底盘测功机工作原理及使用_冯悦新.pdf

2012 年 8 月 汽车底盘测功机是目前汽车业内常用的一种在室 内模拟真实道路行驶工况阻力的大型试验设备， 因为 其应用普遍，深入认识其构造、原理及应用，能够更好 地指导日常试验，并最大限度地拓展其功能。 1底盘测功机的构成 汽车底盘测功机主要是由道路模拟系统、 数据采 集与控制系统、安全保障系统及引导系统等部分构成。 道路模拟系统主要部件有：滚筒、功率吸收装置和惯性 模拟装置；数据采集与控制系统主要部件有：车速信号 采集、驱动力信号和控制系统；安全保障系统主要部件 有：左右挡轮、车辆固定装置、车偃及发动机与车轮冷 却风机；引导系统主要部件有：引导系统、举升系统和 滚筒锁止系统1。 2底盘测功机的工作原理 底盘测功机采用高性能的工业控制计算机， 整个 控制系统包括计算机、显示器、键盘、鼠标、打印机、输 入输出端子板、总线接口卡、可控硅及其控制电路。 测 控系统加上测功机的机械部分 （ 台架）构成了整个测功 机。 测控系统通过台架上的压力传感器、速度传感器、 气动举升机和电涡流机等装置， 完成对底盘测功机的 控制。 总线接口卡是计算机和测量控制通道的接口设 备， 现场模拟信号的放大和模数转换以及开关量信号 的测量都由它完成。 该接口卡还能控制多个执行机构 的动作， 另外该卡还提供了用于频率测量的计数器接 口。 在台架上汽车驱动轮带动滚筒转动，滚筒转动经光 电解码器产生脉冲输出， 接入多功能卡的计数器测量 底盘测功机工作原理及使用 冯悦新 （ 天津一汽夏利汽车股份有限公司产品开发中心） 摘要：底盘测功机以其方便、安全和溯源性好等优势在汽车开发及检测工作中得到广泛应用。 利用数据采集卡实现驱动 力和车速的测量，通过单片机与 PC 机通信可实现传感器信号的采样和数据传送。 文章采用底盘测功机测量驱动轮输出 功率来换算发动机功率，分析驱动轮输出功率不足的原因并得出底盘的技术状况。 底盘测功机可用以模拟汽车在实际行 驶时的阻力、测定汽车的使用性能、检测汽车的技术状况以及诊断汽车故障。 关键词： 底盘测功机； 道路模拟系统； 数据采集与控制系统 Working Principle and Using of Chassis Dynamometer Abstract: Chassis dynamometer with its convenient, safety and good traceability is widely used in automotive development and test. Using data acquisition card driving force and speed measuring is achieved, with communication of MCU and PC sensor signal collection and data transmit is reached. Using chassis dynamometer the output power of driving wheel is measured and converted to engine power. The reason of insufficient out put power of the driving wheel is analyzed and the technical status of the chassis is gained. Chassis dynamometer can be used in simulating resistance force in actual driving, using performance determination, testing auto technical status and diagnosing auto failure. Key words： Chassis dynamometer; Road simulation system; Data acquisition and control system 2012 （ 8）技术应用APPLICATION 56- 2012 （ 8） 速度和行驶距离。 汽车在台架上行驶时，其驱动能对滚 筒的作用力经电涡流机耦合在压力传感器上， 由输入 通道将信号送入计算机与速度信号结合可测量汽车的 动力性能。 在实际测量过程中，实测的速度信号与设定 速度比较，根据偏差按一定的算法调整阻力 （ 电涡流机 励磁电流），使车速能稳定在给定值，完成恒速条件下 各种数据的测量。 