汽車(chē)底盤(pán)拆裝實(shí)訓(xùn)大作業(yè)

1、 南昌工學(xué)院課程論文報(bào)告課程名稱(chēng)：汽車(chē)底盤(pán)拆裝實(shí)訓(xùn)論文題目：多功能汽車(chē)底盤(pán)測(cè)功機(jī)姓 名：雷鋒二級(jí)學(xué)院：專(zhuān) 業(yè)：年 級(jí)：2009學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：邱志敏職 稱(chēng)：助教年 月 日多功能汽車(chē)底盤(pán)測(cè)功機(jī)【論文摘要】多功能汽車(chē)底盤(pán)測(cè)功機(jī)實(shí)現(xiàn)了不同工況不同負(fù)載下動(dòng)力性能的連續(xù)測(cè)量并且增加了排放的連續(xù)測(cè)量功能，對(duì)控制系統(tǒng)和控制方法進(jìn)行了改進(jìn)，采用經(jīng)驗(yàn)控制和自適應(yīng)控制相結(jié)合的控制方案。本文在介紹多功能汽車(chē)底盤(pán)測(cè)功機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，闡述了該測(cè)功機(jī)的測(cè)量原理及各種工況下汽車(chē)動(dòng)力性能和排放數(shù)據(jù)的連續(xù)測(cè)量、電渦流機(jī)控制方法等關(guān)鍵技術(shù)，并給出了測(cè)量結(jié)果分析。一概述隨著汽車(chē)工業(yè)的迅猛發(fā)展，交通事故及環(huán)境污染對(duì)人類(lèi)生命

2、的威脅越來(lái)越大，因而汽車(chē)檢測(cè)技術(shù)的重要性日益突出出來(lái)，各種檢測(cè)設(shè)備也應(yīng)運(yùn)而生。作為大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備，汽車(chē)底盤(pán)測(cè)功機(jī)可以模擬汽車(chē)道路試驗(yàn)的各種工況，完成汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)、動(dòng)力性試驗(yàn)、排放性能評(píng)價(jià)與分析、可靠性試驗(yàn)以及與汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)有關(guān)的專(zhuān)項(xiàng)試驗(yàn)。它在汽車(chē)試驗(yàn)研究、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和新車(chē)及在用車(chē)質(zhì)量檢測(cè)中是不可或缺的。使用汽車(chē)底盤(pán)測(cè)功機(jī)完成汽車(chē)試驗(yàn)及各類(lèi)型的質(zhì)量檢測(cè)與通常的道路試驗(yàn)相比具有試驗(yàn)速度快、精度高、費(fèi)用低、數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可比性好等優(yōu)點(diǎn)1。鑒于汽車(chē)底盤(pán)測(cè)功機(jī)的以上優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)許多廠家先后研制開(kāi)發(fā)了一系列測(cè)功機(jī)產(chǎn)品，這些產(chǎn)品主要用于檢測(cè)軸重10 t以下的汽車(chē)底盤(pán)輸出功率，最大吸收功率為150 kW。檢測(cè)項(xiàng)目主

3、要是：汽車(chē)底盤(pán)的輸出功率、驅(qū)動(dòng)力、車(chē)速、加速性能、滑行性能、以及車(chē)速表和里程表的準(zhǔn)確性等等2。但是國(guó)內(nèi)測(cè)功機(jī)產(chǎn)品還有許多不完善的地方，亟待解決。例如：汽車(chē)在不同工況 、不同負(fù)載等狀態(tài)下，其動(dòng)力性能不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量，控制系統(tǒng)、控制方法比較落后。本文正是針對(duì)這些不足，在控制系統(tǒng)、控制方法上進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了不同工況、不同負(fù)載的狀態(tài)下，對(duì)汽車(chē)動(dòng)力性能進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的連續(xù)測(cè)量，并且增加了排放的連續(xù)測(cè)量功能。此外，參照國(guó)外先進(jìn)技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)汽車(chē)有關(guān)傳動(dòng)損耗、滾動(dòng)阻力、海拔高度、氣溫等參數(shù)進(jìn)行模擬和修正。二 汽車(chē)動(dòng)力性能及排放測(cè)功機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng) 多功能汽車(chē)底盤(pán)測(cè)功機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)測(cè)功機(jī))

