基于電渦流測功機的負荷車結構設計

摘 要：為了對車輛的動力性能、牽引性能以及地面通過性能等性能進行研究與評價，該文進行了基于電渦流測功機的負荷拖車的結構設計。通過實車應用和試驗測試表明該結構設計滿足需求，對于地面車輛的研制、開發及性能評價有極其重要的作用。

關鍵詞：負荷車 電渦流測功機 結構設計

中圖分類號：TK421.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（c）-00-02

負荷車作為研究汽車、特種車輛、軍用車輛等地面車輛動力性能的重要道路試驗設備[1-2]，是開展車輛牽引性能研究和試驗的必要方式，對地面車輛的研制、開發以及性能評價有著極其重要的作用。目前，根據有差別的測試要求，來研制各種不同類型、不同負荷等級負荷車的研究單位和生產部門，世界少有。

1 負荷車簡述

負荷車（Mobile Dynamometer Vehicle）亦稱測功車，是一種車輛道路試驗設備，它主要由三部分組成：動力吸收裝置（又稱為測功機）、加載控制系統、試驗參數測量及數據采集分析處理系統。試驗時，負荷試驗系統由測試車與被試驗車輛組成，由被試驗車輛牽引前進，通過對被試驗車輛實施精細調節且穩定的任意負荷，來測量車輛行駛過程中各種負荷的參數值，例如：牽引力。主要目的是在平坦路面上模擬被試車輛的各種行駛負荷，被廣泛應用于測試被試驗車輛的行駛阻力特性、牽引力特性、燃油經濟性、以及各總成的熱負荷等汽車相關動力性能；也可用于在水平道路上模擬爬坡試驗、模擬在非水平道路的耐久性行駛試驗；還可在水平道路上模擬特定山路耐久性行駛試驗[3]。

2 基于電渦流測功機的負荷拖車結構設計

2.1 電渦流測功機的基本結構及工作原理

電渦流測功機結構剖面圖如圖1所示。其由感應盤、電樞和勵磁線圈、測力裝置和矯正裝置組成。

給與轉子同軸裝配的勵磁線圈通以直流電時，會產生磁通，其經過點數提、渦流環、氣隙和轉子形成一個閉合回路。由于轉子外援面特有的均勻齒槽，故在氣隙和電樞體或渦流環內表面上任意一點的磁場產生交變變化，從而感應出“渦流”。由于“渦流”和磁場的耦合作用，轉子上產生相應的制動力矩，而在電樞體上則產生與拖動力矩相同的力矩，并經過裝在電樞體上的力傳感器而檢測出來。動力機輸出的功率被轉化成電樞體或渦流環上“渦流”產生的等值發熱量，則熱量持續不斷的進入電樞體內表面或渦流環冷卻水槽中的冷卻水帶走。

1.感應盤；2.主軸；3.聯軸器；4.勵磁線圈；5.冷卻器；6.氣隙；7.出水管道；8.油杯；9.測速齒輪；10.軸承座；11.進水管道；12.支撐環；13.外環；14.管道。

2.2 基于電渦流測功機的負荷拖車機構設計

所設計的基于電渦流測功機的負荷車系統主要由以下幾大系統組成[4]：牽引裝置、底盤車、發電機、車廂、加載傳動系統、散熱系統、液壓絞盤系統、測功機、儀器控制柜、測控系統及其他輔助系統組成，負荷車組成圖如圖2所示。

1）底盤車

底盤車作為整套設備的載體，是最重要的承載設備。其用途是將被試車的輸出功率有效地傳送至測功機，并通過車輪輸出制動力。選用全輪驅動汽車底盤，從而增大底盤車的附著總重量，進而使負荷車最大制動能力達最大。除此之外，選擇底盤車時還要充分考慮到底盤車應具有服役年限和一定的代表性，并且有較好的測試工作環境，并兼重、中、輕型汽車牽引性能的測試要求。

經過反復論證，選用某型特種越野汽車作為底盤車最為合適。

2）加載傳動系統

加載傳動系統由取力器、傳動軸和傳動變速箱等傳動部件組成，其工作流程框圖如圖3所示。

在底盤分動器上進行全功率取力并傳遞給電渦流測功機，根據電渦流測功機的轉矩轉速特性進行合理匹配，使負荷車的負荷特性符合測試的要求。加載傳動系統的布置主要考慮空間的布置以及力的傳動性，文章的設計傳動功率為200 kW，最大傳動轉矩為12000 N·m。

3）吸功系統

作為負荷車的核心系統的吸功系統，主要是電渦流測功機。測功機通過傳動軸與加載傳動系統相連；使用加載控制系統實現對被試牽引車的精確控制和無級調節的不同負荷加載。控制系統通過改變勵磁電流的大小，測量電渦流測功機對被試車施加負荷大小。電渦流測功機在試驗過程中將被試車的功率轉化成等值發熱量，由冷卻水帶走。

4）控制系統

負荷車制動力大小的調節是通過負荷控制系統來實現的，是保證負荷車系統穩定工作的重要環節。該測試系統與控制系統用一套傳感器系統，實現系統測量和負荷車的加載控制功能。性能的好與壞，是評價一輛車的最好標簽，加載控制系統是用以控制測功機加載性能尤為重要的系統，其主要功能是可單獨或在上位機的指令下對測功機實施高精度控制，具有恒牽引力（恒負荷）、恒車速的控制模式，實現實驗的要求。

5）測量系統

負荷車測量系統由五部分組成：傳感器、信號隔離、放大、采集及分析處理。其主要作用是采集試驗數據、監測參數，經過后臺分析處理后實施顯示在顯示屏上；試驗數據存儲于主控計算機，方便后期的研究和生成報表；提供閉環控制反饋信號，并傳送給測功機控制儀，完成對負荷車的閉環控制；提供優良的人機界面，并將一些復雜的操作轉化到計算機屏幕上，方便快捷并共同完成操作。

2.3 實驗驗證

根據設計的結構模塊，搭建了實車系統，并進行了實驗，實驗主要設備見表1。

以某型特種越野汽車為牽引車。試驗時，牽引車分動器掛低檔，變速器掛C檔，全車各差速鎖為非鎖止狀態。負荷車分動器分別掛低檔、高檔試驗時，觀察測功機加載電流最大值。試驗采用手動開環加載方式，在車輛熄火或車輪打滑時終止試驗。

圖4為試驗時負荷車加載過程中的部分輪胎印痕。可以看出來負荷車加載印痕分布均勻，表明負荷車在低速和較大制動力時具有穩定的加載性能。由于被試車3橋驅動輪出現滑轉而終止試驗，故最大制動能力僅為130.6 kN。

2.4 實驗結果

最終，負荷車制動力特性試驗曲線如圖5所示。

3 結語

文章對基于電渦流測功機的負荷車進行了結構設計，經過實驗驗證表明，所設計的結構滿足試驗性能要求，對地面車輛的研制、開發及性能評價有一定的指導作用。

參考文獻

[1] GB/T 12537-1990 汽車牽引性能試驗方法[S].

[2] QC/T 900-1997 汽車整車產品質量檢驗評定方法[S].

[3] V.Wasynczuk，L.G.Landes.Mobile dynamometer and absorption trailer for military vehicles[J].SAE Technical Paper Series，871600.

[4] 軍用汽車試驗負荷拖車研制總結[R].軍事交通學院，2006.11.