基于CAN總線的摩托車底盤測功機的設(shè)計.pdf

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文基于旭陽申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：動力機械及工程指導(dǎo)教師：吳鋒20040201浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要利用摩托車底盤測功機可以在室內(nèi)模擬摩托車道路行駛阻力，定性和定量地進行摩托車整車性能的臺架試驗。本文設(shè)計了_種基于個硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計是基于利于整個系統(tǒng)的擴展和系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化。硬件系統(tǒng)有三個括數(shù)據(jù)采集節(jié)點，系統(tǒng)控制節(jié)點和通訊節(jié)點。數(shù)據(jù)采集節(jié)點負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)控制節(jié)點是系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)整個測試過程的控制。通訊節(jié)點是采用上下位機之間的數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換。整個系統(tǒng)分工明確，有利于模塊化編程。該測功機主要是針對十五工況法測摩托車排放污染而設(shè)計的，摩托車工況法測試排放污染物及整車底盤動力性能測試都需要進行摩托車道路行駛阻力的測定及底盤測功機上摩托車行駛阻力的設(shè)定。利用慣性滑行法測定和計算摩托車道路行駛阻力，可以保證底盤測功機能夠較準(zhǔn)確地模擬摩托車實際道路行駛阻力。關(guān)鍵詞：摩托車；底盤測功機；況法灝江大學(xué)磷士學(xué)霞論文of of be by he of is on is in he is he is of AN he is in he is is he is of C of SB is he is in of be to of on by of by R aD,on 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章綜述11選題的意義摩托車底盤測功機是一種室內(nèi)試驗設(shè)備，用于模擬摩托車在實際行駛時的阻力，測定摩托車的使用性能以及檢測摩托車的技術(shù)狀況，診斷摩托車的故障。摩托車底盤測功機既可用于摩托車科學(xué)實驗，也可用于摩托車的維修生產(chǎn)。為了保護環(huán)境和控制機動車尾氣對大氣的污染，2002年我國頒布了車用點燃式發(fā)動機及裝用點燃式發(fā)動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法(摩托車排氣污染物排放限值及測量方法(工況法)(輕便摩托車排氣污染物排放限值及測量方法(工況法)(摩托車和輕便摩托車排氣污染物限值及測量方法(怠速法)(46212002)等標(biāo)準(zhǔn)。并于2003年1月1日起執(zhí)行。這幾項標(biāo)準(zhǔn)的強制實行都需要底盤測功機作為檢測工具。同時從今年開始我國摩托車行業(yè)即將進行行業(yè)準(zhǔn)入制度，獲得生產(chǎn)資格的企業(yè)都必須裝備摩托車底盤測功機。目前，我國摩托車行業(yè)底盤測功機大部分為進13，每臺設(shè)備投資幾十萬美元，并且難以全面貫徹執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)摩托車底盤測功機的研究還處于成長階段。為了全面貫徹新國標(biāo)，提高我國摩托車行業(yè)的競爭力，新型的底盤測功機的研制是很必要的。