4、是一種新型底盤(pán)測(cè)功機(jī)。該機(jī)的測(cè)量和控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)其強(qiáng)大功能的關(guān)鍵設(shè)備，其結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖21。測(cè)功機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)中的控制微機(jī)采用高性能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、顯示器、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、打印機(jī)，輸入輸出端子板，多功能PC總線接口卡 、可控硅及其控制電路，所有部件全部安裝在18 m高的標(biāo)準(zhǔn)19寸工業(yè)控制柜中。測(cè)控系統(tǒng)加上測(cè)功機(jī)的機(jī)械部分（臺(tái)架）構(gòu)成了整個(gè)測(cè)功機(jī)。測(cè)控系統(tǒng)通過(guò)臺(tái)架上的壓力傳感器、速度傳感器、氣動(dòng)舉升機(jī)和電渦流機(jī)等裝置，完成對(duì)測(cè)功機(jī)的測(cè)量和控制。圖中多功能PC總線接口板是計(jì)算機(jī)和測(cè)量控制通道的接口設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)的放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換、開(kāi)關(guān)量信號(hào)的測(cè)量都由它完成，該接口卡還能控制多個(gè)

5、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，另外該卡還提供了用于頻率測(cè)量的計(jì)數(shù)器接口。在臺(tái)架上汽車(chē)驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)光電解碼器產(chǎn)生脈沖輸出，接入多功能卡的計(jì)數(shù)器，測(cè)量速度和行駛距離。汽車(chē)在臺(tái)架上行駛時(shí)，其驅(qū)動(dòng)能對(duì)滾筒的作用力經(jīng)電渦流機(jī)耦合在壓力傳感器上，由輸入通道將信號(hào)送入計(jì)算機(jī)，與速度信號(hào)結(jié)合可測(cè)量汽車(chē)的動(dòng)力性能。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，實(shí)測(cè)的速度信號(hào)與設(shè)定速度比較，根據(jù)偏差按一定的算法調(diào)整阻力（電渦流機(jī)勵(lì)磁電流），使車(chē)速能穩(wěn)定在給定值，完成恒速條件下各種數(shù)據(jù)的測(cè)量。測(cè)功機(jī)的應(yīng)用軟件由測(cè)量控制程序、登錄程序和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)程序構(gòu)成，程序設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的CS（客戶(hù)服務(wù)器）設(shè)計(jì)方法，軟件的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖22。測(cè)量控制程序和登錄程

6、序是客戶(hù)端程序，它們與數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)交換是通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)程序完成，數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)對(duì)用戶(hù)是透明的，方便本系統(tǒng)與其他機(jī)動(dòng)車(chē)檢測(cè)設(shè)備或管理網(wǎng)絡(luò)連接。登錄程序完成用戶(hù)對(duì)車(chē)輛的基本信息、檢測(cè)項(xiàng)目的初始設(shè)定；測(cè)量控制程序是該系統(tǒng)的核心程序，其主要功能是完成對(duì)硬件信號(hào)的測(cè)量和控制、按登錄程序設(shè)定的檢測(cè)要求完成各項(xiàng)檢測(cè)任務(wù)，另外該程序還提供參數(shù)設(shè)定、檢測(cè)結(jié)果查詢(xún)、打印等輔助功能。   三 底盤(pán)測(cè)功機(jī)測(cè)量基本原理底盤(pán)測(cè)功機(jī)的測(cè)量參數(shù)一般有牽引力、速度、距離等。下面分別介紹它們的測(cè)量原理。 (1)功率測(cè)量原理電渦流測(cè)功器由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成，轉(zhuǎn)子與定子間的制動(dòng)力矩可由擺動(dòng)的定子經(jīng)測(cè)力臂傳

