　　　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(PWM)系统，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PID的阻力加载智能控制算法，通过PID来改善控制系统的快速性和降低超调量，降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NI公司GUI高级编程工具LabVIEW设计软件平台，针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；LabVIEW；节油车；交流发电机；PID控制

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 pilot’s 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 design’s 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 tools—NI LabVIEW． Beautiful interface，strong dialogue，convenient operation，complete real—time monitoring system，show engine erformance parameters.

Key words: chassis dynamometer; LabVIEW ;Fuel-efficient car; AC motor; PID control

目　　录

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1课题背景1

1.2底盘测功机发展现状、趋势及应用2

1.3HLJITD60底盘测功机研究目的和意义3

1.4中国节能竞技大赛及节油车介绍3

1.5设计的主要内容5

第2章底盘测功机的结构设计6

2.1底盘测功机概述6

2.1.1底盘测功机的基本结构6

2.1.2底盘测功机的工作原理7

2.2HLJITD60底盘测功机总体布置8

　　　2.3滚筒装置设计8

2.3.1滚筒参数选择与校核8

2.3.2滚筒轴承的选择与校核9

2.4加载装置的选型10

2.4.1测功机的类别10

2.4.2 各类测功机的比较12

2.4.3加载装置的最终选型13

2.4.4交流异步测功机测功原理14

　　　2.5 升速器设计15

2.5.1传动比的计算15

2.5.2计算传动装置的运动和动力参数15

2.5.3 齿轮参数的计算与校核16

2.5.4 轴的设计与校核18

2.5.5轴承的选择与校核21

2.6 惯性模拟装置设计22

2.6.1 汽车功率平衡方程22

2.6.2惯性飞轮系统参数的确定23

2.7 其它装置的设计与选择23

2.7.1夹紧装置的设计23

2.7.2风机的选择23

2.8 本章小结24

第3章底盘测功机测试系统硬件设计25

　　　3.1 测试系统硬件设计基本原则25

　　　3.2 测试系统硬件总体设计25

3.2.1测试系统结构组成25

3.2.2工作原理25

3.3数据采集单元27

3.4励磁电流控制装置28

3.5 传感器的选择29

3.5.1传感器的选择原则29

3.5.2速度传感器的选择29

3.5.3拉压传感器的选择30

3.6 本章小结32

第4章底盘测功机阻力模拟33

　　　4.1 设计所需使用的节油车参数的确定33

4.1.1车轮转动惯量的测量33

4.1.2节油车车身迎风面积的计算34

4.2节油车在道路上的行驶阻力分析34

4.2.1节油车的驱动力34

4.2.2节油车行驶阻力35

4.2.3节油车道路行驶方程的建立36

4.2.4A、B、C 待定系数的确定方法36

4.3节油车在底盘测功机上的行驶阻力分析37

4.4 底盘测功机电模拟模型的建立38

4.5 本章小结39

第5章HLJITD60底盘测功机系统软件设计40

5.1虚拟仪器概述40

5.2Labview软件介绍41

5.3 软件总体设计42

5.4数据采集模块设计42

5.4.1模拟量输入42

5.4.2数字量输入43

5.5 数据处理模块设计44

5.6 PID控制模块设计44

5.7 PWM输出模块设计47

5.8系统标定48

5.8.1误差分析48

5.8.2系统标定49

5.9 本章小结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

第1章绪　　论

1.1课题背景

　　　汽车是现代文明的重要组成部分，是人类智慧的结晶。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。

1.2底盘测功机发展现状、趋势及应用

　　　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[1][2]。

　　　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、CLAYTON公司、法国的TELMA公司、西班牙的FRENELSA公司等生产的底盘测功机在其各自的国家均得到广泛应用，并出口到世界其他国家。

　　　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CDM．310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DCG．10A汽车底盘测功机，结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IT技术的发展想着更高精度发展。

1.3 HLJITD60底盘测功机研究目的和意义

　　　本设计为全国大学生节能车比赛用车，相应的底盘测功机。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。

1.4中国节能竞技大赛及节油车介绍

　　　Honda环保活动是以本田创始人本田宗一郎先生最初的宗旨开展，即“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”。