用于摩托車檢測維修作業(yè)的底盤測功機，一般都不只是簡單的檢測摩托車的輸出功率，而且還要具有滿足檢測維修作業(yè)需要的其它功能，主要有：(1)測量摩托車驅(qū)動輪輸出功率。(2)檢驗?zāi)ν熊嚮行阅堋?3)檢驗?zāi)ν熊嚰铀傩阅堋?4)檢驗車速表。(5)配備油耗儀和排放儀的底盤測功機可以在室內(nèi)模擬道路行駛，測量摩托車的等速油耗和排放。測定摩托車驅(qū)動輪輸出功率是底盤測功機最基本的功能。而模擬運行工況衍生檢測摩托車排放污染物等功能，一般通用的底盤測功機均不具備，只有高檔的專用底盤測功機才具有這樣的功能。本課題“基于是針對目前中國摩托車企浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文業(yè)的需求現(xiàn)狀所提出來的，由于國家對摩托車生產(chǎn)的要求越來越嚴(yán)格，摩托車企業(yè)配備底盤測功機也是形勢所需。該測功機主要是針對十五工況法測摩托車污染排放而設(shè)計的，能準(zhǔn)確進行道路阻力的模擬，從而達到工況法測排放的目的。12研究現(xiàn)狀司汽車底盤測功機在我國已經(jīng)有一些企業(yè)生產(chǎn)了一系列的產(chǎn)品，但是對于摩托車底盤測功機的研究卻還不是很多。而國外也已經(jīng)有比較成熟的產(chǎn)品，但是這些產(chǎn)品在我國的實際使用過程當(dāng)中都存在著一些問題，因此國內(nèi)的研究現(xiàn)在主要集中在控制系統(tǒng)這一部分，因為機械部分都是非常類似的。與傳統(tǒng)的道路試驗相比，在室內(nèi)模擬路試工況用底盤測功機完成有關(guān)的汽車、摩托車性能試驗具有節(jié)省時間、降低費用、測量重復(fù)性好、精度高、數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可比性好等優(yōu)點，目前，底盤測功機已經(jīng)在工業(yè)發(fā)達國家汽車制造業(yè)、汽車維修業(yè)、環(huán)保排放檢測，乃至汽車更新報廢判定等工作中，獲得了廣泛的應(yīng)用。以美國為例，2000年僅用于環(huán)保汽車排放檢測工作中的底盤測功機高達6000臺以上，而美國野馬公司宣稱，其測功機產(chǎn)量已達每周150臺。中國汽車維修企業(yè)總數(shù)約37萬戶，其中一類維修企業(yè)，按5計，約18萬戶。根據(jù)交通部關(guān)于汽車維修企業(yè)設(shè)備配囂的規(guī)定一類維修服務(wù)企業(yè)及綜合性能檢測站均必須配備底盤測功機。國外的汽車底盤測功機的研究和生產(chǎn)經(jīng)歷了機械式、模擬電子式、數(shù)字測控式和計算機控制式這幾個階段。德國申克公司生產(chǎn)的汽車底盤測功機，它自己帶有的一套控制模式能實現(xiàn)數(shù)字控制等模擬控制轉(zhuǎn)速、滑行等功能，但是對人員的素質(zhì)要求較高，試驗周期長，自動化程度低；它的試驗數(shù)據(jù)登陸部分，只對數(shù)據(jù)作低層次的處理；在打印機上不加選擇的輸出，需輔以大量的手工處理，才能得到所需要的試驗結(jié)果報告。國內(nèi)引進的大多是日本模擬電子式底盤測功機。1981年，天津公共汽車公司三廠和交通部腳踏科學(xué)研究院參考引進日本彌榮的制出汽車性能試驗臺。1991年，交通部公路研究所和成都汽車保修機械廠制成0束了我國不能生產(chǎn)底盤測功機的歷史。華中科技大學(xué)(原華中理工大學(xué))開發(fā)了一種基于種三軸六輪驅(qū)動直流電力底盤測功機(每軸帶2浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文有兩個直徑O8可實現(xiàn)單軸、雙軸或三軸驅(qū)動?；旧峡蓪Ω鞣N中小噸位的汽車進行道路模擬實驗。前轉(zhuǎn)鼓和后轉(zhuǎn)鼓分別由兩臺直流電機驅(qū)動，第三軸則根據(jù)需要，通過離合器由后軸電機驅(qū)動或分離。三根軸的間距可調(diào)。由于前后轉(zhuǎn)鼓是獨立驅(qū)動的，因此可以實現(xiàn)軸間有力差或軸間有速度差的汽車的道路模擬實驗，也可以實現(xiàn)一根軸驅(qū)動，而另一根軸隨動的伺服驅(qū)動方式?？