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對(duì)汽車進(jìn)行整車性能測(cè)試，通常是以實(shí)車進(jìn)行工況測(cè)試的，其測(cè)試過(guò)程 比較復(fù)雜，測(cè)試所需時(shí)間長(zhǎng)，因路面存在的差異影響測(cè)試精度。而引入汽車 底盤測(cè)功機(jī)，則可以對(duì)車輛在室內(nèi)進(jìn)行模擬工況的測(cè)試，所達(dá)到的效果是完 全相同的。汽車底盤測(cè)功機(jī)是對(duì)汽車和其他輪式機(jī)械的整車動(dòng)力性、燃料經(jīng) 濟(jì)性和整車裝配進(jìn)行檢驗(yàn)的設(shè)備。在現(xiàn)有的測(cè)功機(jī)中一般是采用電渦流加載 器做阻力負(fù)載，該電渦流加載器不具有控制加載的功能，控制加載需有另外 的控制系統(tǒng)，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜。另外在測(cè)功過(guò)程中，需要解決的核心問(wèn)題還有： (1)扭矩的計(jì)算；(2)瞬態(tài)加載；(3)路況模擬。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺陷，提供一 種能夠在室內(nèi)模擬出汽車在道路上行駛時(shí)的各種工況，進(jìn)而測(cè)量出汽車驅(qū)動(dòng) 輪輸出功率的汽車底盤測(cè)功機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)還能分析出汽車的尾氣排放，以 及測(cè)試加速、滑行和油耗情況。
解決本發(fā)明技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是該汽車底盤測(cè)功機(jī)系統(tǒng)，包括 有信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集卡、工控機(jī)、變頻器、加載控制器、人機(jī)操作界 面、底盤測(cè)功機(jī)、傳感器、直流電機(jī)和風(fēng)機(jī)，其中，信號(hào)調(diào)理模塊的輸入端 通過(guò)傳感器接收底盤測(cè)功機(jī)的信號(hào)，其輸出端與數(shù)據(jù)采集卡塊的輸入端連 接，數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與工控機(jī)連接，信號(hào)調(diào)理模塊控制輸出端同時(shí)還與 連接有風(fēng)機(jī)的變頻器和連接有直流電機(jī)的加載控制器連接。
本發(fā)明中：
所述傳感器為扭矩傳感器及速度傳感器、油耗儀、流量計(jì)，這些傳感器 都可采用現(xiàn)有技術(shù)中的具有所需功能的傳感器；
所述底盤測(cè)功機(jī)采用雙轉(zhuǎn)鼓底盤測(cè)功機(jī)；
加載控制器采用電回饋加載控制器；
有人機(jī)操作界面與信號(hào)調(diào)理模塊連接；
數(shù)據(jù)采集卡采用具有12位精度、200K的采樣速率、16路模擬輸入通道、 2路模擬輸出通道、8路數(shù)字輸出通道的數(shù)據(jù)采集卡。
本發(fā)明中，工控機(jī)通過(guò)從信號(hào)調(diào)理模塊和數(shù)據(jù)采集卡獲取信號(hào)后，能夠 進(jìn)行扭矩的計(jì)算，即由軟件來(lái)完成扭矩的計(jì)算，從而節(jié)省了硬件資源，同時(shí) 也提高了計(jì)算的準(zhǔn)確度。
本發(fā)明中使用直流電機(jī)既可用作阻力負(fù)載，也可用作動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，直接轉(zhuǎn) 矩控制加載，克服了現(xiàn)有技術(shù)中所用電渦流機(jī)只能用做阻力負(fù)載的缺點(diǎn)。在 恒速測(cè)功過(guò)程中，直流電機(jī)采用PID(比例—微分—積分)控制，簡(jiǎn)化了恒 速測(cè)功的操作過(guò)程，且耗時(shí)縮短，精度提高，而且采用直流電機(jī)加載，可直 接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)鼓，在滑行等多項(xiàng)測(cè)試及調(diào)試過(guò)程中，可以不必使用汽車，只需輸 入被測(cè)車輛的各項(xiàng)參數(shù)即可。本發(fā)明在測(cè)功過(guò)程中，正常有效地解決了扭矩 的計(jì)算、瞬態(tài)加載及路況模擬等問(wèn)題。