7、給測(cè)力傳感器。當(dāng)測(cè)功車(chē)速為定值時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪上的功率可按下式計(jì)算：式中：F牽引力，N；V車(chē)速，kmh。(2)速度測(cè)量原理試驗(yàn)臺(tái)在進(jìn)行測(cè)功、加速、制動(dòng)試驗(yàn)時(shí)都需要準(zhǔn)確的得到測(cè)試時(shí)刻的車(chē)速，并要求能連續(xù)測(cè)量。光電測(cè)量是測(cè)量車(chē)速的常用方法，其基本原理如下：在驅(qū)動(dòng)滾筒軸上裝有光電盤(pán)，驅(qū)動(dòng)滾筒每旋轉(zhuǎn)一周能發(fā)出600個(gè)脈沖，而驅(qū)動(dòng)滾筒的圓周長(zhǎng)是1 m，若每秒記錄的脈沖數(shù)為n，則速度計(jì)算公式如下：(3)距離測(cè)量原理汽車(chē)的加速距離、滑行距離和制動(dòng)距離的測(cè)量有很多類(lèi)似之處，也是通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)滾筒上的光電脈沖計(jì)數(shù)器來(lái)完成，對(duì)上述的脈沖傳感器而言，每個(gè)脈沖的距離是1600 m，通過(guò)計(jì)量脈沖數(shù)即可得到距離。四 多功能汽車(chē)底盤(pán)

8、測(cè)功機(jī)關(guān)鍵技術(shù)4.1 電渦流機(jī)的控制技術(shù)電渦流機(jī)又稱(chēng)電渦流測(cè)功器，是基于渦流電流（物理學(xué)上也稱(chēng)傅科電流）進(jìn)行工作的設(shè)備。它由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子部分包括定子架和裝在上面的勵(lì)磁線圈 。定子框架周?chē)锌?，?lì)磁線圈裝在孔內(nèi)。定子框架中心部分輪轂，借助兩個(gè)滾動(dòng)軸承支撐在轉(zhuǎn)子軸上。轉(zhuǎn)子部分包括轉(zhuǎn)子軸和固定在該軸上的兩個(gè)轉(zhuǎn)子，兩個(gè)轉(zhuǎn)子分別位于定子部分的兩端，轉(zhuǎn)子軸可以被外力帶動(dòng)而自由轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)端面與定子的端面保持很小的間隙，該間隙電磁學(xué)上稱(chēng)為氣隙。該轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)面是十分光滑的平面，渦流電流就產(chǎn)生在這個(gè)光滑平面上5。電渦流機(jī)的勵(lì)磁繞組通入電流時(shí)，磁通經(jīng)定子、渦流環(huán)、氣隙、轉(zhuǎn)子構(gòu)成閉合磁路。當(dāng)汽車(chē)驅(qū)

9、動(dòng)輪帶動(dòng)滾筒及電渦流機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于磁通密度發(fā)生變化使轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生渦流電流，該渦流電流與磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生反向制動(dòng)力矩，使定子繞主軸軸線擺動(dòng)。該制動(dòng)力矩通過(guò)杠桿傳遞給壓力傳感器，由壓力傳感器給出相應(yīng)的電信號(hào),經(jīng)計(jì)算處理后，可得出汽車(chē)瞬時(shí)的動(dòng)力參數(shù)。調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流大小，即可改變電渦流機(jī)的制動(dòng)力矩，同時(shí)相應(yīng)改變汽車(chē)車(chē)速，不斷變化的勵(lì)磁電流與車(chē)速形成閉合環(huán)，并最終實(shí)現(xiàn)恒速或恒力下的功率測(cè)量。從圖中可以看出電渦流機(jī)具有最大的速度和載荷范圍。此外它體積小，造價(jià)低,更適合于操縱自動(dòng)化。交流電機(jī)（異步電機(jī)）具有最小的速度（8001500rmin）和載荷范圍，穩(wěn)定性較差，小負(fù)荷具有很硬的特性。直流電機(jī)制動(dòng)裝置

10、具有很高的使用性能，操作方便，工況穩(wěn)定，過(guò)渡簡(jiǎn)易且平穩(wěn)，但它的試驗(yàn)臺(tái)造價(jià)高，低速制動(dòng)扭矩小 ，因而限制了應(yīng)用。本系統(tǒng)之所以選擇電渦流機(jī)作為加載裝置，是由于它的外特性及造價(jià)、可靠性、測(cè)量精度決定的。圖41列出幾種基本加載裝置特征。、1電渦流測(cè)功器；2直流電機(jī)；3水力測(cè)功器；4交流電機(jī)；目前，國(guó)產(chǎn)渦流機(jī)大部分為水力測(cè)功機(jī)，少量幾種電渦流機(jī)也主要為水冷式的,易漏水，導(dǎo)致軸承機(jī)件銹蝕，容易漏磁，恒速控制精度差，且體積重量大，需要一套供水冷卻循環(huán)系統(tǒng)及渦流機(jī)內(nèi)部潤(rùn)滑系統(tǒng)，使用很不方便，在我國(guó)北方，冬季尤為不適用。更為重要的是，國(guó)產(chǎn)水力電渦流機(jī)幾乎全部用于發(fā)動(dòng)機(jī)功率測(cè)量的高轉(zhuǎn)速功率吸收裝置（最大功率吸收范