　　　节能竞技大赛是搭载Honda 4冲程125CC摩托车发动机，通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Honda中国节能竞技大赛扩大了赛事规模，吸引了很多的社会普通级别车队参加。比赛在上

全部文件.jpg

试验台总装.gif

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齿轮.gif

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内容简介：: 设计试验研究净托车转鼓试脸台的开发研究? ! #%&!& ()! )!(! )#+ ,张戎呈张红光北京理工大学. /试验室0摘要介绍了摩托车转鼓试脸台的构成及夫贡撞制的基本原理,分析了道路行胶阻力在底盘测功琴上的设定方法,论述了撞制软件的基本功能。123,4%碑)5, 6) 37 ,(2,() 8 (8 ) %5(27% ,34)334+ !) !()!+ 39: 6(!) ,%+#, ,(2&(2记 !)4)一,(39(2)! %5) , 3,(% ! 5#%&!&( )% 53)团86 ,(2, , (3%+8(3! ,!(2! ()!+39,!(;% ) #;!) 5,=!(! ) 6#+ #%&!&( )( ,(? 2% , ,3,5# %&!&( )前言目前,大部分国家和地区采用工况法测量摩托车废气排放,即摩托车在排放用底盘测功器又名转鼓试验台0上按规定的工况运转,测量从摩托车排气管排出的污染物的质量,按不同排量或整车质量确定排放物的程长质量限值9 & 0,也有少数国家和地区采用测量怠速时排气污染物体积分数的怠速法。从摩托车排放技术路线上,应首先采用工况法,再相应制订怠速法标准。因为前者是控制污染的根本,后者是前者的保证,是较简单的监督参考手段。我国限于技术发展的水平,测量排放普遍只用怠速法的简单分析仪,而工况法用的底盘测功器、定容取样器和综合分析仪国内较少,主要是因为国内尚不能生产,全部从国外引进需大量外汇,对广大的厂商而言要承受巨大的经济压力。其中,转鼓试验台是最关键和最基础的设备之一,它属于大型贵重设备,结构复杂,制造工艺要求高,国内尚无生产该设备的厂家。年月+日前,我国执行的摩托车排放污染物限值标准是 .年月日发布, 年.月日实施的/。同时,还发布11一和1 /一 .摩托车排放污染物测量怠速法和工况法。自年月日起标准规定采用工况法测量排气污染物限值标准,这就使摩托车转摩托车技术年第期鼓试验台的研制和推广迫在眉睫。/转鼓试验台的构成一般摩托车转鼓试验台的基本构成如附图所示,它适用于装置四冲程或二冲程的汽油发动机车,最大总质量小于或等于 9 ,发动机排量大于 &,最大设计车速大于 & 2的两轮和三轮摩托车及其发动机。转鼓有不同的结构形式,通常分为单鼓和双鼓。单鼓表面的曲率半径大,轮鼓面接触更接近实际,测试精度高。双鼓的直径较小,车轮在两鼓之间运行,接触面积小,阻力大,精度较低。年代以前,发达国家多采用双转鼓结构。年代以来,随着排放净化标准愈来愈严,国外各大公司开始推出单转鼓,驱动轮轮胎与转鼓接触,非驱动轮卡死,转鼓直径向大的方向发展,不但避免了轮胎的打滑,提高了最大行驶速度,避免过热,同时避免了因轮胎变形产生的误差。测功器是动力吸收装置!; )7, !) ( 3 ! 3(0,主要作用是通过施加反转矩模拟行驶阻力。此试验台中把三相笼型异步电动机与矢量控制的变频器作为测功器使用交流异步电机,尤其是笼型异步电动机,由于结构简单、使用维修方便、运行可靠和价格低廉,且有较满意的运行性能和较高的效率,得到了广泛的应用。 /年,伯拉斯切克 +% ,6 20提出了异步电机转子磁场定向矢设计试验研究变频器曰交流底盘测功器卜一转鼓0 0 0 0 0 0 0计计算机机机接口电路路路路变频器器器交流底盘测功器器器转鼓鼓鼓附附属系统统附图转鼓试验台的构成量控制法,对磁链和电磁转矩分别采用闭环控制,实现磁场和电流的解祸,使异步电机的理论和技术前进了一大步。