附圖說(shuō)明
下面結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明硬件結(jié)構(gòu)原理框圖圖
圖2(即附圖1A)是圖1中模塊1信號(hào)調(diào)理模塊的電路原理框圖
圖中：1—信號(hào)調(diào)理模塊，2—數(shù)據(jù)采集卡(可采用NI?6025E數(shù)據(jù)采集 卡)，3—工控機(jī)，4—變頻器，5—加載控制器，6—人機(jī)操作界面，7—底盤 測(cè)功機(jī)，8—扭矩傳感器，9—速度傳感器，10—電網(wǎng)，11—直流電機(jī)，12 —風(fēng)機(jī)。

如圖1所示，本發(fā)明的汽車底盤測(cè)功機(jī)系統(tǒng)，包括有信號(hào)調(diào)理模塊1、 數(shù)據(jù)采集卡2、工控機(jī)3、變頻器4、加載控制器5、人機(jī)操作界面6、底盤 測(cè)功機(jī)7、扭矩傳感器8、脈沖轉(zhuǎn)速傳感器9，電網(wǎng)10、直流電機(jī)11和風(fēng)機(jī) 12。
其中，連接在電網(wǎng)10上的加載控制器5通過(guò)直流電機(jī)11與底盤測(cè)功機(jī) 7連接，而脈沖轉(zhuǎn)速傳感器9和扭矩傳感器8分別采集雙轉(zhuǎn)鼓底盤測(cè)功機(jī)7 的速度信號(hào)和扭矩信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，分別經(jīng)引腳Count0_C、Count1_C 和引腳0_C、1_C送入信號(hào)調(diào)理模塊1，信號(hào)調(diào)理模塊1針對(duì)不同的待處理 信號(hào)，如圖2中所示，采用了電流轉(zhuǎn)電壓電路、分壓電路、放大電路、濾波 電路、差分電路、驅(qū)動(dòng)放大電路、74系列門電路隔離電路等現(xiàn)有的多種典型 電路及其組合應(yīng)用，這些功能電路塊間的相互連接及接口電路也都是最簡(jiǎn)化 的模擬經(jīng)典電路，以實(shí)現(xiàn)把輸入的原始信號(hào)調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(0-5V/ 4-20mA)。這些信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理后，由信號(hào)調(diào)理模塊1的輸出端送入數(shù)據(jù)采集 卡2的輸入端，數(shù)據(jù)采集卡2可將模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，這是一種具有12 位精度A/D、8路以上I/O通道、16/8路模擬差分采集通道、2路模擬輸出 通道、具有2路32位可輸入/輸出計(jì)算器的數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡2，其通 過(guò)PCI接口連接工控機(jī)3對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行軟件處理，并將結(jié)果(此時(shí)已經(jīng)為 控制指令)反饋回?cái)?shù)據(jù)采集卡2，再經(jīng)過(guò)引腳DAC0和DAC1送入信號(hào)調(diào)理 模塊1，信號(hào)調(diào)理模塊1的控制輸出端DAC_0和DAC_1同時(shí)還分別與變頻 器4、加載控制器5連接，以傳遞控制指令，使變頻器4調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)12，加載 控制器5調(diào)節(jié)直流電機(jī)11，以創(chuàng)造出適合各種工況的模擬狀態(tài)。
另外，人機(jī)操作界面6連接在數(shù)據(jù)采集卡2上，以提供報(bào)警、故障顯示 等輔助功能。