刂品绞届`活，既可由轉(zhuǎn)鼓在某種恒定速度下反拖汽車行駛，實現(xiàn)傳動系統(tǒng)摩擦損失的測量研究，又可以對汽車在不同速度情況下的道路阻力進行模擬，施加給電機而完成汽車動力性及經(jīng)濟性的研究。清華大學(xué)自動化系丌發(fā)了一種多功能汽車底盤測功機，其控制微機采用高性能的工業(yè)控制計算機，通過對傳統(tǒng)控制系統(tǒng)和控制方法進行改進，采用經(jīng)驗控制和自適應(yīng)控制相結(jié)合的控制方案實現(xiàn)了不同工況不同負(fù)荷下動力性能的連續(xù)測量并且增加了排放的連續(xù)測量功能。南理工大學(xué)和廣東省南海市闖拓高科技有限公司聯(lián)合開發(fā)的產(chǎn)品。該底盤測功機的加速性能采用了電模擬方式，由測量系統(tǒng)對汽車加速過程中的車速、加速度實現(xiàn)實時檢測，并由計算機依據(jù)行駛阻力的理論公式控制電渦流測功機實時生成各種行駛阻力，實現(xiàn)模擬加載。電渦流測功器出定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，在定子四周裝有勵磁線圈，轉(zhuǎn)子作為電磁盤與試驗裝置的主動滾筒相連。當(dāng)勵磁線圈通過直流電流時，就產(chǎn)生了磁場，而在該磁場中主動的轉(zhuǎn)子盤上就產(chǎn)生了渦電流，又由于渦電流和定子的磁場之間相互作用，因而對轉(zhuǎn)子盤產(chǎn)生一個制動力矩。只要控制電渦流測功器勵磁線圈的電流大小，就可以改變對滾筒旌加的制動力矩，該力矩等于作用于驅(qū)動輪上的旋轉(zhuǎn)力矩。這就是電模擬的原理。西安交通大學(xué)的交流底盤測功機的控制系統(tǒng)由一臺下位工控機和一臺位工控機主要用作道路阻力設(shè)定器的功能，實時計算得到當(dāng)前應(yīng)該給定的阻力大小并送至變頻器。兩臺變頻器分別用于控制冷卻風(fēng)機和測功機。天津大學(xué)的型摩托車底盤測功機于1999年9月通過天津市科委主持的市級鑒定。其主要性能指標(biāo)優(yōu)于國標(biāo)1462293和行標(biāo)是比較老的標(biāo)準(zhǔn))的要求，設(shè)計水平和測量精度均達到國外同類產(chǎn)品水平，它的研制成浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文功填補了困內(nèi)摩托車底衙測功機的空白，屬國內(nèi)首創(chuàng)，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平?，F(xiàn)道路行駛阻力，模擬勻速、變速、爬坡各種狀況的道路阻力和慣性力作用；采用機械慣量和電慣量模補償相結(jié)合的方法，實現(xiàn)無級差地模擬受試車的慣性作用：采用配有能耗制動單元的變頻控制器，控制風(fēng)速，達到風(fēng)速跟蹤的要求。還有其他一些單位也丌發(fā)了一些同類的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品在實際的科研和生產(chǎn)中已經(jīng)發(fā)揮了作用。但這些產(chǎn)品功能的可擴充性不是很好，而且不能很好的適應(yīng)新的國家標(biāo)準(zhǔn)。13研究方案我國生產(chǎn)底盤測功機的歷史雖然已經(jīng)超過15年，但主要集中在汽車使用和維修用的底盤測功機，而現(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)有部分研究單位已經(jīng)在研究環(huán)保測量汽車摩托車排放專用底盤測功機。國內(nèi)生產(chǎn)的主機(機械部分)已接近并在某些主要指標(biāo)方面達到或超過進口設(shè)備水平，主要差距仍然在測控系統(tǒng)的硬件和軟件方面。因此我在參與這次課題開發(fā)的過程中將工作的重點放在測控系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計方面。