　　　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

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J! ?XZM)S Z5 2)/?3 03B?A9C %,! 9 +2;Q! ! %$!ABCDE $- *$ *$,； FGBC： %$- *#% *%-HIJK： KLM （#% * ）， N， OPQRE， ST， U： /)A0， /)01 /)2， 02， 2A?G。万方数据DPC-1型摩托车底盘测功机的研制DPC-1型摩托车底盘测功机的研制作者：王培玲，李萍， WANG Pei-ling， LI Ping作者单位：王培玲,WANG Pei-ling(天津大学,天津内燃机研究所,天津,300072)，李萍,LI Ping(天津大学,内燃机燃烧学国家重点实验室,天津,300072)刊名：机械设计英文刊名：JOURNAL OF MACHINE DESIGN年，卷(期)：2007，24(5)被引用次数：0次参考文献(7条)参考文献(7条)1.国家环境保护总局科技标准司 GB 14622-2002.摩托车排放污染物排放限值及测量方法(工况法) 20022.中国汽车工业总公司 QC/T 60-1993.摩托车整车性能台架试验方法 19933.张为春.夏大兴.隋肃 MCG-200型电模拟式车辆底盘测功机研制期刊论文-拖拉机与农用车 2003(06)4.陈文润.王培玲.严峻摩托车底盘测功机动力学原理期刊论文-机械设计 2001(02)5.隋修武.邱鹏旭摩托车道路行驶阻力分析与测量期刊论文-摩托车技术 2004(06)6.张明盛.朱双波.宁康摩托车底盘测功机阻力的设定 1999(05)7.王培玲利用比对试验方法考核DPC-1型底盘测功机的精度期刊论文-小型内燃机与摩托车 2004(02) 相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文陶俊卫.张坤良.任立环.庞晓伟.李建兴.彭秀英.Tao Junwei.Zhang Kunliang.Ren Lihuan.Pang Xiaowei.Li Jianxing.Peng Xiuying MCGS组态软件在摩托车底盘测功机系统中的应用 -小型内燃机与摩托车2006,35(3) 本文阐述了摩托车底盘测功机的工作原理,介绍了MCGS工业组态软件的特点及其在底盘测功机测试系统中的应用.着重地对MCGS在底盘测功机测试系统中的通讯、数据处理、行驶阻力曲线以及测试摩托车排放的工况曲线等做了详细叙述.2.期刊论文李盘靖.李民.王炜.秦现生摩托车交流底盘测功机测控软件系统的开发 -测控技术2004,23(z1) 摩托车底盘测功机是在室内完成整车性能试验、工况排放试验等专项试验所必需的大型检测设备.笔者依据有关国家标准,为一种新型摩托车交流底盘测功机研究开发了一套测控软件系统.该软件系统能实现试验数据的采集,管理测试项目,监控测试过程,为有效利用底盘测功机奠定了基础,保证了各种性能试验快速、可靠、方便地进行.3.会议论文杨飞 DPC-型多功能摩托车底盘测功机 2008 本文介绍了DPC-型多功能摩托车底盘测功机,提出了模块化设计思想,形成一款功能齐全、配置灵活、结构紧凑、调试简单、使用方便的高性能摩托车底盘测功机套件产品.最后对底盘测功机的发展前景作了分析.4.学位论文孔国初基于CAN总线的电模拟摩托车底盘测功机的研究 2005 在摩托车的开发研究过程中，对摩托车的各种性能试验是一项必不可少的重要工作。摩托车底盘测功机是摩托车整车室内试验中最常用的大型关键设备之一，它用途广泛，能进行摩托车动力性、经济性、排放分析及可靠性等多方向、多领域的试验研究。目前，国内外众多有实力的摩托车制造公司及科研检测机构都已配备了一定功能的底盘测功机，随着我国摩托车生产企业准入制度的实施，底盘测功机已成为各摩托车企业必须配备的关键设备之一。