可以体会到“低油耗就是环保”的理念。本田希望通过“节能竞技大赛”，为近年来中国不断高涨的环保、节能意识的进一步提高作出贡献。2007年第1届中国节能竞技大赛由于报名火爆，参赛队伍众多，场地由原定的上海龙华机场改为上海国际赛车场。第2届引了很多的社会普通级别车队参加。比赛在上海国际赛车场举行。此次比赛全长12040m，比赛圈数为4圈。竞赛要求车手以不低于25km/量油耗，最终耗油量最少的车队胜出，并通过计算得出12010年第4届中国节能竞技大赛上，我校参赛车第一次参加比赛，取得了预赛全国十五，决赛全国二十的好成绩。2011年我校参赛车将继续参赛。预祝取得更加优异的成绩！1）设计滚筒机构、动力吸收装置、控制与测量系统和辅助装置，附加飞轮系统。（2）对车辆在道路上和底盘测功机上两种情况进行阻力分析，建立车辆行驶仿真数学模型。（3） 对测控系统的硬件部分经行相关设计，主要包括数据的采集和放大处理等，分析系统产生干扰的原因并采取一定措施进行干扰的抑制。（4）基于件采用模块化设计。（5）分析误差的产生，对程序进行测试与标定。黑龙江工程学院本科生毕业设计6第2章 称转鼓试验台，是一种室内试验设备。它是通过在室内台架上模拟汽车道路行驶工况的方法来检测汽车的动力性，而且还可以测量多工况排放指标及油耗。同时能方便地进行汽车的加载调试和诊断汽车在负载条件下出现的故障等。由于汽车底盘测功机在试验时能通过控制试验条件，使周围环境影响减至最小，同时通过功率吸收加载装置来模拟道路行驶阻力，控制行驶状况，故能进行符合实际的复杂循环试验，因而得到广泛应用。底盘测功机分为两类，单滚筒底盘测功机和双滚筒式。底盘测功机既可以用于汽车科学试验，也可以用于维修。试验时车辆后轮带动转鼓旋转，转鼓通过联轴器与升速器连接再将转矩传递给加载装置，由加载装置提供阻转矩，使车辆发动机受到的阻力等效于同等工况下在道路试验中受到的阻力；风机的风速跟踪车速，使车辆发动机（还有传动箱、轮胎等）的冷却条件与道路试验等效。这样车辆就可以在底盘测功机上模拟道路行驶。系统还配备了对速度、时间、距离、压力等项目的测量环节，由计算机进行数据采集和控制。整个系统协调运转，驾驶员在显示器的提示下按照试验要求驾驶车辆。一方面保证测试的重复性，别一方面便于相关数据的采集和车辆性能的调整。近年来因电子计算机技术的高度发展，为数掘的采集、处理及试验数据分析提供了有效的手段，同时为模拟道路状态准备了条件，加速了底盘测功机的发展，加之各类专用软件的开发和应用，使汽车底盘测功机得到了广泛的推广4。力吸收装置、控制与测量系统和辅助装置。附加飞轮系统等。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，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。5速器 滚筒冷却风机夹紧装置拉压传感器 结构和性能的好坏，将直接影响测功机的测试精度。滚筒采用钢制空心结构。滚筒直径、表面状况是影响测功机性能的主要结构参数。滚筒直径决定了车轮与滚筒的接触状况。直径大时，滚筒曲率半径大，车轮在滚筒上运转接近在道路上行驶的状况，滑转率小，滚动阻力小，测试精度高；滚筒直径小时，由于接触比压大，滑转率大，滚动阻力大，在高速下会使传递功率损失7同时，车轮在小直径滚筒上滚动时会增加轮胎的摩擦力，长时间的高速运转会使轮胎表面测试升高到临界值，导致轮胎早期损坏。 181762007规定摩托车底盘测功机滚筒的直径要大于或等于400时国标要求测功机的基本当量质量是100就是要求测功机系统旋转件的转动惯量加上滚筒的当量质量黑龙江工程学院本科生毕业设计9为100此按照参数的要求可以设计滚筒的尺寸为：外径560径532度为250筒壁厚14筒表面形式可以为光滑的，也可以是表面经过处理为粗糙的。对于测定或检验汽车动力性或模拟汽车行驶工况的测功机上的滚筒，其表面多为光滑的。由于本设计即为测试节油赛车的性能的转鼓，采用光滑表面即可满足其车轮附着力。因此转鼓表面不采用特殊形式。有径向力而不承受轴向力，所以轴承的形式选择为深沟球轴承。按照车轮承载质量平均分配原则，车加载在滚筒上的径向力及滚筒自身重力和为G=（ 3）g （ (100 + 40)g= 1372 滚筒质量，单位kg;车身质量，单位kg;g 重力加速度,单位m/于径向力372 N，轴向力。则re。由机械设计手册查得X=1，Y=0。当量载荷P = 1372 N。考虑到其他车型的需要，故轴承的选择适当增大些型号，以承受更大的轴向力。初选型号为6207。基本额定动载5500N。fC 161060 （式中.1，所以 C 25500N （满足要求，适用。必须能模拟车辆在道路上行驶时所受到的各种阻力。