本實(shí)施例中，底盤測(cè)功機(jī)7采用雙轉(zhuǎn)鼓底盤測(cè)功機(jī)，即在汽車驅(qū)動(dòng)輪下 設(shè)置有兩個(gè)轉(zhuǎn)鼓(也可稱之為滾軸)。當(dāng)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)，即可帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)， 稱為正向拖動(dòng)，而當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，則帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)，則稱為反向拖動(dòng)。通用 的加載控制器一般采用電渦流加載控制器，這種加載控制器對(duì)系統(tǒng)的控制性 能有較大的制約，而本發(fā)明中的加載控制器采用電回饋加載控制器，能夠?qū)?轉(zhuǎn)鼓進(jìn)行反拖動(dòng)，轉(zhuǎn)鼓可反拖起動(dòng)，從而可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行瞬態(tài)加載，直接對(duì) 底盤測(cè)功機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，提高了系統(tǒng)的效率和精度。
本發(fā)明的工作過(guò)程如下：首先由扭矩傳感器8和速度傳感器9采集原始 信號(hào)，傳送到信號(hào)調(diào)理模塊1，信號(hào)調(diào)理模塊1對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行濾波/放大/ 轉(zhuǎn)換等處理后，向數(shù)據(jù)采集卡2輸出規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，數(shù)據(jù)采集卡2進(jìn)行接 收并采樣，再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，由工控機(jī)3對(duì)接收的這些數(shù)字信號(hào)進(jìn)行計(jì)算 處理，計(jì)算方式為通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算，由測(cè)定的扭矩值和速度值，相乘推算出驅(qū) 動(dòng)輪功率值，并根據(jù)結(jié)果得出控制指令；同時(shí)，工控機(jī)3將控制指令反饋給 數(shù)據(jù)采集卡2，數(shù)據(jù)采集卡2再與信號(hào)調(diào)理模塊1交換信號(hào)由信號(hào)調(diào)理模塊 1向加載控制器5及變頻器4發(fā)出控制指令。其中加載控制器5在本發(fā)明的 控制系統(tǒng)中起到了樞紐作用，它與底盤測(cè)功機(jī)7共同構(gòu)成本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。
本發(fā)明可模擬多種車輛的運(yùn)行工況，可對(duì)汽車驅(qū)動(dòng)輪的輸出功率、尾氣 組成、滑行性能、加速性能、油耗進(jìn)行測(cè)試，并能校驗(yàn)汽車車速表，并對(duì)試 驗(yàn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。其功能和方法如下所述：
1.恒速法測(cè)試汽車驅(qū)動(dòng)輪的輸出功率
使汽車在底盤測(cè)功機(jī)的雙轉(zhuǎn)鼓上行駛，并且保持節(jié)氣門始終全開(kāi)。本系 統(tǒng)采用PID(Proprotional比例—微分—積分)控制方法，控制雙轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速 為某一事先設(shè)定的恒定值，由于雙轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)，則汽 車的車速也將被限制在與該恒定值對(duì)應(yīng)的測(cè)速點(diǎn)上，同時(shí)通過(guò)扭矩傳感器測(cè) 量轉(zhuǎn)鼓的扭矩，測(cè)定的扭矩與固定車速相乘即可獲得被測(cè)汽車在這一速率點(diǎn) 上的驅(qū)動(dòng)輪輸出功率。
在整個(gè)過(guò)程中，信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集卡是對(duì)信號(hào)進(jìn)行前期處理的， 而后由計(jì)算機(jī)處理運(yùn)算得出相應(yīng)的結(jié)果。
2.恒扭法測(cè)試汽車驅(qū)動(dòng)輪的輸出功率
與功能1類似，使汽車在底盤測(cè)功機(jī)的雙轉(zhuǎn)鼓上行駛，保持節(jié)氣門始終 全開(kāi)。本系統(tǒng)通過(guò)加載控制器控制電機(jī)對(duì)雙轉(zhuǎn)鼓輸出某一恒定扭矩，當(dāng)汽車 驅(qū)動(dòng)輪恒定行駛在某一速率點(diǎn)時(shí)，速度傳感器記下該速率點(diǎn)，測(cè)定的速率與 恒定的扭矩相乘即可得出被測(cè)汽車在某一恒定扭矩的驅(qū)動(dòng)輪輸出功率。
