汽車底盤測(cè)功機(jī)檢測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理

何全添

摘要：隨著社會(huì)的進(jìn)步和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們?cè)谌粘Ｉa(chǎn)及生活活動(dòng)中對(duì)各類汽車的依賴程度越來(lái)越高。底盤測(cè)功機(jī)作為對(duì)汽車應(yīng)用性能檢測(cè)的重要設(shè)備，對(duì)于車輛應(yīng)用過(guò)程的穩(wěn)定性與安全性起到?jīng)Q定性作用。本文首先分析了汽車底盤測(cè)功機(jī)的設(shè)備結(jié)構(gòu)構(gòu)成，繼而探討了其相關(guān)檢測(cè)設(shè)備工作原理。

關(guān)鍵詞：測(cè)功機(jī);設(shè)備結(jié)構(gòu);工作原理

0? 引言

汽車底盤測(cè)功機(jī)是針對(duì)汽車動(dòng)力性、底盤輸出功率、油耗以及排放指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)的專用機(jī)械，通過(guò)飛輪慣性相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量模擬汽車運(yùn)行過(guò)程中的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及質(zhì)量慣量;通過(guò)加載裝置模擬汽車運(yùn)行過(guò)程中受到的空氣阻力;通過(guò)滾筒運(yùn)動(dòng)模擬路面等，從而對(duì)汽車運(yùn)行狀況形成全面的動(dòng)態(tài)檢測(cè)。

1? 汽車底盤測(cè)功機(jī)整體結(jié)構(gòu)構(gòu)成

汽車底盤測(cè)功機(jī)（以下簡(jiǎn)稱為測(cè)功機(jī)），是針對(duì)汽車處于使用狀態(tài)下的應(yīng)用性能以及相關(guān)技術(shù)狀況加以檢驗(yàn)的一種的重要汽車工程設(shè)備。在實(shí)踐操作中，不僅可以將其用作與汽車性能相關(guān)的各項(xiàng)科學(xué)試驗(yàn)，還可以用于對(duì)汽車設(shè)備的維修與生產(chǎn)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 功率吸收裝置

利用測(cè)功機(jī)開展汽車試驗(yàn)的過(guò)程當(dāng)中，主要通過(guò)對(duì)加載裝置的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車行駛過(guò)程所受阻力的模擬，其受力情況與正常道路行駛過(guò)程相似，能夠吸收和測(cè)量汽車發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)向驅(qū)動(dòng)策略傳送的功率。測(cè)功機(jī)的加載裝置主要包括：水力測(cè)功機(jī)、電渦流測(cè)功機(jī)以及電力測(cè)功機(jī)。其中，水力測(cè)功機(jī)整體可控性較差，電力測(cè)功機(jī)綜合使用性能較強(qiáng)，但相比之下所需成本投入較高，而電渦流機(jī)兼具精度高、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于技術(shù)人員調(diào)控與測(cè)量、機(jī)械振動(dòng)較小、功率范圍較大等特征。電渦流機(jī)在工作過(guò)程中所產(chǎn)出熱量較多，一般通利用空氣或水作為介質(zhì)以導(dǎo)出多余熱量。

1.2 滾筒

滾筒裝置屬于測(cè)功機(jī)內(nèi)部最為主要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件之一，其整體結(jié)構(gòu)性質(zhì)及使用性能的好壞關(guān)乎設(shè)備測(cè)量的精準(zhǔn)程度。通常情況下，針對(duì)滾筒主要采取鋼制空心結(jié)構(gòu)形式，其直徑、表面狀況以及兩筒中心軸距都是對(duì)其形成直接影響的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

1.3 測(cè)量部分

①測(cè)力部分。目前在汽車檢修與制造領(lǐng)域應(yīng)用最為普遍的是電測(cè)式裝置，同時(shí)配置測(cè)力傳感器，使力的大小被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，隨后向系統(tǒng)中樞傳送，最終通過(guò)指示部分對(duì)其相應(yīng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行顯示。