根據(jù)排放和臺架試驗要求，底盤測功最主要的性能要求有三項：(1)在底盤測功機上再現(xiàn)車輛道路行駛阻力；(2)冷卸風(fēng)速跟蹤車速變化；(3)模擬變速工況中的實際慣性力。該測功機采用電渦流測功機在檢測設(shè)備和單片機的控制下再現(xiàn)道路行駛阻力，模擬勻速、變速、爬坡各種狀況的道路阻力和慣性力作用：采用機械慣量模擬受試車的慣性作用；采用變頻器控制風(fēng)速，達到風(fēng)速跟蹤的要求。同時在硬件的設(shè)計方面采用數(shù)控制以及傳輸總線，單片機的程序主要用樣有利于程序的移植和修改，同時應(yīng)用模塊化編程，使得程序的可讀性強，修改和維護方便。上位機與下位機的通訊采用而達到傳遞速度快、實時性好、連接力便的目的。托車底盤測功機對測量的參數(shù)實時性要求非常高，而且要求傳輸準(zhǔn)確，因浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文為這些參數(shù)也是底盤測功機的控制加載系統(tǒng)所必需的控制變量，因此將這些參數(shù)迅速測量出來并且準(zhǔn)確地送到單片機中進行處理就顯得非常重要。本文設(shè)計的基于得傳輸線路大大簡化，可靠性得到極大提高，有效的節(jié)約了線束安裝空間和系統(tǒng)成本，商且有利于摩托車底盤測功機朝著規(guī)范化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。14 線即控制器局部網(wǎng)絡(luò)，是一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，屬于現(xiàn)場總線的范疇。德國初主要用于汽車內(nèi)部檢測以及控制系統(tǒng)問的數(shù)據(jù)通信。采用了有較高的可靠性、實時性、靈活性。1)絡(luò)上任意一個節(jié)點均可以在任意時亥0向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活。(2)點對多點及全局廣播等方式傳送和接受數(shù)據(jù)，通信介質(zhì)采用雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活，通信距離最遠可達10kbs，通信速率最高達1Mbs40m。際可達110個。(3)兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡(luò)上傳信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響的繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，有效的避免了總線沖突。一幀為8個字節(jié)，傳輸時間短，受干擾概率低，每幀信息都有證了數(shù)據(jù)的出錯率極低。(4)有自動關(guān)閉輸出的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上其它的操作不受影響。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文此將時還具有良好的擴展性。這也是本課題的創(chuàng)新點。15本文的主要內(nèi)容第一章綜述簡單回顧了底盤測功機的發(fā)展歷史以及現(xiàn)狀，闡述了開展本課題的重要性、必要性以及本課題的目標(biāo)、任務(wù)、研究方案。第二章介紹了底盤測功機的整體設(shè)計。主要有滾筒機械部分的尺寸設(shè)計、電渦流測功機的選取、飛輪組的設(shè)計以及其它一些相關(guān)部件的選取。第三章主要分析了摩托車底盤測功機的動力學(xué)模型，從理論上對摩托車在底盤測功機上的運動和道路上的運動進行了分析，從而為底盤測功機的道路阻力模擬提供了理論基礎(chǔ)。第四章主要介紹了底盤測功機的控制系統(tǒng)的硬件部分的組成和設(shè)計，主要有三個五章主要介紹了底盤測功機控制系統(tǒng)的道路阻力模擬的軟件設(shè)計、控制策略以及上位機的軟件的設(shè)計。