毕业论文大型转鼓底盘测功机总体设计.docx

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毕业论文大型转鼓底盘测功机总体设计

摘要

检测技术作为现代制造技术的重要组成部分。

随着电子技术和机械加工工业的发展，在传统检测方法的基础上，逐步发展成现代汽车诊断与检测技术。

汽车动力性能是指汽车在驱动力作用下，克服各种阻力前进的能力，一般包括最大输出扭矩、底盘输出功率、最高车速、加速性能和爬坡能力等。

这些性能的好坏主要受发动机功率和传动系性能的支配，同时也受到空气阻力影响。

汽车动力性能是汽车的主要性能之一，汽车动力性能的优劣直接关系到汽车的安全性、稳定性和舒适性。

因此汽车动力性能的检测是十分重要的。

本文的主要工作分为两大部分。

第一部分主要对底盘测功机道路模拟机械部分进行分析设计。

首先介绍了底盘测功机道路模拟的基本原理，汽车在道路上运行过程中存在着行驶阻力，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行驶阻力问题，即滚筒的设计和测功机的选型以及其他辅助装置的设计。

滚筒设计部分主要进行了滚筒直径、滚筒长度、两滚筒之间的中心距的确定以及滚筒转轴之间的配合固定；测功机型号选取启东宏鑫W250鼓式测功机；自行设计了汽车导向及非驱动轮固定装置，举升制动装置；其次，具体阐述了在加速测试、油耗测试及滑行试验时的阻力模拟原理。

在本文的第二部分对测控系统的硬件系统和软件设计做了介绍。

系统的硬件主要包括PC机、开关量输入输出（I/O）卡、模入模出（A/D，D/A）接口板。

在本系统中，所用的数据处理、指令控制及软件运行都由PC机来处理，这样就使得系统的硬件更加简化和高效。

系统的软件部分根据系统的设计要求，程序采用模块化。

本文设计的汽车底盘测功机测控系统以高精度、高可靠性、高实时性为目标，以适合学校以及科研单位科研使用为研究对象，进行了该大型转鼓底盘测功机的设计，其对汽车动力性输出功率、驱动力、车速、加速性能、滑行性能、以及车速表和里程表的准确性检测具有一定的实用价值。

关键词：

底盘测功机；汽车；汽车动力性能；模拟

Abstract

Testingtechniqueistheimportantpartofmodernmanufacturetechnique.Itbasesontraditionaltestingmethodsanddevelopstomodernautodiagnosisandtestingtechniquealongwithelectrontechniqueandmachiningtechniquedevelopment.Autodrivecapabilityisthatautoovercomesallkindsofresistancetogoforward.Itincludesmostoutputwrestforce,chassisoutputpower,thehighestspeed,speedupcapabilityandclimbingslopecapability.Thesecapabilitiesarecontrolledbyenginepowerandtransmissionsystem,andalsoaffectedbyairresistance.Autodrivecapabilityisoneofthemaincapabilities.Itisdirectlyrelativetoautosecurity,stabilityandcomfortcapability.Soitisveryimportanttotestautodrivecapability.

Thispaperisdividedtotwoparts.Thefirstpartofthemainroadchassisdynamometersimulationmachinerypartsofthedesign.Firstonthechassisdynamometersimulationofthebasicprinciplesoftheroad,carsontheroadinthecourseoftheoperationonresistancetothetrialstagemockroadvehicleoperatingconditions,wemustfirstsolvethemockcarsontheissueofresistance,DruminthedesignandDynamometerSelectionandotherassistivedevicesdesign.Drumdesignsomeofthemajordiameterofadrum,drumlength,betweenthetworollersfromthecenterofthedrumsetandtheshaftbetweenthefixed;DynamometerselectmodelsQidongHongxinW250drumDynamometer;designtheirowncar-orientedAndnon-drivingwheelfixtures,liftingbrakes;Second,specifyintheaccelerationtest,fuelconsumptiontestsandtaxiingtestsimulationoftheresistanceprinciple.Inthispaper,thesecondpartofthemonitoringsystemhardwareandsoftwaredesignwasintroduced.ThehardwareincludesaPC,switchingofinputandoutput（I/O）cards,die-to-（A/D,D/A）interfaceboard.Inthissystem,usedindataprocessing,commandandcontrolsoftwarerunbyaPCtohandle,thusmakingthehardwaremorestreamlinedandefficient.Thesoftwaresystembasedinpartonthedesignrequirements,proceduresmodular.