②測(cè)速部分可以主要分成分為光電式、磁電式以及測(cè)速發(fā)電機(jī)等，其中光電式應(yīng)用最為廣泛，將其配置在副滾筒一端，繼而實(shí)現(xiàn)跟滾筒之間的同步轉(zhuǎn)動(dòng)，將轉(zhuǎn)速被轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的脈動(dòng)信號(hào)，其實(shí)際測(cè)量誤差一般不會(huì)超過(guò)千分之五。

③控制和指示部分。倘若在測(cè)功機(jī)內(nèi)部所配置的測(cè)力部分與測(cè)速部分均為電測(cè)式，那么指示裝置便可針對(duì)輸出功率等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行直接顯示。但如果測(cè)力裝置采用機(jī)械形式時(shí)，只能顯示出驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)相應(yīng)換算過(guò)程得出輸出功率。

汽車驅(qū)動(dòng)輸出功率，按下式計(jì)算：

P=（F×v）÷360（kW）

式中：P——汽車驅(qū)動(dòng)輪輸出功率（kW）;

F——滾筒切向驅(qū)動(dòng)力（daN）;

v——測(cè)定F時(shí)，汽車穩(wěn)定的車速（km/h）。

1.4 飛輪

飛輪的主要作用在于對(duì)車輛形式過(guò)程當(dāng)中所產(chǎn)生的動(dòng)能加以模擬，需要配置電磁離合器已實(shí)現(xiàn)和滾筒間的接合。在實(shí)踐應(yīng)用中，對(duì)于飛輪機(jī)構(gòu)主要采取一組多飛輪的形式，相關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量需要與車輛加速能力試驗(yàn)以及滑行能力試驗(yàn)相互適應(yīng)。

1.5 舉升裝置

為便于車輛從測(cè)功機(jī)中的進(jìn)出，需要配置舉升裝置，氣動(dòng)式舉升器分為氣缸式與氣囊式。

1.6 制動(dòng)裝置

測(cè)功機(jī)制動(dòng)裝置主要包括傳統(tǒng)帶輪、軸承座等，用于為測(cè)功機(jī)機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程提供動(dòng)力。

2? 測(cè)功機(jī)主要工作原理

2.1 測(cè)功機(jī)

測(cè)功機(jī)當(dāng)中所配置的滾筒裝置主要用途在于模擬連續(xù)移動(dòng)形式的路面，車輪處于滾筒內(nèi)部滾動(dòng)，而加載裝置主要模擬汽車在行駛過(guò)程中所承受各種形式的阻力，飛輪部分則是結(jié)合轉(zhuǎn)動(dòng)慣量針對(duì)加速、滑行等車輛在行駛過(guò)程當(dāng)中所承受的阻力進(jìn)行模擬。試驗(yàn)中，要將汽車的驅(qū)動(dòng)輪放在滾筒之上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)滾筒的帶動(dòng)使其旋轉(zhuǎn)，加載裝置與滾筒間成串接狀態(tài)，并利用定子針對(duì)轉(zhuǎn)子施加一定制動(dòng)作用，是定子受到相反方向上的力矩作用。處于反力矩的作用下，定子會(huì)繞軸進(jìn)行擺動(dòng)，并通過(guò)臂桿傳至測(cè)力裝置，經(jīng)過(guò)換算處理等過(guò)程獲得驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩或者輸出功率。

2.2 電渦流機(jī)

在電渦流機(jī)內(nèi)部主要配置了定子與轉(zhuǎn)子兩個(gè)部分，后者跟測(cè)功機(jī)滾筒之間相互連接，處于磁場(chǎng)當(dāng)中以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。定子沿著圓周對(duì)勵(lì)磁線圈以及渦流環(huán)等部分加以布置，轉(zhuǎn)子外圈配有齒槽，要在齒頂和渦流環(huán)間留出適當(dāng)大小的空氣隙。