第六章主要是介紹了在底盤測功機對控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速測量以及恒轉(zhuǎn)速過程進行了驗證。第七章是結(jié)論，主要探討了測功機存在的不足以及如何對測功機進行擴展。并就進一步提高系統(tǒng)的性能提出了建議和思路。6浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章底盤測功機的總體設(shè)計21底盤測功機的基本原理17托車相對地面是靜止不動的，因此必須創(chuàng)造一個使摩托車能輸出所具有的動力的運動條件，即底盤測功機應(yīng)有一種活動地面，使摩托車能夠產(chǎn)生相對運動，同時還能制造摩托車行駛阻力，以平衡、吸收摩托車輸出的動力。這樣底盤測功機的基本構(gòu)成應(yīng)有：模擬路面的滾筒系統(tǒng)、模擬行駛阻力的加載系統(tǒng)、測定摩擦阻力的倒拖系統(tǒng)、模擬冷卻風(fēng)的風(fēng)速跟蹤系統(tǒng)和測量、控制系統(tǒng)。圖2一測時將待檢測摩托車驅(qū)動輪支承在滾筒上，驅(qū)動輪帶動滾筒轉(zhuǎn)動，滾筒就相當(dāng)于移動路面，使摩托車產(chǎn)生相對運動。與滾筒串接的電渦流測功機用于定子對轉(zhuǎn)子施加制動作用，進行加載，增加滾筒轉(zhuǎn)動的阻力。摩托車驅(qū)動輪為帶動滾筒轉(zhuǎn)動必須輸出相應(yīng)的動力以克服滾筒轉(zhuǎn)動的阻力(即摩托車行駛阻力)。這樣就可以根據(jù)檢測的需要調(diào)節(jié)、控制摩托車的行駛阻力。摩托車等速運轉(zhuǎn)時，驅(qū)動輪輸出的動力與滾筒系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動阻力平衡。摩托車加速、滑行時的慣性阻力通過與滾筒串接的飛輪組的轉(zhuǎn)動慣量來模擬。驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速從轉(zhuǎn)速傳感器測取。I 圖21摩托車底盤測功機示意圖測功機的定子對轉(zhuǎn)子進行加載的同時，也受到大小相等、方向相反的力矩作浙江人學(xué)碩士學(xué)位論文用，此反力矩使定子繞其軸擺并經(jīng)一定長度的桿臂傳給測力傳感器：測力裝置便將測定的力矩及車輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)速換算成驅(qū)動輪的輸出功率或驅(qū)動力?？刂葡到y(tǒng)按照檢測的需要，根據(jù)測力和測速傳感器反饋的信息，向測功機發(fā)出增減系統(tǒng)轉(zhuǎn)動阻力的指令(即增減摩托車行駛阻力)，以調(diào)節(jié)和控制摩托車驅(qū)動輪輸出的功率，進而實現(xiàn)運行工況的模擬。22底盤測功機的結(jié)構(gòu)設(shè)計底盤測功機的結(jié)構(gòu)與其功能密切相關(guān)，功能不同結(jié)構(gòu)就有差別，功能越齊全，結(jié)構(gòu)就越完備。該底盤測功機是電渦流式底盤測功機，功能較為齊全，其設(shè)計主要由以下幾個部分構(gòu)成。221滾筒裝置的設(shè)計滾筒裝置是測功機的基本組件，其結(jié)構(gòu)和性能的好壞，將直接影響測功機的測試精度。滾筒采用鋼制空，心結(jié)構(gòu)。滾筒直徑、表面狀況是影響測功機性能的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。滾筒直徑?jīng)Q定了車輪與滾筒的接觸狀況。直徑大時，滾筒曲率半徑大，車輪在滾筒上運轉(zhuǎn)接近在道路上行駛的狀況，滑轉(zhuǎn)率小，滾動阻力小，測試精度高；滾筒直徑小時，由于接觸比壓大，滑轉(zhuǎn)率大，滾動阻力大，在高速下會使傳遞功率損失7同時，車輪在小直徑滾筒上滾動時會增加輪胎的摩擦力，長時間的高速運轉(zhuǎn)會使輪胎表面測試升高到臨界值，導(dǎo)致輪胎早期損壞。