Inthispaper,thedesignofthevehiclechassisdynamometermonitoringandcontrolsystemstohighprecisionandhighreliability,highreal-timeasthegoal,tosuitschoolsandscientificresearchunitstostudytheuseofscientificresearch,designthesiteofthebigdrumdynamometers,theCardrivingforceofoutputpower,thedrivingforce,speed,acceleration,taxiwaysperformance,andspeedtablesandodometer,suchastheaccuracyofthetestdevelopmentofpracticalvalue.

Keywords:

chassis-dynamometer;Automobile;vehicledynamicproperty;simulation

第1章绪论

从汽车诞生至今已有120多年的历史。

汽车是现代科学技术的产物，它的出现大大方便了人们的日常生活。

随着科学技术的不断发展，汽车的结构不断完善，性能也不断提高。

特别是随着电子技术在汽车上的广泛应用，汽车的动力性、经济性、安全性和舒适性得道大大改善，其使用性能日益满足了人们的需要。

但汽车在为人们造福的同时，也带来了大气污染、噪声和交通安全等一系列问题。

1.1研究的意义

随着汽车工业的迅猛发展，交通事故及环境污染对人类生命的威胁越来越大，因而汽车检测技术的重要性日益突出出来，各种检测设备也应运而生。

作为大型实验设备，汽车底盘测功机可以模拟汽车道路试验的各种工况，完成汽车的经济性试验、动力性试验、排放性能评价与分析、可靠性试验以及与汽车传动系统有关的专项试验。

它在汽车试验研究、产品开发和新车及在用车质量检测中是不可或缺的。

使用汽车底盘测功机完成汽车试验及各类型的质量检测与通常的道路试验相比具有试验速度快、精度高、费用低、数据稳定、可比性好等优点[1]。

大型转鼓底盘测功机由于滚筒直径大，多在1500～2500mm之间，其车轮滚动阻力小，因而其测试精度高，但由于大滚筒测功机制造成本高，同时测试时对驱动轮安放定位要求严格，因此大转鼓底盘测功机仅用于科研机构。

由于汽车维修企业和汽车综合性能检测站大多使用多滚筒汽车底盘测功机，而制造厂和科研机构主要用高精度的单滚筒底盘测功机，供开发和科研使用。

上述原因导致国内外制造厂商主要生产研发多滚筒汽车底盘测功机，因此本文以大型转鼓底盘测功机为研究对象，对其进行设计开发，以满足国内外对它的大量需求，该产品的批量制造也具有很大的市场前景。

1.2国内外研究现状

1.2.1国内研究现状

汽车底盘测功机能够对汽车底盘的输出功率、驱动力、车速、加速性能、滑行性能、以及车速表和里程表的准确性等进行检测，且具有试验速度快、精度高、费用低、数据稳定、可比性好等优点。

因此，国内许多厂家先后研制开发了一系列测功机产品，如深圳施耐公司和德国AHS公司合作共同研发生产的新一代ELP-500测功机，华燕汽车检测设备厂生产的HYCG系列底盘测功机，西安翌晨生产的汽车底盘测功机，这些产品主要用于检测轴重10t以下的汽车底盘输出功率，最大吸收功率为150Kw。

但是国产测功机的研制起步较晚，特别是用于工况法排放检测的测功机，目前还处于试验阶段。

另外，国内测功机产品还有许多不完善的地方，亟待解决。

例如：

汽车在不同工况、不同负载等状态下，其动力性能不能实现连续测量，控制系统、控制方法比较落后。

虽然国内外对于测功机的原理都基本清楚，但测功机不仅仅是个测量设备，其内部还有很复杂的控制，国内的测功机在这方面正在作研究，有了很大的进展，但还不是很成熟，集中体现在控制的稳定性上（如恒速控制的精度和稳定性）。