3.工況法測(cè)試尾氣
汽車在轉(zhuǎn)鼓上按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的15工況行駛，該工況為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)， 具體包括加速、恒速、怠速、剎車、滑行等行駛工況，這里的底盤測(cè)功機(jī)系 統(tǒng)即模擬該15工況對(duì)汽車進(jìn)行加載。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，氣體流量傳感器測(cè)試 尾氣流量；尾氣分析儀對(duì)尾氣組分進(jìn)行分析，提供尾氣中各組分氣體的百分 比濃度。最后可得尾氣中各組分氣體的質(zhì)量。這里所涉及到的氣體流量傳感 器屬于其他模擬量傳感器，與尾氣分析儀配套使用，由于在本發(fā)明中不屬于 重點(diǎn)，在此不做詳細(xì)描述。
4.檢驗(yàn)汽車滑行性能
滑行測(cè)試可不使用汽車。事先在工控機(jī)中輸入被測(cè)試車輛的各項(xiàng)參數(shù)以 及設(shè)定的滑行初速度，由本系統(tǒng)開(kāi)始模擬汽車在實(shí)際路面上的滑行過(guò)程，通 過(guò)加載控制器控制電機(jī)及變頻器控制風(fēng)機(jī)，模擬汽車的行駛工況。當(dāng)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定初值時(shí)，速度傳感器測(cè)定后送入工控機(jī)中，工控機(jī)輸 出控制指令使加載控制器和變頻器施加相應(yīng)的阻力，滑行測(cè)試開(kāi)始，直至轉(zhuǎn) 鼓停止轉(zhuǎn)動(dòng)，滑行結(jié)束。在整個(gè)滑行過(guò)程中，通過(guò)測(cè)試車輛由初始速度變化 為零的時(shí)間，以及模擬出的相應(yīng)的阻力大小，即可檢驗(yàn)汽車的滑行性能。
5.檢驗(yàn)汽車加速性能
該過(guò)程與功能4大致相反，事先在工控機(jī)中輸入汽車加速的初始速度和 終止速度。由本系統(tǒng)開(kāi)始模擬汽車在實(shí)際路面上的滑行過(guò)程，當(dāng)車速達(dá)到初 始速度時(shí)，速度傳感器測(cè)定后送入工控機(jī)中，工控機(jī)輸出控制指令使加載控 制器和變頻器施加相應(yīng)的阻力，加速測(cè)試開(kāi)始。此時(shí)，駕駛員駕駛車輛以最 快的速度加速，當(dāng)車速達(dá)到終止速度時(shí)，加速試驗(yàn)自動(dòng)結(jié)束，本系統(tǒng)保存實(shí) 驗(yàn)全過(guò)程的數(shù)據(jù)。在整個(gè)加速過(guò)程中，通過(guò)測(cè)試車輛由初始速度變化為終止 速度的時(shí)間，以及模擬出的相應(yīng)的阻力大小，即可檢驗(yàn)汽車的加速性能。
6.校驗(yàn)車速表
當(dāng)汽車以某一恒定速率行駛時(shí)，由本系統(tǒng)的速度傳感器獲得準(zhǔn)確的車速 數(shù)據(jù)，而后變換車速，重復(fù)執(zhí)行，并以此為基準(zhǔn)，對(duì)汽車車速表進(jìn)行校驗(yàn)。
7.測(cè)試油耗
可選擇“按時(shí)間測(cè)試”和“按容量測(cè)試”油耗。穩(wěn)妥地接好油耗儀(這 里的油耗儀屬于其他模擬量傳感器，可接入信號(hào)調(diào)理模塊中未使用的引腳) 后，駕駛員控制油門，駕駛汽車在底盤測(cè)功機(jī)上以某一恒定速率行駛，當(dāng)?shù)?達(dá)設(shè)定的時(shí)間/容量時(shí)，本系統(tǒng)即可將測(cè)試結(jié)果轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的百公里油耗。
8.試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
試驗(yàn)過(guò)程中實(shí)時(shí)采集并保存好數(shù)據(jù)，由分析軟件生成曲線圖，其中包括 速度時(shí)間曲線、速度位移曲線、功率轉(zhuǎn)速曲線、扭矩轉(zhuǎn)速曲線、油耗曲線等 最后打印出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的實(shí)驗(yàn)報(bào)表。