因此，試驗車速達到20kmBT 181762002規(guī)定摩托車底盤測功機滾筒的直徑要大于或等于400時國標(biāo)要求測功機的基本當(dāng)量質(zhì)量是100就是要求電渦流測功機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量加上滾筒的當(dāng)量質(zhì)量為100渦流測功機的當(dāng)量質(zhì)量是126此按照這兩個參數(shù)的要求可以設(shè)計滾筒的尺寸為：外徑503徑480度為300筒表面型式采用滾花滾筒。222加載裝置選取用底盤測功機測試摩托車性能和檢測摩托車技術(shù)狀況，就必須能模擬摩托車在道路上行駛時所受到的各種阻力。摩托車行駛時內(nèi)部阻力是因為摩托車傳動系的損失而引起的，其值在道路上和測功機上都是一樣的。摩托車在道路上行駛時浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文的外部測功機上運轉(zhuǎn)只有驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，所引起的外部阻力比在道路上行駛時少，在測功機上不存在摩托車在道路上行駛時所受到的空氣阻力、爬坡阻力，以及從動輪的軸承摩擦、空氣阻力摩擦和滾動阻力。這些外部阻力需要通過測功機加載裝置模擬，以使摩托車受力狀況同在道路上行駛一樣。常用的測功機有電力測功機、水力測功機和磁粉測功機。這些測功機都是根據(jù)測功機作用力矩與鍘功機反作用力矩大小相等、方向相反的原理來測量的。1電力測功機電力測功機的工作原理和電機基本相同，其轉(zhuǎn)子和定子都是以磁通作為傳遞媒介進行工作的。轉(zhuǎn)子和定子之間的作用力和反作用力大小相等、方向相反，所以只要將其定子做成能繞其軸線自由擺動的結(jié)構(gòu)，便可測定其轉(zhuǎn)子的制動轉(zhuǎn)矩，即定子的反力矩。電力測功機有直流電力測功機、交流電力測功機和電渦流測功機三種型式。(1)直流電力測功機直流電力測功機與一般電機主要的不同之處是定子外殼被支承在一對軸承上，并可以繞軸線自動擺動。在定子外殼上固定個力臂，它與測力機構(gòu)連接，用以測定轉(zhuǎn)矩。被測動力機械的輸出軸與直流電力測功機的轉(zhuǎn)子連接在一起旋轉(zhuǎn)，此時電樞繞組切割定子繞組磁場的磁力線，在電樞繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，即產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)向相反的制動力矩，電機作發(fā)電機運行，以達到測功的目的。相反，當(dāng)電樞回路有電流通過時，在磁場中會受到電磁電力作用而產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)向相同的驅(qū)動力矩，這是電機作電動機運行，以達到反拖(測量動力機械的摩擦功)的目的。(2)交流電力測功機常用的三相交流發(fā)電機可作為最簡單的交流電力測功機。當(dāng)被測動力機械直接驅(qū)動三相交流發(fā)電機時，其測得的有效功率為：c=石志c。為測得的有效功率(kw)i為交流發(fā)電機的電壓(v)；)；玎為交流發(fā)電機的效率；于和直流電力測功機同樣的原因，交流電力測功機的定子外殼也應(yīng)當(dāng)做成可以繞轉(zhuǎn)軸擺動的平衡式結(jié)構(gòu)。交流電力測功機既可以按電動機運行，也可以按發(fā)電機運行。按發(fā)電機運行時，測功機發(fā)出的電能，可以消耗在負(fù)荷電阻上，在條件許可時，也可以輸回供電電網(wǎng)加以利用。(3)電渦流測功機電渦流測功機主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子周圍裝有激磁線圈，激磁線圈通直流電時，定子在鐵芯與轉(zhuǎn)子間隙處就有磁力線通過，轉(zhuǎn)子(與測功機主滾筒串接)轉(zhuǎn)動時形成波幅脈振的磁場，并在轉(zhuǎn)子或定子上產(chǎn)生感應(yīng)電勢，產(chǎn)生感應(yīng)電流(即電渦流)阻止磁場的脈振。