根据底盘测功机具有惯性载荷模拟装置，如机械式的飞轮机构或电气方式，即与道路载荷相同的模拟方式(电涡流机吸能装置等)，模拟各种车辆的惯性载荷(包括平移质量和转动部件产生的惯性阻力)。分析如何正确进行加载，以保证底盘测功机能够准确模拟被检车辆的行驶状态，确保测试的准确性。为此，在正确分析摩托车在道路上行驶时所受到的阻力(空气阻力与车轮滚动阻力、传动系摩擦阻力之和)与车速的模型后，就涡流制动器在摩托车底盘测功机上电模拟再现摩托车的行驶阻力进行了初步研究，提出了利用电涡流制动器作为摩托车底盘测功机电模拟加载的方法。设计了一种新的制动强度可以无级调节的电涡流制动器，进行了其工作原理、软件及硬件的设计。并且通过试验验证了其制动力矩的调节能力及限流功能。同时还得到了制动器励磁电流与其提供的制动力矩之间的关系，该关系为进行摩托车底盘测功机电模拟加载提供了试验依据。设计了一种高性能脉宽调制(PWM)直流伺服系统，该系统在电涡流制动器工作时为底盘测功机提供制动力，以确保正确加载，模拟道路工况。设计了基于CAN总线的摩托车底盘测功机的数据采集与控制系统。5.会议论文李盘靖.李民.王炜.秦现生摩托车交流底盘测功机测控软件系统的开发 2004 摩托车底盘测功机是在室内完成整车性能试验、工况排放试验等专项试验所必需的大型检测设备.笔者依据有关国家标准,为一种新型摩托车交流底盘测动机研究开发了一套测控软件系统.该软件系统能实现试验数据的采集,管理测试项目,监控测试过程,为有效利用底盘测功机奠定了基础,保证了各种性能试验快速、可靠、方便地进行.6.会议论文彭镇.甘永梅.冯雷.王兆安 PowerFlex系列变频器在摩托车交流底盘测功机中的应用 2006 本文主要介绍了在摩托车交流底盘测功机控制系统中应用PowerFlex700变频器完成对测功机的高精度转矩和转速控制.通过PowerFlex700变频器所配的DeviceNet网络适配器使得变频器、PLC、I/O、工控机等构成了全数字化的、基于现场总线技术的摩托车交流底盘测功机控制系统.系统精度满足设计要求,抗干扰能力强.7.学位论文吴正东基于LabVIEW的摩托车底盘测功机测控系统的研发 2007 能源和环境问题已经成为世界备受关注的话题。随着机动车辆数量的日益增加和摩托车市场准入制度的推行，摩托车的节能和排放成为汽车摩托车产品性能重要指标之一，摩托车整车性能检测也就成为车辆投放到市场之前的检验关卡。底盘测功机是一种不解体检验摩托车性能的检测设备，采用现代电测和计算机技术，仿真模拟各种路面行驶阻力，使摩托车整车的道路试验项目以及应用工况法测量摩托车排气污染物排放量等试验都能移至室内进行，减少室外环境变化对测试的影响，能很好的改善试验人员的试验环境和提高测试精度。本文借鉴和吸收了以往先进的研究成果，建立了底盘测功机动力学模型，分析底盘测功机路面阻力模拟加载原理。设计基于模糊控制PID的阻力加载智能控制系统，将模糊控制和常规PID调节有机的结合起来，通过模糊控制来改善控制系统的快速性和降低超调量，通过常规PID控制来降低控制系统的稳态误差。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，子模块可以方便移植应用到其他的领域中。控制子模块结合MATIAB仿真设计软件，自行设计增量型PID控制器和模糊控制模块，调节变频器的输入电压，控制测功机的转速和输出扭矩，实现对模拟阻力加载控制；数据采集和处理输出等子模块采用了性价比高、实用性强的间隔采样采集方式和最小二乘法等数据处理算法，采用ADO接口实现对SQL SERVER数据库的访问，方便对数据库的管理、调用和查看：同时，根据摩托车整车性能检测标准要求，设计摩托车整车性能检测试验子模块，建立底盘测功机性能检测试验平台。基于LabVIEW的摩托车底盘测功机界面美观，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，同时将检测数据自动修正到标准状况下，并能以标准格式自动存盘及打印输出检测数据和性能拟合曲线。