另外，测功机的一些关键部件，特别是功率吸收装置（电涡流机）的技术还不是很过关，主要依靠进口，这些都会影响测功机的可靠性和寿命。

国内已发布实施了有关汽车检测的国家标准、行业标准、计量验定规程，其各项条款如下：

（一）汽车检测技术基础规范化

（1）制定和完善汽车检测项目的检测方法和限制标准，如驱动轮输出功率，底盘传动系统的功率损耗、滑行距离等；

（2）制定营运汽车技术状况检测评定细则，统一规范全国各地的检测要求及操作技术；

（3） 制定用于规定综合性能检测站的大型检测设备的形式认证规范，以保证综合性能检测站履行其职责。

（二）汽车检测设备智能化

目前国外的汽车检测设备已大量应用机、电一体化技术。

并采用计算机控制，有些检测设备有专家系统和智能化功能，能对汽车技术状况进行检测，并能诊断出汽车故障发生的部位和原因，引导维修人员迅速排除故障。

（三）汽车检测管理网络化

目前我国的汽车综合性能检测站部分已实现了计算机管理系统检测，虽然计算机管理系统采用了计算机控制，但各个站的计算机测控方式千差万别。

随着技术和管理的进步，今后汽车检测将实现真正的网络化（局域网），从而做到信息资源共享、软件资源共享。

在此基础上，利用信息高速公路将全国的汽车综合性能检测站联成一个广域网，使上级交通管理部门可以及时了解各地车辆状况。

以上汽车检测方面的相关标准要求使得汽车底盘测功机在该行业的发展日趋完善，为其在以后的发展拓展了广阔的前景。

1.2.2国外研究现状

1.制度化在国外汽车检测工作由交通部门统一领导，全国各地建有由交通部门认证的汽车检测场（站）负责新车的登记和在用车的安全检测，修理厂维修过的汽车也要经过汽车检测场的检测，以确认其安全性能和排放是否符合国家标准。

2.标准化工业发达国家的汽车检测有一整套的标准。

断定汽车技术状况是否良好，是以标准中规定的数据为准则，检查结果是以数字显示，有量化指标，以避免主观上的误差。

除对检测结果有严格完整的标准外，国外的检测设备也有标准规定，对检测设备的使用周期、技术更新等也有具体要求。

3.智能化自动化检测是随着科学技术的进步而进步的，国外汽车检测设备在智能化、自动化、精密化、综合化方面都有新的发展，应用新技术开拓新的检测领域，研制新的检测设备。

随着电子计算机技术的发展，出现了汽车检测诊断、控制自动化、数据采集处理自动化、检测结果直接打印等功能的现代化综合性能检测技术与设备[2]。

国外的测功机目前主要是德国和美国的产品，无论是在部件、工艺还是控制技术等方面都领先于国内，而且技术成熟。

但是他们的产品几乎都不能满足中国国情，特别是国标GB18565有关工况法、滑行性能、燃油经济性的要求，他们一般都只有单纯的功率测试功能，而且一般只能单机检测，不能进行联网。

1.3本文的主要研究内容

汽车底盘测功机主要由道路模拟系统、数据采集与控制系统、安全保障系统及引导系统等构成。

模拟系统由功率吸收器、变速箱、滚筒、速度传感器、举升器、力传感器、制动器以及离合器和飞轮经过设计组合而构成。

汽车在道路上运行过程中存在着运动惯性、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惯量，采用电磁离合器自动或手动切换飞轮的组合，在允许的误差范围内满足汽车惯量模拟。

至于汽车在运行中所受的空气阻力、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。

路面模拟是通过滚筒来实现的，即以滚筒表面取代路面，滚筒的表面相对于汽车做旋转运动。

通过对底盘测功机的组成及工作原理的学习和分析，结合课题设计任务书的要求，本文将重点研究下述内容：

1、大型滚筒底盘测功机的机械结构设计。

包括滚筒尺寸结构的设计，主要进行滚筒直径、滚筒长度、两滚筒之间的中心距的确定以及滚筒转轴之间的配合固定；功率吸收装置测功器的选型；辅助装置的设计以及选型，主要进行传感器的选型、举升制动装置和汽车导向及非驱动轮固定装置的设计；惯性模拟装置，主要进行离合器、皮带轮以及飞轮之间的连接配合等。

2、大型滚筒底盘测功机控制系统的设计。

包括系统硬件组成总体框图，主要进行开关量输入输出（I/O）卡、模入模出（A/D，D/A）接口板的选型，以及所需各引脚与传感器和所驱动部件的连接；电涡流式加载装置控制系统等的设计。