驱动轮输出功率应根据测得的驱动 力和对应的试验车速计算，计算公式为： Pk= （ Ft?v）/3?600 式中：Pk驱动轮输出功率，kW； Ft驱动车轮的驱动力，N； v试验车速，km/h。 2.1数据采集 底盘测功机主要针对驱动力和车速进行检测。 文 章就驱动力和车速的数据采集进行说明。 2.1.1驱动力的测量 在底盘测功机的测力杠杆上贴有康铜箔式电阻应 变片。 进行制动检测时，应变片产生变形而促使电阻丝 伸长。 电阻增大，其变化量为： R=RK。 式中：R电阻变化量，； R原电阻，； K应变片的灵敏度系数； 应变片受到作用力而产生的应变。 将应变片接成如图 l 所示的电桥。 图 1 中，Ra和 Rc 为工作臂电阻；Rb和 Rd为补偿臂电阻；Rw为调零电位 计；U0为电桥 a，c 两端电压；Us为 b，d 两端的电压。 应 变片接在工作臂上，由工作臂感受应变，其电阻变化；补 偿臂不感受应变，其电阻不变化。 检测时的作用力 （ 车轮 轴荷或者车轮驱动力）与检测电桥的输出电压成正比。 在工控机上加装 1 块 PLC-818 多功能 DAS 卡，其 组成如图 2 所示。 PLC-818 多功能 DAS 卡设计了 16 路 单端或 8 路差分模拟量输入，输入通道增益可编程，A/D 转换分辨率为 12?bit，精度为 0.01。 同时还设计了一个 自动通道/增益扫描电路， 该电路能代替软件控制期间多 路开关的切换。 卡上的SRAM存储每个通道不同的增益。 这种组合方式能实现对每个通道使用不同的增益及使用 DMA数据传输来完成多通道高速采样 （ 可达100?kS/s）。 该 卡还设计了 16 个数字量输入及 16 个数字量输出端口， 测量电桥的检测电压。 经 MUX16 路单端 /8 路差分接口 输入 PLC-818 多功能 DAS 卡后， 即可将相应的制动模 拟检测电压转换成数字信号2。 图 1检测电桥 Ra Rb Rc Rd Rw U0 Us 图 2模数转换与数据采集卡结构原理图 地址总线 数据总线 DMA 总线 IRQ 总线 地址 译码器 状态 寄存器 数据 缓冲器 DMA 逻辑 中断 逻辑 10 MHz 10 MHz 100 MHz 分频器 1 MHz 12 位 D/A 转换器 16 位 数字量输入 16 位 数字量输出 Count0 Count1 Count2 触发 逻辑 测量电桥 MUX 16 路单端 /8 路差分 通道逻辑 扫描 12 位 A/D 转换 及采样保持 程控 放大器 RAM 数据 MUX IBM PC/ AT/ XT 总线 第 8 期技术应用APPLICATION 57- 2012 年 8 月 2.1.2车速的测量 采用光电编码器测量试验车速。 光电编码器由光 源、光栅盘和光敏管组成。 光栅盘安装在滚筒轴上，汽 车车轮在滚筒上滚动时， 带动光栅盘与滚筒同步旋 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，经放大 与整形成矩形波，此信号传送到计算机即可计算得到 车速： v=0.377nr 式中：v车速，km/h； n滚筒转速，r/min； r滚筒半径，m。 2.2单片机与上位机之间的通信 单片机与上位机之间的通信原理框图，如图 3 所 示。 单片机与上位机之间的主程序图，如图 4 所示3。 底盘测功机以 89C52 单片机为微处理控制器。 89C52 单片机具有与 MCS-51 系列产品相兼容的指令 与引导。内置 8?K 字节电擦除可编程 EEPROM 片内程 序存储器、256 字节内部 RAM、3 个 16 位定时器 / 计 数器、8 个中断源和 1 个全双工串行口。结合信号处理 电路和 A/D 转换电路可实现对传感器信号的采样。 并 将采样的数据传送给上位机。 单片机与上位机之间通 过 RS232 串口实现点对点的数据传送，只需信号发送 端 （ TXD）、信号接收端 （ RXD）和信号地 3 根线。 按 IEEE?RS232 的标准规定，RS232 的电平采用 +12?V， 与单片机串行口的 TTL 电平不一致。 因此，采用集成 电路转换芯片 MAX232 进行电平转换。 程序通过检测 底盘测功机传感器控制采样开始时间，采样频率 50?Hz； 在待测汽车速度在设定的检测速度下稳定 15?s 后，底盘 测功机输出功率应在检测过程中所采集到的全部采 样点中甄别并显示。 3底盘测功机的使用 底盘测功机型号不同，其使用方法也有区别，应按 不同机型的说明书进行操作， 文章介绍一般的操作方 法。 3.1试验前的准备 1）被测汽车的准备。 