汽车底盘测功机与第五轮仪
2.2.2 汽车底盘测功机的构造
2.2.2.1 道路模拟系统
（一）滚筒
（1）滚筒直径：汽车底盘测功机所采用的路面模拟系统的滚筒一般是直径为φ180～400mm的钢滚筒，按其结构性是可分为两滚筒和四滚筒。所谓两滚筒路面模拟系统由两根长滚筒组成，其特点是支承轴承，台架的机械损失少；所谓四滚筒路面模拟系统由四根短滚筒组成，它较两滚筒多了四个支承轴承和一个联轴器，在检测过程中，其损失较大。
（2）滚筒的表面状况：滚筒的表面状况是指滚筒表面的加工方法和清洁程度（水、油和橡胶粉末的污染等）。
汽车在干燥滚筒上的驱动过程是一个摩擦过程，总摩擦力有若干分力组成，如：
F总＝F附着+F阻滞
式中：F附着—接触面间的附着力；
F阻滞—轮胎在滚筒上滚动变形时，由于伸张作用能量的差别而消耗的能量，进而转化为阻止车轮滚动的作用力；
该两项分力取决于轮胎材料、结构和温度。
附着系数随速度增加而下降的原因较为复杂，一方面时由于滚筒圆周速度提高，橡胶块与滚筒之间的嵌合程度越来越差，在未达到平衡状态之前便产生了华东和振动；另一方面随着速度的提高，接触面的温度上升加快，很快在滚筒表面形成了一层橡胶膜，降低了附着系数。
（3）安置角：所谓汽车车轮在滚筒上的安置角是指车轮与滚筒接触点的 切线方向与水平方向的夹角，如图2-2车轮在滚筒上的受力分析。
图2-2 制动台车轮受力示意图 |
安置角对滚动阻力的影响，根据图车轮在滚筒上匀速旋转时的受力分析，由力偶平衡定理：
其中滚动阻力矩：
所以车轮的滚动阻力为：
式中： —车轮的滚动阻力；
f—滚动阻力系数；
故:
由上式可见，台架的滚动阻力系数随着安置角增大而增大。
试验过程对安置角的要求如下：
a.车轮带动装有惯性飞轮的滚筒以最大加速度加速时，不得驶出滚筒，以确定最小安置角；
b.当台架滚筒制动后，保证车辆仍可驶出滚筒，以确定最大安置角。
由于安置角与滚筒直径、中心距以及轮胎尺寸有关，所以不同吨位级的汽车底盘测功机适应不同范围的轮胎尺寸。
（二）功率吸收装置（加载装置）
（1）底盘测功机功率吸收装置类型 在汽车检测线所用的底盘测功机功率吸收装置的类型有：电涡流式、水力式和电力式。
水力式功率吸收装置的可控性较电涡流式差，电力测功机的成本比较高，故一般采用电涡流式功率吸收装置。
（2）电涡流式功率吸收装置的基本结构分为水冷式和风冷式两种。
①水冷式电涡流功率吸收装置的基本结构如图2-3：
1- 励磁体 2-涡流环 3-端盖 4-轴承 5-测速传感器 6-联轴器 7-主轴 8-滚动轴承 9-进水软管 10-进水口 11-排水口 12-线圈 13-轴承架 14-油面指示器 15-油杯 16-出水管 17-感应子 18-励磁绕组 图2-3 水冷式电涡流功率吸收装置 |
其主要由转子（包括带齿状凹凸的感应子17、轴7）和定子（包括作为磁轭的铁芯1、涡流环2、励磁绕组18、端盖3）组成。
其特点是：
a.结构复杂、安装不便；
b.较风冷式测量精度高；
c.冷却效率高，适合持续运行工况使用；
d.冷却水温度一般不超过60℃，以防结垢、冷却水PH值按说明书规定执行。
风冷式电涡流功率吸收装置的基本结构如2-4图：
图2-4 风冷式电涡流功率吸收装置 |
其主要由转子、定子、励磁线圈、支承轴承、冷却风扇叶片、力传感器等组成，其特点是：
a.结构简单，安装方便；
b.冷却效率低，不宜长时间运行，一般在高转速、大负荷下工作时间不宜超过x分钟；
c.冷却风扇在工作时消耗一定的功率，故应将此消耗的功率计入汽车底盘输出功率。
电涡流式功率吸收装置的工作原理如2-5图：
图2-5 电涡流式功率吸收装置 |
当励磁线圈通以直流电时，在转子与铁芯间隙就有磁力线通过，此间隙的磁通分布在转子齿顶处的磁通密度最大，而通过齿槽处的磁通密度最小。当转子以转速n旋转时，则在A处的磁通就减少。由磁感应定理可知，此时在定子的涡流环内产生感生电动势，试图阻止磁通的减小，于是就有电涡流产生，电涡流方向用右手定则判断，如图⊙所示。同理，B处产生的电涡流如图中所示。
由图可见在齿顶处的电涡流方向为，因此用右手定则判定，此时定子受力，其方向如图所示。而在齿槽处由于磁通很小，所以受力也很小。因此总的受力F之方向如图所示，此力便与定子处外壳相连接的力臂引入称量机构便可进行力矩测量。
当测功机转子以转速n（r/min）转动，且给励磁线圈加一定的电流时，可摆动的定子外壳就产生一定的阻力矩T（NM），便得到吸收功率阻力矩P，
（三）惯性模拟装置
汽车在道路上行驶时汽车本身具有一定的惯性能，即汽车的动能；而汽车在底盘测功机上运行时车身静止不动，是车轮带动滚筒旋转，在汽车减速工况时，由于系统的惯量比较小，汽车很快停止运行，所以检测汽车的减速工况和加速工况时，汽车底盘测功机必须配备惯性模拟系统如图2-6所示。 | ||