11、圍15004000 rmin），不適用于汽車(chē)底盤(pán)測(cè)功，后者最大功率吸收范圍為5001000 rmin。國(guó)際上專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)這種低轉(zhuǎn)速，大扭矩電渦流機(jī)只有西班牙的FRENELSA公司和法國(guó)的TELMA公司，他們的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為風(fēng)冷式。由于測(cè)功機(jī)的扭矩和功率測(cè)量對(duì)速度和載荷范圍要求要大，在考慮造價(jià)、可靠性 、測(cè)量精度的情況下我們選擇了FRENELSA公司的F16160型風(fēng)冷16組電渦流機(jī)，其最大扭矩吸收轉(zhuǎn)速為750 rmin，渦流機(jī)電壓為DC96V，電流為35A，最大吸收扭矩為160 kg。該渦流機(jī)恒速精度高，體積重量小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，勿需冷卻水，且內(nèi)置160熱電偶，可在過(guò)熱時(shí)自動(dòng)斷電，避免渦流機(jī)被燒

12、壞。4.2 汽車(chē)的恒速控制技術(shù)電渦流機(jī)的恒速控制是測(cè)功機(jī)測(cè)試精度的關(guān)鍵因素之一，國(guó)內(nèi)大部分測(cè)功機(jī)未真正解決好這一問(wèn)題。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，恒速精度應(yīng)達(dá)到±2 kmh（如中國(guó)GB8694），但由于機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)慣量較大，且不同車(chē)型慣量不同，同時(shí)，存在失控死區(qū)、非線性、滯后反應(yīng)等調(diào)速反饋方面的難度，使得恒速控制成為設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)之一。目前，我們通過(guò)幾種途徑予以解決，一是盡量采用直接傳動(dòng)，減小失控死區(qū)及滯后反應(yīng)，同時(shí)采用數(shù)字調(diào)速和自適應(yīng)控制等解決不同轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響。此外，大轉(zhuǎn)速及電流兩個(gè)閉環(huán)中采用不同的采樣頻率以便有效的控制渦流機(jī)動(dòng)態(tài)及反饋電流。測(cè)試證明可以穩(wěn)定達(dá)到±05 kmh，是標(biāo)準(zhǔn)的1

13、4?？刂七^(guò)程如下：汽車(chē)在開(kāi)始加速時(shí)，由于運(yùn)行速度與設(shè)定速度相差較大，采用經(jīng)驗(yàn)控制算法即按一定的規(guī)律逐步增加阻力；一旦汽車(chē)運(yùn)行速度接近設(shè)定速度，自適應(yīng)控制開(kāi)始工作。因?yàn)樵趩?dòng)階段，使運(yùn)行速度盡快接近設(shè)定速度是首要目的，而最后以何種方式穩(wěn)定在設(shè)定速度則不在考慮之內(nèi)，經(jīng)驗(yàn)控制是簡(jiǎn)單易行且效果很好的控制方式。在運(yùn)行速度接近設(shè)定速度之后，速度的穩(wěn)定成為唯一目的，此時(shí)經(jīng)驗(yàn)控制就無(wú)能為力了。汽車(chē)的實(shí)際運(yùn)行工況十分復(fù)雜，其速度變化規(guī)律難以預(yù)測(cè)，因而任何預(yù)先設(shè)定參數(shù)的控制形式都不可能一直發(fā)揮最佳控制作用，其效果的優(yōu)劣隨運(yùn)行工況而不斷變化。自適應(yīng)控制正是為適應(yīng)類(lèi)似的工況而發(fā)展起來(lái)的，它能夠根據(jù)工況而調(diào)整控制參數(shù)，