交流底盘测功器的本质是交流异步电机,它的磁通势矢量都在空间同步速度旋转,欲控制转矩,提高系统的动态性能,必须控制任一磁通势矢量的大小和方向,故需使用矢量控制。附属设备包括冷却风机、传动轴和万向节等。.底盘测功器矢( 控制的基本原理.矢量控制的特点矢量控制的特点是控制响应快,而且只要在控制电路内更改转子磁通的选择形式,就可以任意选择电机的特性。./矢量控制的基本原理建立转子磁通坐标系5一一,则矢量控制的基本关系式为=道路行驶阻力模型的建立及在底盘测功器上的设定能否正确地测量车辆在道路上的行驶阻力及在底盘测功器上设定实际道路阻力,将直接影响排放污染物的测试结果。目前较常用的道路阻力设定方法有真空度法、滑行法和等速转矩测量法。真空度法的试验仪器和计算方法都较简单,但很难得到稳定的测量结果,且不能校正到标准状态。美国自年起法规中就取消了真空度法。用转矩法测量行驶阻力,具有精度高、计算量较小的优点,但转矩仪安装复杂,价格昂贵,适用性较差。滑行法是当前各国广泛采用的方法,测量结果重复性好,能直接计算出道路行驶阻力,且消除了驾驶员的影响。道路行驶阻力计算及拟合摩托车在充分暖机后尽快加速,速度超过: :一。1 ? 1 ? _:?1 ?:0/摩托车在转鼓上的滑行试验摩托车技术年第期设计试验研究摩托车在转鼓上作滑行试验,在内从&2到 &2,计算机采集相应的时间(、速度:和转矩即力0,做曲线拟合,得出速度:时轮胎损失1 ? 为=1 ? = 1,?1,? 。:十?丁一? :0.转鼓试验台寄生损失计算转鼓试验台加速到给定值,然后提供一个定阻力使之减速,计算机记录下相应的时间(、速度。和转矩值,作三阶多项式拟合,得出速度。时的寄生损失 =,一4, ,=,十?钊/ :.0一1 , ? 一,5#5(0软件设计在软件设计过程中,采用模块化结构,使用方便,修改灵活。其主程序功能如下=%道路仿真=用于仿真车的道路阻力7空载滑行=检测试验台的惯量和阻力设定值等参数是否正确。加载滑行=检测摩托车在道路上及转鼓试验台上的滑行时间是否一致,修正参数、?5测功器、?参数设定=通过此试验,拟合出参数、?暖机=在正式测试之前,需要暖机,使轴承等工作充分,各种摩擦力值稳定测量寄生损失=检测试验台的寄生损失是否被正确补偿转矩校正=定期标定转矩传感器,消除漂移2系统结构参数设定=根据试验车型的不同,修改惯量和测试精度等参数其它功能=如返回主程序和中断程序执行等。结束语采用矢量控制的摩托车转鼓试验台,可以保证工况法测量摩托车废气排放的实现。根据国内现有的生产条件和技术条件,只要加以努力,完全可以自行开发出满足排放法规的摩托车转鼓试验台。参考文献陈华新等国内外摩托车工业现状及市场分析摩托车技术, /上山直彦现代交流调速水利电力出版社,.? %+ 13&!(!) #+? 2% ,3, #%&!&()%8%+!:&7 ), ,? %+ 13&,() 8&(,收稿日期一一.0上接第页0死系统(3一+! 6)%39#,( &,即 ,0。目前,在许多国家,防抱制动系统 0已作为汽车的基本部件,并通过法规形式使大量汽车装上。在日本和德国,一些高档摩托车也装上了。在我国,国产汽车还没有正式安装系统,而摩托车的研究尚处于起步阶段。但是可以预测,随着摩托车档次的不断提高和技术的日趋成熟,在国产摩托车上安装将不是遥远的未来。通常是由车轮转速传感器、制动压力调节装置和电子控制装置等组成。的工作过程可分为常规制动、制动压力保持、制动压力减小和制动压力增大等阶段。目前,绝摩托车技术年第期大多数采用的是逻辑门限值控制方法。通常都是将车轮的减速度或角减速度0和加速度或角加速度0作为主要控制门限,而将车轮的滑动率作为辅助控制

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