试验结果表明，测控系统能很好的满足摩托车整车性能测试要求，精度优于国家标准的要求。本课题的设计目前是针对摩托车整车性能测试的一套测控系统，预留了网络数据库接口，方便后续的基于网络的测控平台建立。在进一步完善的基础上，可将此系统广泛地应用在汽车、摩托车和传动测试行业，对测功机的自动监测具有重要的意义。8.期刊论文窦大鹏.甘永梅.韩力.王兆安.Dou Dapeng.Gan Yongmei.Han Li.Wang Zhaoan 基于DeviceNet的摩托车交流底盘测功机电控系统的实现 -小型内燃机与摩托车2005,34(6) 根据摩托车交流底盘测功机的功能要求和特点,提出了以DeviceNet作为主体的网络平台构架成的用于摩托车测试的现场总线控制系统.给出了电控系统的总体设计方案;具体论述了电控系统的硬件构成及PLC、变频器、上下位工控机等部分的功能;详细阐述了控制系统中的PLC、上下位工控机软件的设计与实现;最后通过比对实验表明本系统与国外同类设备相比,精度满足设计要求,性价比高.9.期刊论文程文平.曹琳.张庚辰.Cheng Wenping.Cao Lin.Zhang Gengchen 摩托车底盘测功机道路行驶阻力允差设定判据的分析 -小型内燃机与摩托车2007,36(5) 国标GB 14622-2002、GB 18176-2002中对底盘测功机阻力设定误差作了明确规定,给出了两种设定方法.为了判定哪种方法更加科学准确,在实际操作中是否便于操作,本文结合理论分析和数学推导得出结论,可将道路行驶阻力误差最大值不超过6N作为简明的依据.10.期刊论文窦大鹏.甘永梅.韩力.王兆安.Dou Dapeng.Gan Yongmei.Han Li.Wang Zhaoan 基于DeviceNet的摩托车交流底盘测功机电控系统的实现 -电气传动2004,34(z1) 根据摩托车交流底盘测功机的功能要求和特点,提出了以DeviceNet作为主体的网络平台构架成的用于摩托车测试的现场总线控制系统.给出了电控系统的总体设计方案:具体论述了电控系统的硬件构成及PLC、变频器、上下位工控机部分的功能,并详细阐述了控制系统中的PLC、上下位工控机软件的设计与实现.最后通过比对实验表明本系统与国外同类设备相比,精度满足设计要求,性价比高. 本文链接：/Periodical_jxsj200705021.aspx授权使用：黑龙江工程学院(hljgcxy)，授权号：a3fb4f7c-60a5-4710-bf9d-9e9a012b8d22下载时间：2011年3月2日!#$%& 汽车底盘测功机惯性系统的开发探讨任有(，闫冠(，闫石)，李诗明*，李文斐+（(,吉林大学交通学院，吉林长春(*-).；),长春欣东集团，吉林长春(*-)；*,安徽飞彩集团，安徽宣城)*-；+,长春理工大学材料化工学院，吉林长春(*-）摘要：分析了汽车底盘测功机惯性系统的工作原理，研究惯性系统与汽车质量的匹配规律，并依此开发设计出!#$%&汽车底盘测功机惯性系统及其控制系统，该系统可满足汽车动力性能的各工况测试要求。关键词：底盘测功机/惯性；匹配；控制中图分类号：0+1),2文献标识码：3文章编号：(41)5-*)（)-*）-*5-(5-+汽车底盘测功机是不解体测试汽车动力性参数的重要设备。通过在室内台架上模拟道路行驶工况的方法来检测汽车动力性，而且还可以测量油耗和多工况排放指标，同时也能方便地进行汽车的加载调试、诊断汽车在负荷条件下出现的故障等。汽车底盘测功机在试验时，可通过控制试验条件，使周围环境影响最小；用功率吸收装置模拟汽车行驶的道路阻力，控制行驶工况，故能进行较复杂的循环试验6(，)7。但是，目前国内使用的汽车底盘测功机，设有惯性模拟系统的比较少，而且以电模拟惯性系统为主，恒量机械惯性模拟系统为辅，相应的电气设备及控制部分较复杂，价格昂贵。结合原吉林工业大学 “)(工程”项目，本研究开发了!