节油车行驶时内部阻力是因为节油车传动系的损失而引起的，其值在道路上和测功机上都是一样的。节油车在道路上行驶时的外部阻力就不同于在测功机上运转时的阻力。在测功机上运转只有驱动轮转动，所引起的外部阻力较在道路上行驶时少，在测功机上不存在节油车在道路上行驶对所受到的空气阻力、爬坡阻力，以及从动轮的轴承摩擦、空气阻力摩擦和滚动阻力。这些外部阻力就靠测功机加载装置模拟，以使节油车受力状况如同在道路上行驶。涡流测功机、电力测功机及磁粉测功机等。这些测功机都是根据测功机作用力矩与测功机反作用力矩大小相等、方向相反的原理来测量的3。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。2电涡流测功机电涡流测功机利用电涡流效应吸收驱动轮输出转矩和功率，具有低惯量、高精度、高稳定性、结构简单等特点，适用于操作控制的自动化，并且功率范围也较宽，转速较高，响应速度较快，测试工艺比较成熟，是目前各内燃机制造厂主要使用的测功机之一。基于其良好的控制性、可调性以及负载稳定性，电涡流测功机较合适用于发动机的开发和试验。但是，传统的电涡流测功机吸收功率较小，技术水平偏低，自动调节系统动态结构中“恒流控制”和“恒速控制”两个调节闭环共用一只调节器，导致恒转矩控制和恒转速控制达不到精度要求。而且，与水力测功机一样，电涡流测功机只能吸收原动机的功，将其全部转化为热能消耗而不能回收，也不能黑龙江工程学院本科生毕业设计11作为电动机驱动转鼓工作。由于其性能的限制，使得其精度的提高和实际应用受到限制。3. 磁粉测功机磁粉测功机是根据转子和外壳内腔之间填充的磁粉微粒处于磁化状态后产生的反力矩来测功的。当外壳上的励磁线圈不通电时，磁粉呈自由状态，转子旋转时，磁粉受离心力的作用而附在转子与外壳内腔之间的间隙边缘，不传递转矩。当线圈通电时，磁粉处于磁化状态，沿径向排列互相吸引，在转子和外壳内腔之问形成磁粉链，而磁粉链中微粒间的引力则构成了制动力矩。这种测功机体积小，转矩大，在工作区域内励磁电流与转矩近似里线性关系。当励磁电流不变时，具有等转矩特性，响应速度快，最大功率下可在任一工况点工作，故特别适合在大转矩和中、低转速工况应用。由于高温会引起磁粉烧结和磁胜退化，故需采取良好的冷却措施，且不宜长期在高速状态下使用6。转子和定子构成，但与普通电机不同的是这种电力测功机的定子及其外壳不是固定在机座上，而是可以自由摆动。转子通过轴承支撑在定子外壳上，定子外壳通过滚动轴承浮动的支撑在支座上，定子外壳与电机底座之间用拉压传感器相连接。由于定子用轴承浮动支撑，所以拉压传感器产生的转矩与定子上所作用的转矩平衡，其大小由拉压传感器测出，故也称为平衡式电力测功机，它分为直流电力测功机和交流电力测功机。（1）直流电力测功机直流电力测功机采用复式激励的直流电机，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，单机容量和最高电压以及最高转速都受到一定的限制等等，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。（2）交流电力测功机常用的三相交流发电机可作为最简单的交流电力测功机。当被测车辆直接驱动转鼓带动三相交流发电机时，其测得的有效功率为：黑龙江工程学院本科生毕业设计12 （中：测得的有效功率，单位kW；u 交流发电机的电压，单位v；i 交流发电机的输出电流，单位A；交流发电机的效率；交流发电机的功率因数7。交流电力测功机电机转子的转速与转向与被测动力机械相同时，被测机械输出接近空载。当三相变频电源降低频率，旋转磁场同步转速低于测功机转子转速时，测功机工作于发电机状态，产生的电磁转矩方向与被测机械输出转矩方向相反，即向被测试机械施加负载。此时，测功机将被测试机械输出的能量转换成电能，通输出给大功率电阻消耗或者回馈电网。a）变频器控制的交流电力测功机转矩曲线 （b）能耗制动电阻控制的直流电动测功机转矩曲线（c）电涡流测功机的转矩曲线 （d）类测功机转矩特性曲线众所周知，测功机的使用范围是该测功机的转矩曲线所包围的面积。前，在小型通用汽油机(功率在1 速发展的情况下，一般直流电力测功机或电涡流及水力黑龙江工程学院本科生毕业设计13测功机无法满足其台架试验的要求，直流电力测功机的静摩擦曲线比较高，在1小型通用汽油机的功率只有1 能无法拖动电机运转。电涡流测功机和水力测功机在额定转速以下，无法恒转矩调速，小型通用汽油机的转矩可能在测功机转矩曲线之外。与各类水力测功机及电涡测功机相比，交流电力测功机测功范围宽，而且可在测定原动机性能参数的同时，还以发电的形式回收能量；与水力测功机相比，它节约了水资源及相应的配套设备，试验场地干净，对环境无污染，转矩控制响