图2-6 惯性模拟系统 | ||
汽车在道路上平移动能：
底盘测功机运行时旋转元件具有动能：
式中：m—汽车的质量；
v—汽车在道路上行驶的车速；
J—汽车底盘测功机台架旋转元件的转动惯量；
—汽车底盘测功机台架旋转元件的角速度。
在忽略汽车非驱动轮的旋转惯量的前提下，汽车底盘测功机台架为了模拟道路满足的条件为：
又因：
式中R—滚筒半径
可得：
汽车底盘测功机台架转动惯量是通过飞轮来实现的，目前由于对汽车台架的惯量没有制定相应的标准，因而国产底盘测功机所装配的惯性飞轮的个数不同，且飞轮惯量的大小也不同，飞轮的个数越多，则检测精度愈高。
下面简单介绍一种带有反拖装置的底盘测功机。
所谓反拖系统是采用反拖电机带动功率吸收装置、滚筒及车轮以及汽车传动系的一种装置，如图2-7所示，其基本结构由反拖电机、滚筒、车轮、扭矩仪（或电机悬浮测力装置）等组成。
1-变频电机 2-扭矩议 3-滚筒 4-轮胎 图2-7 带有反拖装置的底盘测功机 |
其特点是：
（1）可以方便检测汽车底盘测功机台架的机械损失；
（2）可以检测汽车传动系、主减速器、车轮与滚筒以及台架机械系统的阻力损失，但值得注意的是在检测过程中，主减速器、车轮与滚筒的正向拖动与反向拖动阻力与差异，目前尚未得到广泛应用。
2.2.2.2 底盘测功机采集与控制系统
（一）车速信号采集
目前国内检测线用的汽车底盘测功机所采用的车速信号传感器可以分为以下几个类型。
（1）光电式车速信号传感器：图2-8为直射式光电车速传感器的工作示意图，它由光源、带孔圆盘（光栅）和光敏管组成。汽车车轮在光滚筒上滚动时，带动光栅以一定的转速旋转，光源连续发光，当光束通过光栅上的小孔时，光束照到光敏管上，使它产生相应的电脉冲信号。此信号送入计数器即可得到被测轴的转速。车速信号有两种，其一是单位时间计数（频
率），其二是测脉宽（周期），两者菌可得到滚筒的转速信号，根据滚筒的半径及光栅盘上小孔的个数可得到车速信号。
（2）磁电式车速传感器：图2-9为磁电式传感器工作示意图。它由旋转齿轮和永久磁铁及感应线圈等组成。汽车车轮在光滚筒上滚动时，带动齿轮以一定速度旋转，当磁电传感器对准齿顶时，磁电传感器感生电动势增强，同理，当磁电传感器对准齿槽时，磁电传感器感生电动势减弱，由于磁阻的变化，磁电传感器输出的电压信号为交变信号。因信号较弱（一般在3mV左右），所以必须经过信号放大整形电路，将交变信号变为脉冲信号，送入CPU高速输入口（HSI），以获取车速信号。
1- 光仪 2-圆盘 3-光敏管 图2-8直射式光电车速传感器工作示意图 | 1- 销子 2-绕组3-永久磁铁 4-脉冲电压变换器 图2-9 磁电式车速传感器工作示意图 |
（3）霍尔传感器：图2-10为霍尔车速传感器工作示意图。汽车在滚筒上滚动时，带动转盘旋转，当霍尔传感器（霍尔元件）对准永久磁铁时，磁场强度增强，产生霍尔效应，输出电压可达10mV，当霍尔传感器远离磁场时，输出电压降至0V，这样可得到脉冲信号，送入CPU高速输入口（HSI汽车测速器），通过检测脉冲频率或周期，变可得到车速信号。
1- 充电齿轮 2-霍尔传感器 3-滚筒 4-功率吸收装置 图2-10 霍尔车速传感器工作示意图 |
（4）测速电机：图2-11为测速电机工作示意图，汽车车轮在滚筒上滚动时，带动测速电机旋转，测速电机产生的电压正比于滚筒转速，通过A/D采集可得到车速信号。
1-滚筒 2-测速电机图 2-11 车速电机工作示意图 |
（二）驱动力信号
汽车底盘测功机驱动力传感器可分为两种，其一是拉压传感器，安装入如图2-12a所示；其二是位移传感器，其安装图如图2-12b所示；它们一边连接功率吸收装置的外壳，另一边连接机体。
（a）拉压传感器安装图 | （b）位移传感器安装图 |
图2-12 驱动力传感器安装示意图 | |
功率吸收装置在工作过程中，无论是水力式、电涡流式，还是电力式功率吸收装置，其外壳都是浮动的。以电涡流式为例，当线圈通过一定的电流时，就产生一定的涡流强度。对转子
来说，电磁感应产生的力偶的作用方向与其转动的方向相反。当传动器固定后，外壳上的力臂对传感器就有一定的拉力或压力（与安装的位置有关），拉压传感器在工作时，传感器受力产生应变，通过应变放大器可得到一定的输出电压，这样将力信号转变成电信号来处理，通过标定，可以得到传感器的受力数值。
（三）汽车底盘测功机控制系统
（1）点涡流式加载装置可控性好、结构简单、质量轻、便于安装，在底盘测功机中得到广泛的应用。
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