3、软件部分的初步设计。

包括各个模块的流程控制，总体流程图的设计。

1.4本章小结

综上所述，大型转鼓底盘测功机的设计有其自身的特点和要求，既要满足汽车检测性能的一般要求，同时又要获得好的精度。

这就要求汽车和专用工作装置合理匹配，构成一个协调整体，使汽车检测的误差大大减小。

第2章汽车底盘测功机的结构和工作原理

底盘测功机是一种不解体检验汽车性能的检测设备，它是通过在室内台架上汽车模拟道路行驶工况的方法来检测汽车的动力性，而且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。

由于汽车底盘测功机在试验时能通过控制试验条件，使周围环境影响减至最小，同时通过功率吸收加载装置来模拟道路行驶阻力，控制行驶状况，故能进行符合实际的复杂循环试验，因而得到广泛应用。

汽车底盘测功机按照滚筒结构分为两类，一种为单转鼓式底盘测功机，如图2-1所示。

一种为双转鼓式底盘测功机，如图2-2所示。

图2-1单转鼓式底盘测功机

图2-2双转鼓式底盘测功机

2.1汽车底盘测功机的基本结构

  汽车底盘测功机主要由道路模拟系统、数据采集与控制系统、安全保障系统及引导系统等构成。

普通型道路模拟系统双滚筒结构式的如图2－3所示，单滚筒结构式的如图2－4所示。

图2-3双转鼓式汽车底盘测功机机械结构示意图

1-框架；2-测力杠杆；3-压力传感器；4-副滚筒；5-轴承座；6-速度传感器；7-举升装置；8-传动带轮；9-飞轮；10-电刷；11-电磁离合器；

12-联轴器；13-主滚筒；14-齿轮箱；15-电涡流测功机；16-冷却水进口。

图2-4单滚筒汽车底盘测功机机械结构示意图

1-压力传感器；2-杠杆；3-变速箱；4-滚筒；5-速度传感器；

6-滚筒；7-离合器；8-冷却水入口；9-电涡流测功机；

10-轴承座；11-联轴器；12-皮带轮；13-飞轮

2.2汽车底盘测功机的分类

汽车底盘测功机的标准配置一般由框架、举升装置、滚筒及测速传感器、电涡流机及测力传感器、电气控制系统组成。

根据不同的使用要求可选择配置反拖装置、油耗计、排气分析仪、惯性飞轮组等。

1、汽车底盘测功机按照支撑轮胎的数量分为两类：

单滚筒底盘测功机，其滚筒直径大（1000～2000mm），制造和安装费用高，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，其滚筒直径小（180～500mm），设备成本低，使用方便，一般用于汽车维修行业及汽车检测站。

2、按照承载轴荷质量可分为小型（m≤3t）、中型（3t＜m≤6t）、大型（6t＜m≤10t）、特大型（m＞10t）。

3、按照功率吸收装置的冷却方式分为水冷式、风冷式、油冷式。

目前国内生产的底盘测功机主要以风冷式电涡流功率吸收装置（电涡流机）为主。

4、按照使用要求分为汽车动力性测功机、排放测功机等。

按中华人民共和国国家计量检定规程JJG865－1994《汽车底盘测功机》中定义为:

“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）和转速的专用计量设备。

底盘测功机主要部分分为滚筒机构、动力吸收装置、控制与测量系统和辅助装置。

”目前，其主要用于两个方面:

1）测量汽车底盘输出最大功率测量或某一速度下底盘最大输出功率，简称性能底盘测功机；2）汽车尾气排放简易工况法环保检测中用以模拟汽车道路行驶阻力，简称环保底盘测功机。

2.3汽车底盘测功机的工作原理

汽车在道路上运行过程中存在着运动惯性、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，在该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，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。

在系留装置及车偃等安全措施保障下，通过控制系统可对加载装置及惯性模拟系统进行自动或手动控制，以实现对车辆的动力性如加速性能、汽车底盘输出功率、底盘输出最大驱动力、滑行性能、车速表校验、里程表校验等项目的检测。