在試驗(yàn)推進(jìn)的過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)滾筒受到車輪作用之下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，繼而帶動(dòng)電渦流機(jī)中的轉(zhuǎn)子進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。在勵(lì)磁線圈當(dāng)中出現(xiàn)電流的情況下，所形成磁場(chǎng)的磁力線會(huì)在設(shè)備內(nèi)部構(gòu)成一套閉合磁路。相應(yīng)磁通的大小主要和線圈匝數(shù)、電流高低等變量有關(guān)。因?yàn)橥ㄟ^(guò)齒頂位置和凹槽位置磁通量大小之間的差異，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)過(guò)渦流環(huán)內(nèi)部的磁通量將會(huì)呈現(xiàn)為周期性變化狀態(tài)，繼而形成渦電流。其所形成的磁場(chǎng)會(huì)和勵(lì)磁磁場(chǎng)之間產(chǎn)生相互作用，出現(xiàn)跟轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)完全相反方向的轉(zhuǎn)矩。因?yàn)檗D(zhuǎn)子和滾筒處在連接狀態(tài)，這就給轉(zhuǎn)筒形成了相應(yīng)的助力，從而對(duì)滾筒起到加載作用。

不過(guò)，在針對(duì)轉(zhuǎn)子施加一定量制動(dòng)力矩的同時(shí)，將會(huì)使定子受到相反力矩，給定子形成一種與轉(zhuǎn)子擺動(dòng)方向相同的作用。在定子當(dāng)中配置有測(cè)力杠桿，而且在端部下方為之配置了壓力傳感器，當(dāng)受到壓力作用的情況之下，會(huì)產(chǎn)出相應(yīng)的電信號(hào)。此壓力和杠桿長(zhǎng)度相乘便能得到相應(yīng)力矩。如果滾筒處在穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，這一力矩會(huì)和驅(qū)動(dòng)輪所帶來(lái)的驅(qū)動(dòng)力矩相等。基于此，便可得出車輪作用于滾筒之上驅(qū)動(dòng)力的大小。

2.3 飛輪模擬慣量計(jì)算

設(shè)車輛質(zhì)量是m，模擬車輛飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是J，轉(zhuǎn)速比是I，滾筒半徑是r，則加入減速器之后模擬車輛運(yùn)動(dòng)慣量的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式為：由這一公式可知，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量主要由汽車質(zhì)量、減速比以及滾筒半徑所決定。

2.4 功率測(cè)量

汽車驅(qū)動(dòng)輪所形成的輸出功率被稱之為底盤輸出功率，是對(duì)車輛傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)狀況加以考量的一種關(guān)鍵參數(shù)。然而傳動(dòng)系統(tǒng)所處狀態(tài)與相關(guān)技術(shù)性能會(huì)影響車輛在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)際的穩(wěn)定性與安全性，同時(shí)會(huì)在一定程度上影響發(fā)動(dòng)機(jī)油耗與動(dòng)力傳遞。汽車驅(qū)動(dòng)車輪將會(huì)對(duì)測(cè)功機(jī)滾筒形成帶動(dòng)作用，使其保持旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，滾筒則與電渦流機(jī)轉(zhuǎn)子之間相互連接。我們假設(shè)驅(qū)動(dòng)輪的輸出功率是PCkW，而傳動(dòng)系損耗功率是PIkW，摩擦損失功率是PSkW，輪胎打滑的損耗功率是PJkW，滾筒中消耗功率是PEkW，那么汽車驅(qū)動(dòng)輪輸出功率則為PC=PI+PJ+PS+PE。其中，PI可以利用傳動(dòng)系統(tǒng)中傳動(dòng)效率的相關(guān)數(shù)據(jù)加以估算;PJ則通過(guò)滾筒轉(zhuǎn)速加以估算;因?yàn)樵趯?shí)際試驗(yàn)處理過(guò)程中，滾筒和電渦流機(jī)之間呈現(xiàn)為十分緊密的相連，因此可以將機(jī)械損耗看作為0;電渦流機(jī)所吸收的功率和滾筒中消耗的功率PE相等。

3? 結(jié)論

總而言之，若想實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車底盤測(cè)功機(jī)的高效利用，以精確測(cè)量汽車的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，要充分了解其結(jié)構(gòu)原理。作為一名機(jī)械設(shè)計(jì)工程師，需要在設(shè)計(jì)工作中積極探索，對(duì)國(guó)外的一些先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)和理念加以借鑒，繼而與我國(guó)車輛運(yùn)輸行業(yè)的整體情況相結(jié)合，研發(fā)設(shè)計(jì)出更符合我國(guó)國(guó)情的汽車檢測(cè)裝備，為我國(guó)汽車檢測(cè)行業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。

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