該電渦流與它產(chǎn)生的磁場相互作用，使轉(zhuǎn)子受到一個負(fù)荷力矩，力矩的方向和滾筒旋轉(zhuǎn)的方向相反，成為制動力矩起到加載作用。調(diào)節(jié)激磁電流即可改變制動力矩的大小，從而形成被測動力機械的外部阻力。與此同時，定子也受到一個與制動力矩大小相等，方向相反的力矩。由于定子浮動裝于支承座上，受外力作用后定予便可轉(zhuǎn)動。通過測力裝置便可測定動力機械經(jīng)滾筒輸出的功率。被測動力機械輸出的功率被電渦流器吸收，轉(zhuǎn)換為電渦流，在渦流器的轉(zhuǎn)子或者定子中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌l(fā)。因此，為使轉(zhuǎn)子或定子處于正常的工作溫度，必須盡快將其熱量排出，迅速冷卻。常用水或冷氣作為介質(zhì)把電渦流轉(zhuǎn)化的熱量排出。據(jù)此電渦流測功機分成水冷式和風(fēng)冷式兩類。風(fēng)冷式電渦流測功機的原理圖如下所示。1定子2轉(zhuǎn)子3磁力線圈4拉壓傳感器幽圖22風(fēng)冷式電渦流測功機的基本結(jié)構(gòu)0浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文風(fēng)冷式電渦流功率吸收裝置主要由轉(zhuǎn)子、定子、勵磁線圈、支承軸承、冷卻傳感器等組成，其特點是： 結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便；冷卻效率低，功率吸收裝置不易長時間運行，其轉(zhuǎn)子的導(dǎo)磁率隨溫度的上升而下降；因而其最大吸收功率隨溫升而減小，所以一般風(fēng)冷式功率吸收裝置在高轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷下工作時間不宜超過5分鐘。由于冷卻風(fēng)扇在工作時消耗一定的功率，所以應(yīng)該將風(fēng)扇所消耗的功率計入摩托車驅(qū)動輪的輸出功率。2水力測功機水力測功機是以水作為工質(zhì)的一種液力測功裝置，其主體為水力制動器。制動器由轉(zhuǎn)子和外殼組成，外殼由滾動軸承支承，因而可以自由擺動。根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)不同，水力測功機可分為圓盤式、柱銷式、葉輪式和渦流式等四種形式。3磁粉測功機磁粉測功機是根據(jù)轉(zhuǎn)予和外殼內(nèi)腔之間填充的磁粉微粒處于磁化狀態(tài)后產(chǎn)生的反力矩來測功的。當(dāng)外殼上的勵磁線圈不通電時，磁粉呈自由狀態(tài)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，磁粉受離心力的作用而附在轉(zhuǎn)子與外殼內(nèi)腔之間的間隙邊緣，不傳遞轉(zhuǎn)矩。當(dāng)線圈通電時，磁粉處于磁化狀態(tài)，沿徑向排列互相吸引，在轉(zhuǎn)子和外殼內(nèi)腔之問形成磁粉鏈，而磁粉鏈中微粒間的引力則構(gòu)成了制動力矩。這種測功機體積小，轉(zhuǎn)矩大，在工作區(qū)域內(nèi)勵磁電流與轉(zhuǎn)矩近似里線性關(guān)系。當(dāng)勵磁電流不變時，具有等轉(zhuǎn)矩特性，響應(yīng)速度快，最大功率下可在任一工況點工作，故特別適合在大轉(zhuǎn)矩和中、低轉(zhuǎn)速工況應(yīng)用。由于高溫會引起磁粉燒結(jié)和磁勝退化，故需采取良好的冷卻措施，且不宜長期在高速狀態(tài)下使用。由于電渦流測功機所消耗的勵磁功率很小，只需要變動數(shù)安培的勵磁電流，就能有效的控制制動轉(zhuǎn)矩，這樣可以方便地完成自動化控制，有利于實現(xiàn)按預(yù)定程序運轉(zhuǎn)的自動測試，同時考慮到摩托車底盤測功機的轉(zhuǎn)矩比較小，以及現(xiàn)場安裝的方便，該底盤測功機采用風(fēng)冷式電渦流測功機，型號為西班牙續(xù)工作20大扭矩150Nm。