14、以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)最佳控制。自適應(yīng)控制算法以當(dāng)前速度與設(shè)定速度之差和速度變化率兩個(gè)變量為控制依據(jù),施加阻力。具體算法如下：    F1×V2×dVdt    F施加的阻力變化量；    V當(dāng)前速度與設(shè)定速度之差；    dVdt速度變化率；1、2控制系數(shù)。對(duì)于不同的汽車(chē)，不同的設(shè)定速度，要達(dá)到較好的控制效果，1和2的取值是不一樣的。自適應(yīng)控制算法能根據(jù)汽車(chē)的動(dòng)態(tài)特性和設(shè)定速度及其它因素，自動(dòng)調(diào)節(jié)1和2的取值，以達(dá)到恒速的目的。4.3 排放測(cè)量汽車(chē)在怠速狀態(tài)下，不同

15、負(fù)載狀態(tài)下，不同車(chē)速狀態(tài)下以及不同路況的情況下的排放都是不同的，測(cè)量到這些數(shù)據(jù)對(duì)于汽車(chē)維修保養(yǎng)很重要，但更為重要的是為判斷汽車(chē)排放是否合格提供依據(jù)，為環(huán)保檢測(cè)部門(mén)提供精確而豐富的數(shù)據(jù)材料。本測(cè)功機(jī)可以配合尾氣分析儀在不同工況的條件下進(jìn)行汽車(chē)排放的檢測(cè)，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)完全符合新出臺(tái)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB147611999）。五結(jié)束語(yǔ)多功能汽車(chē)底盤(pán)測(cè)功機(jī)是汽車(chē)運(yùn)輸維修業(yè)、綜合性能檢測(cè)站、環(huán)境保護(hù)、交通(今后在用車(chē)報(bào)廢將按其動(dòng)力性能及排放性能而定)等行業(yè)所必需的測(cè)試設(shè)備，具有廣闊的市場(chǎng)前景。通過(guò)計(jì)算機(jī)控制電渦流測(cè)功器加載實(shí)現(xiàn)阻力模擬，可以測(cè)量不同的工況下汽車(chē)動(dòng)力性能和環(huán)保性能(排放性能)，并具有修正功能，測(cè)量數(shù)

16、據(jù)更接近汽車(chē)實(shí)際行駛時(shí)的數(shù)據(jù)。本測(cè)功機(jī)通過(guò)自適應(yīng)控制算法控制車(chē)速，提高了汽車(chē)的恒速穩(wěn)定性，并且實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力性能和環(huán)保性能的連續(xù)測(cè)量。盡管如此，本測(cè)功機(jī)還存在有待改進(jìn)的問(wèn)題：(1)根據(jù)147611999汽車(chē)污染物排放限值及其測(cè)試方法，本測(cè)功機(jī)提供了3種循環(huán)下的多工況排放測(cè)量，但目前該標(biāo)準(zhǔn)暫未在用車(chē)中強(qiáng)制應(yīng)用，因此應(yīng)給用戶(hù)預(yù)留一可自由編程的接口。(2)關(guān)于傳動(dòng)系統(tǒng)損耗功率的測(cè)定，目前除了采用電機(jī)反拖的方法之外，尚未找到其它更為簡(jiǎn)單、精確的方法。本測(cè)功機(jī)采用主機(jī)慣量反拖法，經(jīng)多次試驗(yàn)，找到了一個(gè)較好的加載電流值（約為12 A），測(cè)試值接近理論值（即傳動(dòng)損耗功率約為底盤(pán)輸出功率的8%10%）。實(shí)際上，德國(guó)的MAHA公司及西班牙的MANRESA公司都采用類(lèi)似方法，因此，測(cè)出的傳動(dòng)損耗功率均為近似值，要測(cè)出精確的傳動(dòng)損耗功率值，尚需繼續(xù)探索?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1 魯統(tǒng)利，陸德元大型汽車(chē)底盤(pán)動(dòng)態(tài)模擬測(cè)功機(jī)測(cè)控系統(tǒng)J汽車(chē)工程,1999年（第21期）第2期P1181232鄭世潤(rùn)，楊景泰中外汽車(chē)檢測(cè)與維修設(shè)備手冊(cè)M金盾出版社，19973李照美汽車(chē)檢測(cè)與診斷技術(shù)M中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，19964姚錫凡，周鋒，鄧楚南汽車(chē)底盤(pán)測(cè)功機(jī)的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試與控制系