　　　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

升速器修改.gif

齿轮.gif

轴4.gif

转鼓.gif

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内容简介：: 底盘测功机是用于测量汽车驱动轮输出功率、扭矩或驱动力和转速或速度的专用计量设备,是一种不解体检验汽车性能的检测设备。它通过在室内台架上汽车模拟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。路面模拟是通过维修机具风冷式电涡流功率吸收装置采用冷却风扇给励磁线圈散热,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鳄黔黔赢产丫加瞬一胆,一哪箭叭探戚盘侧碱机的黑作原理麓使用维护口肖文道路行驶工况的方法来检测汽车的动力性,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。底盘测功机分两类单滚筒式底盘测功机,其滚筒直径大,制造和安装费用大,但其测试精度高,一般用于制造厂和科研单位双滚筒式底盘测功机,滚筒直径小一一,设备成本低,使用方便,但测试精度较低,一般用于汽车使用、维修行业及汽车检测线站。一、底盘测功机的基本结构及工作原理底盘测功机主要分为滚筒机构、动力吸收装置、控制与测量系统和辅助装置等几大部分,有些底盘测功机附加飞轮系统,可以测量汽车的加速性能、滑行性能等。汽车在道路上运行,存在着运动惯性和行驶阻力,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,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。在系留装置及车堰等安全措施保障下,通过控制系统可对加载装置及惯生模拟系统进行自动或手动控制,实现对车辆的动力性,如加速性能、底盘输出功率、底盘输出最大驱动力、滑行生能、车速表校验、里程表校验等项目的检测。二、影响底盘测功机测试精度的因素机械阻力对底盘输出功率测定值的影响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,因此,在检测底盘输出功率时,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定,增大了检测误差。风冷式电涡流功率吸收装置的冷却风扇对底盘输出功率测定值的影响成正比,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。滚动阻力对底盘输出功率测定值的影响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,对其影响因素的分析是非常必要的。钢制光滚筒对滚动阻力系数的影响滚筒的半径越大,在车轮滚动时轮胎的变形量就越小,即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。在加工过程中滚筒的椭圆度、同轴度误差越小,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,因此滚动阻力系数随滚筒加工精度的提高而减小。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,另一种是表面喷涂有耐磨硬质合金的滚筒。前者由于滚筒表面较光滑,其附着系数约为,试验车在工况下检测底盘最大输出功率时,其滑移率约为,也就是说,汽车车轮在行走时,除滚动阻力外还有汽车维修年月号讯拼靛下丫硒寥攀矍务攫维修机具拖滑,致使被检测车轮发热,增大了滚动阻力损失,同时由于速度的误差,引起了所测功率的误差。后者采用表面喷涂技术,将滚筒表面的附着系数提高到左右,接近于一般水泥路面的附着系数,则可避免拖滑现象。滚筒中心距是指底盘测功机前后两排滚筒支承轴线之间的距离,随着滚筒中心距的增加,汽车车轮的安置角随之增大,前后滚筒对车轮的支承力也随之增大,这样将导致车辆在测功机台架上的运行滚动阻力增加。综上所述,滚筒直径、安置角、滚筒表面质量、滚筒中心距对滚动阻力有很大的影响,由于部分底盘测功机仅显示功率吸收装置的吸收功率,所以同一辆车在不同台架上测得的数值不同。因此,如果以底盘测功机作为测量设备,其滚筒直径、中心距、表面处理以及加载方式必须标准化。轮胎气压对滚动阻力系数的影响轮胎气压对滚动阻力系数影响很大,气压低时在硬路面上轮胎变形大,滚动时迟滞损失增加。为了减少该项所引起的检测误差,要求在动力性检测前必须将轮胎气压充至标准气压。三、底盘测功机的使用与维护底盘测功机是整车汽车动力生检测的必备设备,必须由专人负责管理,并定期进行检查与维护。使用前的准备工作在被测试车辆驶上底盘测功机滚筒前,必须先进行以下准备工作清洗车辆外部,清除轮胎花纹中夹带的小石子或其它硬物。使轮胎气压符合标准。使发动机油底壳机油液面及机油压力在规定范围内。使自动变速器液力变扭器的液面在规定范围内。保证发动机冷却系统工作正常。发动机和底盘经过维护,使供油系和点火系处于最佳工作状态。运行走热全车。为防止发动机过热,将一台冷却风扇置于被检汽车前方约处,对准发动机吹风。使汽车以的速度运行,观察有无异常,各指示灯是否点歹对测功机的准备工作有检查底盘测功机的各种开关、按钮、旋钮、仪表,都应有明显的文字或符号标志,且操作灵活可靠。调整系统应灵活方便,各活动部件运转灵活,不应有明显的阻滞现象。各种仪表显示应清晰,没有影响读数的明显缺陷。开机前必须按底盘测功机说明书的规定进行试验前的准备,台架举升器应处于举升状态,无举升器者滚筒必须锁定。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档位。底盘测功机控制系统、道路模拟系统、引导系统、安全保障系统等必须工作正常。底盘测功机的使用按规定程序进行操作。即度性模拟系统除进行多工况油耗试验、加速、滑行试验外,不允许任意使用。突然停电时,引车驾驶员应即刻松开油门踏板并挂空档。引车驾驶员必须严格按引导系统的提示操作。检测方法设定试验车速或转矩。起动发动机,由低速档逐级换入直接档,同时逐渐踩下加速踏板,使节气门全开。待发动机转速稳定后,读取和记录功率值。重复检测次,取平均值。注意事项走合期的新车或大修车,不宜进行底盘测功试验。测功时,应密切注意各种异响和发动机水温。被检车前严禁站人,以确保安全。在北方冬季气温低时,必须注意水冷式电涡流测功机冷却水管路的保温,以防水管冻裂。测功机维护定期检查例行的检查项目有对于采用水冷电涡流式及水涡流式功率吸收装置的测功机,检查冷却水管路是否有漏水现象。润滑系统是否有漏油现象。带有扭力箱、升速器装置的测功机要检查滚筒轴承、飞轮轴承是否有发热现象

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