%#$%&8申克9*4+:底盘测功机配套惯性控制系统，可以在准确地模拟汽车的各种工况条件下进行汽车性能测试试验6*7。(功率平衡方程(,(车辆在道路上行驶时的功率平衡车辆在道路上行驶时的功率平衡方程式为6+7!#!$%!&%!%!(，（(）式中!为驱动功率，&;；!$为滚动阻力消耗的功率，&;；!&为空气阻力消耗的功率，&;；!为坡道阻力消耗的功率，&;；!(为车辆加速阻力消耗的功率，&;。且!(#)*%+(*(,)=+)*；*为车速，?A；,为车轮动力半径，?；+(，+)为车辆驱动轮和非驱动轮的转动惯量，&?)。(,)车辆在底盘测功机上运行时的功率平衡车辆在底盘测功机上运行时功率平衡方程式为!#!$%!&%!%!(，（*）即!#!$%!&%!%（+,!,!,%+(*(,)=+$!$?)；+$为惯性飞轮的转动惯量，&?)；!,为滚筒的角速度；!$为吉林大学 “)(” 工程重点子项目（)-5-+5)+）收稿日期：)-*5-15-(作者简介：任有（(2415），男，吉林百城人，吉林大学工程师，博士研究生,第(卷第*期山东交通学院学报BCD,( EC,*)-*年2月FG0HE3: GI !J3EKGEL FM3GNGEL 0EMBOH!MNP!#Q,)-*! 万方数据山东交通学院学报!#年$月第%卷飞轮的角速度。将!#!和!$#%!代入式（#），得&$(&)(&%(（*!&#&#%!(*%&#&#%!*$&#&#%!%!），（(）式中!为底盘测功机滚筒的半径，)；%为惯性飞轮轴与滚筒之间的传动比。因在底盘测功机上车辆实际上并未移动，车辆测试时式（(）中的空气阻力消耗功率&)并不存在，由计算机控制测功机的加载来模拟空气阻力的作用。在底盘测功机上进行有坡度路面汽车动力性模拟测试时，必须考虑&%的作用，可由计算机控制测功机的加载实现模拟坡道阻力。而进行平直路面车辆动力性模拟测试时&%不存在。!确定惯性飞轮系统参数!*%惯性飞轮的转动惯量转动惯量设计的前提是不考虑汽车传动系效率+，待惯性系统改造完毕后用反拖试验法分别求出不同车型的+。大量试验后确定+的均值，然后应用于惯性飞轮组的选择匹配过程中，实现惯性飞轮系统与车辆平移质量的精确拟合；&)和&%均由控制系统驱动测功机模拟加载实现；进一步可进行风阻系数、爬坡度等的拟合，可实现底盘测功机与道路试验的精确拟合+,-。由功率平衡方程式（!）和式（(）相等，得出惯性飞轮的转动惯量为*$.+（,(*!/!）!0*!-/%!，（,）式中*!与*可由1234526底盘测功机和车辆相关资料，并配合试验方式测得；依据式7,8结果对惯性轮进行结构设计9 *$由后的飞轮零件图精确计算出，并通过试验修正确定。!*!传动比的选择考虑1234526底盘测功机对最高车速#):;的限制，以及惯性系统机械结构承受载荷与惯性系统动平衡精度、降低机械加工成本等方面的约束，此项研究方案中传动比%!$-!应为%*!。#惯性飞轮系统的有效匹配依据惯性系统可模拟车辆质量的范围及模拟精度要求，确定飞轮的合理分组形式，使之能正确模拟出车辆道路行驶时的加速惯性力。设惯性系统最大模拟车辆平移质量为,):;。为避免惯性系统中飞轮数目多、单个飞轮质量太大等不合理设计，必须采用优化设计方法，简化飞轮和飞轮轴结构，使飞轮通用性好，以利于飞轮、飞轮轴及电磁离合器的装配和调试+-。将惯性系统模拟的平移质量分为%级，第%级飞轮模拟的平移质量为,%,!%0%，（）式中,/为底盘测功机固有转动惯量所对应的当量平移质量，包括测功机传动机构和设计后的飞轮轴、电磁离合器主动部分、联轴器等机械部分所模拟的当量平移质量。由于机械摩擦的阻力作用，,/与飞轮轴的转速0成非线性关系，可以用反拖测功试验方法获得的数据拟合求得规律曲线。经试验分析测得，初始设计时可预取,/为% 6?。因为以往的惯性系统设计、转动惯量匹配模式只能满足一定类型车辆的空载质量匹配组合，超出! 万方数据规定车型范围之外的则无法匹配，更不能模拟不同种车型或同车型不同载荷的工况。