2.4汽车底盘测功机的应用

2.4.1动力性检测

汽车的动力性是指在汽车运行的最大加速能力，最大车速和最大爬坡能力，是汽车最基本的使用性能。

汽车的运输效率的高低在很大程度上取决于汽车的动力性。

底盘测功机不仅可以检测汽车驱动轮输出功率，还可以通过对比试验，检测汽车的最高车速、加速时间和最大爬坡能力等其他动力性指标，全面客观评价汽车的动力性。

2.4.2燃料经济性检测

汽车的燃料经济性是汽车的重要性能之一。

汽车底盘测功机能反映汽车的行驶阻力与加速时的惯性阻力，以模拟道路上的行驶工况。

与其他方法相比，用底盘测功机检测燃料消耗量的优点是：

（1）操作方法简单易行，适应大规模生产的需要；

（2）由于在室内进行测试，不用专用试车道路，不受外界气候条件的限制；（3）由于能控制试验条件，周围环境影响的修正系数可以减到最小；（4）若能控制室温，则可在不同气温条件下进行试验；（5）室内便于控制行驶状况，故能采用符合实际的复杂循环；（6）受人为操作产生的误差小，测量结果的重复性好；（7）能采用多种测量油耗的方法，如重复法、体积法等。

2.4.3整车检测

底盘测功机在整车检测中可以检测汽车车速表和滑行性能。

汽车的滑行性能是车辆的使用性能之一，它的好坏关系到车辆运行燃料消耗的多少。

若滑行性能好，加上驾驶员的合理驾驶，可以节省大量的燃料；滑行性能的好坏也能反应出对车辆传动系，行驶系等的装配、调整、润滑油的使用等状况，也就是车辆的维修保养情况亦可以从滑行性能中反应出来。

所以应检测车辆的滑行性能，特别是经过维修保养后的车辆更需要检测这方面的情况。

正确的选定底盘测功机的相应当量惯量，模拟出更接近车辆实际在道路上运行情况，在台架上测取车辆在规定初速度下的滑行距离。

根据滑行距离对滑行性能做出正确的分析评价。

2.4.4排放污染物检测

GB19565-20069在对装配点燃式发动机的车辆（指汽油车，包括天然气车和液化石油汽车）排气污染物控制中规定：

按GB20032通过型式认证的轻型汽车，应进行双怠速试验或加速模拟工况（AMS）试验。

该试验最大特点是通过汽车底盘测功机对车辆加载，使车辆在有负荷的工况下运行，可全面反映出车辆尾气排放的主要污染物—一氧化碳（CO）碳氢化合物（HC）以及氮氧化物（NOx）的排放状况。

加速模拟工况试验涉及到三类主要设备，即汽车底盘测功机，测量仪器及自动检测控制系统和显示。

加速模拟工况（AMS）试验是利用底盘测功机的吸收装置和惯量模拟系统给汽车加载，在底盘测功机上的试验运转循环是ASM5025和ASM2540两个工况，测得汽车污染物的排放量，测得的结果更接近汽车在实际运行时的污染物排放量[8]。

总之，汽车生产工艺的提高对车辆检测标准、设备、技术提出了更高要求。

底盘测功机的使用，可有效提高检测水平，在汽车综合性能检测中起着关键性作用，因此已成为不可或缺的检测设备。

2.5本章小结

本章主要对汽车底盘测功机的结构和工作原理以及在应用方面做了详细的阐述，对本课题即大型转鼓底盘测功机的下一步的总体设计有了一个系统的准备，为以后的工作能够更好的实现奠定了基础。

第3章测功机机械部分的设计

3.1道路模拟系统设计

3.1.1滚筒装置

滚筒装置是测功机的基本组件，其结构和性能的好坏，将直接影响测功机的测试精度。

滚筒一般采用钢制空心结构。

滚筒直径、表面状况是影响测功机性能的主要结构参数。

图3-1滚筒轴简图

1-滚筒；2-堵头；3-法兰；4-轴头

（l）滚筒基本尺寸  

双转鼓底盘测功机所采用的路面模拟系统的滚筒一般是直径为

180-400mm的钢滚筒，按其结构形式可分为两滚筒和四滚筒两种。

双转鼓底盘测功机其支承轴承较多，在检测过程中，台架的机械损失较大；其测试精度不高。

而单转鼓底盘测功机支撑轴承少，其机械损失小，测试精度高，性能稳定。

本课题所设计的是单转鼓底