汽车发动机和底盘经过维 护，供油系和点火系处于最佳工作状态；轮胎气压应 符合规定；轮胎清洁，不得沾有油、水、泥，轮胎花纹 沟槽内嵌有石子时，一定要清除干净；根据需要试验 前预热样车。 2）测功机的准备。 对于水冷测功机，应将冷却水 阀打开；接通电源，升起举升器托板，根据被检车的 功率，选择测试功率的挡位；用车辆固定装置将试验 车固定好，防止汽车在检测中由于误操作而冲出去； 为防止发动机过热， 将一台冷却风机置于被检汽车前 方约 0.5?m 处 （ 根据风机功率可自行调节），对发动机吹 风冷却； 使汽车以 5?km/h 的速度运行， 观察有无异 常。 3.2检测点的选择 在全面评价汽车发动机及底盘技术状况的时候， 可以选择 3 个有代表性的工况检测驱动轮输出功率。 一是发动机额定功率转速所对应的车速； 二是发动机 最大转速所对应的车速；三是汽车的常用速度 （ 如经济 车速）。 测试时，变速器应在直接挡（ 对于小轿车可用比直 接挡低 1 挡作为测试挡位）。 一些车型说明书给出了最 高车速，与按发动机额定转速计算出的车速基本一致。 值得注意的是，检测汽车驱动轮最大输出功率时，汽车 图 4单片机与 PC 机通信主程序流程图 图 3单片机与 PC 机通信原理框图 键盘PC 机显示器 RS-232 接口电路 单片机 开始 清数据收发、显示缓冲区、暂存单元 单片机初始化 设置串行口控制寄存器 SCON 设置电源控制寄存器 PCON 定时器初始化 开中断 上位机发数据？ 有按键否？ 按键处理 暂存并送 LED 显示 数据接收 LED 显示 N N Y NN N Y YY 清按键次数清按键次数 n 次按键？按发送键否？ 数据队列发送键码发送 接收 完毕 N Y 技术应用APPLICATION 58- 2012 （ 8） 化时把数据从 Flash 拷贝到标定 RAM 中，标定 ECU 在 运行中访问标定 RAM 中的标定参数。 在标定过程中， 通过上位机标定软件把每次标定参数的改动写进标定 RAM 中， 标定结束后再把标定 RAM 中的数据通过上 位机标定软件写回到 Flash 中固化。 标定 RAM 的使用 使得标定过程中 MAP 数据或控制参数的改变能马上 改变 ECU 的运行。 3.3数据保存功能 将每次试验的测量数据和标定参数以及它们的相 关信息进行文件保存。 保存的测量数据可进行离线分 析，并可回放试验过程。 保存的标定参数，可在下次标 定过程中加载到标定界面中。 4结论 下位机采用 16 位的 controlbase，经反复调试，该标 定软件的性能稳定可靠，支持数据的 polling 模式监控、 DAQ 模式监控和 RAM 标定功能。 在通用性方面，开发集成 CCP 协议的上位机软件， 适用于支持 CCP 协议的下位机 ECU 使用。 参考文献 1?陈振辉基于 CCP 协议标定混合动力车整车控制器D上海：上海 交通大学，2007 2?H.?LiebknechtCCP/CAN?Calibration?Protocol S.Europe:?H.Liebknecht,? 1999：6-43. 3?Kim?LemonCCP?CommunicationS.Europe:?Kim?Lemon,?2003:?1-15 4?广州周立功单片机发展有限公司CAN-bus?通用测试软件及接口函 数库使用手册S.广州：广州周立功单片机发展有限公司，2004：6-23 5?Kim?LemonIntroduction?to?CAN?Calibration?Protocol S.Europe:?Kim? Lemon,?2003:?3-15 6?邬宽明CAN 总线原理和应用系统设计M北京：北京航空航天大 学出版社，2001：20-35 7?宋国民基于 CCP 的电控柴油机标定系统开发J柴油机，2004 （ 5）：10-12 （ 收稿日期：2012-05-21） （ 上接第 55 页） 一定要经过充分的磨合，以免损坏发动机。 在一般情况 下不选用最大输出功率测试，而选取常用车速，比如： 载货汽车选用 50?km/h， 轿车选用 80?km/h， 节气门全 开，测试驱动轮输出功率。 3.3注意事项 1）磨合期的新车或大修车，不宜进行底盘测功试 验； 2）测功机运转时，应密切注意各种异响和发动机 水温； 3）被检车前严禁站人，以确保安全。 4检测结果分析 可采用底盘测功机测量驱动轮输出功率来换算发 动机功率。 由底盘测功机实测的驱动轮输出功率换算 成发动机的输出功率，需要求出功率转换系数，即： =Pk?/Pf 式中：功率转换系数； Pf发动机输出功率，kW。 从分析发动机功率传输关系可得到汽车驱动轮输 出功率： Pk=Pf