而本设计方案中!#$% &( )*，考虑底盘测功机及惯性系统本身的转动惯量影响，将飞轮组优化分为!+,!-个飞轮（即$-），最小模拟精度等级!($( )*；再考虑到车型与载荷的复合工况的需要，及电磁离合器等的装配机构通用性，设计中令!.$!-。在优化惯性系统设计的同时，也优化了转动惯量的有效合理匹配，突破了通常的惯性系统设计、转动惯量匹配的传统模式束缚。平移质量!#的合理匹配，就保证了转动惯量$#的合理匹配。/底盘测功机上车辆行驶阻力的控制方法/0+空气动力学参数%&已知车辆的空气动力学参数%&1直接计算空气阻力，并通过测功机直接加载，可实现模拟空气阻力的目的。但是，通常汽车使用说明书或用户手册并未给出该参数。为此，首先对车辆进行道路滑行试验分析，并利用最小二乘法建立了其道路阻力数学模型；同样，在完善后的带有惯性系统的底盘测功机上进行滑行试验，建立车辆在底盘测功机上的行驶阻力数学模型。依据2个模型的关系，完善底盘测功机的控制系统，可实时调整测功机的加载值，达到准确地动态模拟车辆道路行驶阻力的目的。车辆在平直路面上行驶时的行驶阻力数学模型为()*+,3-+(.,234/4*!，（-）式中,，-为模型常数；.,为车速，)!56；4/4*为车辆加速度，!572；!为汽车旋转质量换算系数。建立的车辆在底盘测功机上的行驶阻力数学模型为(0)*+,83-0+(.,234/4*!$12，（%）式中,0，-8为模型常数；4/4*为车辆加速度，!572；$为底盘测功机回转件转动惯量转化到滚筒上的总当量平移质量!2的转动惯量，)*!2；1为车轮动力半径，!。对于高速行驶，式（%）中的第二项包括了滚动阻力随速度变化效应和空气阻力效应，在低速滑行行驶时，式（%）中的第二项近似代表空气阻力效应。因此在底盘测功机上进行滑行试验时，只消耗滚动阻力的功率，比较二者关系就可将滚动阻力和空气阻力2个分量分离出来。由于滚动阻力是轮胎与路面（滚筒）之间固有的阻力，这样就可通过测功机对滚筒施加式（%）中的第二项，模拟汽车在道路行驶的空气阻力。/02汽车行驶阻力的动态模拟控制为使底盘测功机施加到汽车驱动轮的阻力与汽车在路面上实际行驶的阻力完全拟合，设计惯性系统时每种试验工况所匹配的模拟质量应低于实际的汽车质量，再由测功机给汽车的驱动轮施加阻力()，即()$()*9(0)*$,3-+(.,2!9,83-0+(.,2!$123!9$12!4/4*0（+(）控制系统实时跟踪动态参数.,，计算出理论上的测功机施加到汽车驱动轮的阻力()，与实测的测功机等效阻力()3比较，使!(+()4()3信号反馈到工业计算机控制系统，并采用:;。辅助控制系统的开发研究本研究设计开发了三维移动式驾驶员操作引导系统、加速踏板自动控制系统（包括切换式半自动换第?期任有等：6ABC)汽车底盘测功机惯性系统的开发探讨? 万方数据山东交通学院学报!#年$月第%卷档机构）、多工况测试速度时间自动跟踪系统，初步建立了汽车动力性研究开发平台。这些设计、研究为实现驾驶员汽车人机系统研究与测试提供了新的手段。&结语本研究结合原吉林工业大学 “!%工程” 子项 “()*+(,底盘测功机配套控制系统的研制” ，基于汽车在道路上运行时功率平衡原理，分析了测试系统的旋转惯性系统与汽车在实际道路行驶时的平移质量和旋转质量具有的动能之间的当量关系。以此作为动态汽车动力性底盘测功研发的基础。依据汽车在底盘测功机运行的功率平衡方程式，在保证汽车总惯性质量的实际分布误差的条件下，提出分级匹配原则，按级计算汽车底盘测功机的旋转惯性参数，自动选取匹配惯量。建立了测功机滚筒施加到汽车驱动轮上阻力的数学模型，设计并完善了底盘测功机的配套控制系统。可实现对汽车车速、加速能力、滑行能力及爬坡能力等动力性指标的准确模拟测试，以及汽车多工况测试。参考文献：-%. /0 1!234%$1，机动车运行安全技术条件-.5-!. 6787 %$34$2，汽车技术等级评定标准-.5-#.德国申克公司5 ()*+(,底盘测功机手册-9.5 %$335-:.余志生5汽车理论-;.5北京：机械工业出版社，%$5-2.陈焕江，郭晓汾5汽车底盘测功和飞轮系统转动惯量的确定方法-6.5汽车运输，%$&，（%）：#：%$!%5-1.任有5惯量有效与反拖法检测汽车动力性的研究-?.5长春吉林大学A !%5! #$%$&()$* + ,$-*./ 012*$) +03$45 63/22.2 #1/)$*$-!# $%&%，$# (&)*%，$# +,-!，./ +,-01-*2#，./ 34*054-:（67 89)55-: ;%-* ?*-49A-BC= ;,)*2:,&*= 6DEEFG= ;,-*)；F7 ;,)*2:,&* H-*I%*2 (9%&J= ;,)*2:,&*= 6DEEFF= ;,-*)；D7 *,&- K4-:)- (9%&J= H&)*:,4*2= FDEEEE= ;,-*)；L7 +:,% %5 M)B49-)A )*I ;,41-:)A= ;,)*2:,&* N%C 084:,*%2C ?*-49A-BC= ;,)*2:,&*= 6DEEEE= ;,-*)）782*-/4*97)BC DED*F E+EGHI*C J)* KLF,B+M DFB+(BDG* LN J)* B+*FJBE CHCJ*O LN P*)B(G* ()ECCBC QHR+EOLO*J*F E+Q CJSQB*C J)* OEJ()B+M DFB+(BDG* LN J)* B+*FJBE CHCJ*O E+Q P*)B(G* OECC5T+ J)BC UECBCAJ)* B+*FJBE CHCJ*O LN )*+(, ()ECCBC QH+EOLO*J*F E+Q BJC (L+JFLG CHCJ*O EF* Q*P*GLD*QAK)B() (E+O*J J)* J*CJ F*VSBF*O*+JC LN PEFBLSC QFBPB+M (L+QBJBL+C LN P*)B(G* D*FNLFOE+(*5:$1 ;-29 ()ECCBC QH+EOLO*J*F；B+*FJBE CHCJ*O；B+*FJBE OECC4OEJ()B+M；OEJ()B+M (L+JFLG（责任编辑：吕安涛）: 万方数据Shenck汽车底盘测功机惯性系统的开发探讨Shenck汽车底盘测功机惯性系统的开发探讨作者：任有，闫冠，闫石，李诗明，李文斐作者单位：任有,闫冠(吉林大学,交通学院,吉林,长春,130025)，闫石(长春欣东集团,吉林,长春,130022)，李诗明(安徽飞彩集团,安徽,宣城,230000)，李文斐(长春理工大学,材料化工学院,吉林,长春,130000)刊名：山东交通学院学报英文刊名：JOURNAL OF SHANDONG JIAOTONG UNIVERSITY年，卷(期)：2003，11(3)被引用次数：0次参考文献(7条)参考文献(7条)1.GB7258-1997.机动车运行安全技术条件 19982.JT/T198-1995.汽车技术等级评定标准 19953.德国申克公司 Schenck底盘测功机手册 19884.余志生汽车理论 19905.陈焕江.郭晓汾汽车底盘测功和飞轮系统转动惯量的确定方法 1996(01)6.乐俊秉.李国良测功机与内燃机匹配问题探讨 1993(03)7.任有惯量有效匹配与反拖法检测汽车动力性的研究学位论文 2001 相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文徐观.苏建.李晓韬.苏丽俐.朱俊兰.XU Guan.SU Jian.LI Xiao-tao.SU Li-li.ZHU Jun-lan 精确细分式汽车底盘测功机惯性系统 -吉林大学学报（工学版）2010,40(3) 为提高汽车底盘测功机的检测精度,分析了惯性系统中飞轮组的选配原理.提出了基于质量倍增法的飞轮组分级原则,设计了9级飞轮组惯性系统,将模拟的质量区间50010 000 kg分为512等级,精度达到士10 kg,实现了飞轮模拟质量与汽车质量的精确匹配.对飞轮进行了优化设计.研究了飞轮的制动方法,消除了检测过程中非工作飞轮的附加转动惯量,保证了检测结果的准确性.研发了惯性系统的试验样机,并通过对比试验验证了精确细分式惯性模拟系统的可行性和准确性.2.期刊论文任有.许洪国.李显生.张小芸.张永录汽车底盘测功机惯性系统开发研究 -公路交通科技2002,19(3) 基于汽车底盘测功机系统中功率动态平衡的原理,提出底盘测功机惯性系统与汽车质量的匹配规律,设计了为SHENCK364D/L700型底盘测功机配套的惯性系统及其控制系统.在车辆最大质量10t范围内,惯性系统能有效地实现惯性质量匹配.与加速踏板自动控制装置、多工况跟踪显示装置集成的控制系统可满足各工况条件汽车动力性能测试的要求,特别是能精确地模拟车辆加速、减速、爬坡、滑行等工况.本系统也可用于实现驾驶员驾驶行为适应性评判.3.学位论文任有惯量有效匹配与反拖法检测汽车动力性的研究 2001 该文针对德申克测功机,全面分析了底盘测功机的工作原理,研究并设计了惯性系统和反拖系统.惯性系统可用于检测汽车的最高车速、加速能力、滑行能力等动力性指标;反拖系统可测试出汽车传动系损失的功率,结合底盘测功机原来的测功功能,可以方便地测试出发动机的输功率,便于判定车辆的动力性状况4.期刊论文任有.许洪国.关志伟.李文斐.符方雄.李诗明 Shenck(申克)汽车底盘测功机惯性系统的开发设计 -吉林农业大学学报2003,25(4) 分析了汽车底盘测功机惯性系统的工作原理,研究了惯性系统与汽车质量的匹配规律,并依此开发设计出Shenck汽车底盘测功机惯性系统及其控制系统,该系统可满足汽车动力性能的各工况测试要求.5.学位论文孔国初基于CAN总线的电模拟摩托车底盘测功机的研究 2005 在摩托车的开发研究过程中，对摩托车的各种性能试验是一项必不可少的重要工作。摩托车底盘测功机是摩托车整车室内试验中最常用的大型关键设备之一，它用途广泛，能进行摩托车动力性、经济性、排放分析及可靠性等多方向、多领域的试验研究。目前，国内外众多有实力的摩托车制造公司及科研检测机构都已配备了一定功能的底盘测功机，随着我国摩托车生产企业准入制度的实施，底盘测功机已成为各摩托车企业必须配备的关键设备之一。根据底盘测功机具有惯性载荷模拟装置，如机械式的飞轮机构或电气方式，即与道路载荷相同的模拟方式(电涡流机吸能装置等)，模拟各种车辆的惯性载荷(包括平移质量和转动部件产生的惯性阻力)。分析如何正确进行加载，以保证底盘测功机能够准确模拟被检车辆的行驶状态，确保测试的准确性。为此，在正确分析摩托车在道路上行驶时所受到的阻力(空气阻力与车轮滚动阻力、传动系摩擦阻力之和)与车速的模型后，就涡流制动器在摩托车底盘测功机上电模拟再现摩托车的行驶阻力进行了初步研究，提出了利用电涡流制动器作为摩托车底盘测功机电模拟加载的方法。设计了一种新的制动强度可以无级调节的电涡流制动器，进行了其工作原理、软件及硬件的设计。并且通过试验验证了其制动力矩的调节能力及限流功能。同时还得到了制动器励磁电流与其提供的制动力矩之间的关系，该关系为进行摩托车底盘测功机电模拟加载提供了试验依据。设计了一种高性能脉宽调制(PWM)直流伺服系统，该系统在电涡流制动器工作时为底盘测功机提供制动力，以确保正确加载，模拟道路工况。设计了基于CAN总线的摩托车底盘测功机的数据采集与控制系统。6.学位论文李百策电模拟汽车底盘测功机的研制 1999 汽车底盘测功机是用来检测汽车动力性能的一种专用测量设备.研究小组所研制的电模拟汽车底盘测功机取消了传统的惯性飞轮组,在计算机的控制下,直接模拟各种汽车在各种不同道路上行驶时的惯性、加减速阻力、路面滚动阻力、风阻等各种参数,因而可实现汽车在各种行驶状况下的实时模拟,并可实现汽车发动机功率特性曲线、油耗、车速表和里程表

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