其當(dāng)量慣量為126 223慣性模擬裝置的設(shè)計摩托車在道路上行駛時，摩托車本身具有一定的慣性，即摩托車的動能。摩浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文托車在底盤測功機滾筒上是相對靜止的，不具有平動動能。檢測時摩托車驅(qū)動輪帶動滾筒系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)，由于系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量小于摩托車的平動質(zhì)量，加速時不足以產(chǎn)生與摩托車在道路上行駛時的加速阻力，減速時，又不具有摩托車在道路行駛時的動能。為了模擬摩托車在非穩(wěn)定工況運行時的阻力，進行非穩(wěn)定工況的性能測試，如加速性能、減速性能等，該底盤測功機配胃了模擬摩托車慣量的裝置一機械式的轉(zhuǎn)動慣量裝置，即飛輪組。底盤測功機通過設(shè)置飛輪的轉(zhuǎn)動慣量即可調(diào)節(jié)、補償測功機滾筒等旋轉(zhuǎn)件慣量的動能，模擬摩托車在道路上非穩(wěn)定工況行駛的阻力。飛輪的轉(zhuǎn)動慣量是根據(jù)被測摩托車的行駛動能確定，摩托車在道路上行駛的動能為：巨=尋肌p，+厶b2+s(2中：m摩托車平動質(zhì)量(含駕駛員質(zhì)量75堙；m廠摩托車前、后輪轉(zhuǎn)動慣量，2；車輪角速度，s：P摩托車傳動系旋轉(zhuǎn)動能。摩托車以同車速：=丟彬+扣出；+圭咖，2+圭巾；+e (2一z)式中：，一飛輪轉(zhuǎn)動慣量，堙，滾筒角速度，1卜滾筒轉(zhuǎn)動慣量，堙測功機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量，堙，CO，1)式：底盤測功機為模擬摩托車道路行駛時的動能必須滿足的條件為：，0 2國，=m；浙江人學(xué)碩士學(xué)位論文，=l，?7形一，一L， (23)底盤測功機定型后，滾筒轉(zhuǎn)動慣量山和加載電渦流測功機的轉(zhuǎn)動慣量J：均為已知值，被測摩托車的質(zhì)量和車輪轉(zhuǎn)動慣量也為定值，故可以根據(jù)(2同時參照 18176照其當(dāng)量質(zhì)量的適用范圍，慣性模擬范圍可達到150去測功機的基本當(dāng)量質(zhì)量100際加載慣量達到50照國標(biāo)的分級要求，飛輪組采用0000簡化結(jié)構(gòu)，底盤測功機的飛輪均做成薄圓盤形?？砂聪率角蟮蔑w輪的結(jié)構(gòu)尺寸：b。P=m， (2中：，?廠一飛輪質(zhì)量，瞎；r，飛輪半徑，飛輪盤厚，m；p飛輪材料比重，kg上式可以求得各個飛輪的尺寸：度為1020度為510度為30度為20度為24測量裝置的確定測量裝置由測力裝置和測速裝置組成，它們是底盤測功機的基本組成件。應(yīng)陔工作可靠、精確，即測量誤差小，指標(biāo)讀數(shù)穩(wěn)定，并能迅速的適應(yīng)被測值的變化。測力裝胃用以測量測功機滾筒上的扭矩，經(jīng)變換后可得出作用在驅(qū)動輪上的驅(qū)動力。測力裝置的測力精確度(即通常所講的精度)主要取決于測力傳感器的精確度和測力系統(tǒng)的精確度。該底盤測功機采用電測式的測力裝置，所用測力式傳感器的非線性、不重復(fù)性以及滯后性均為滿量程時的002O03，其精確度很高。因此，測力裝置的誤差主要是由測力系統(tǒng)引起，其準(zhǔn)確度取決于測力裝浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文置的結(jié)果及工藝水平。測力裝置主要由電渦流機外殼、力臂、傳感器的信號采集、處理等器件組成。電渦流機外殼(定予)是藉軸承安裝在軸承座上，外殼由此可在軸承座上繞轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，外殼上裝有測力臂，測力傳感器便裝在臂端。該電渦流測功機采用的測力傳感器是拉壓力傳感器(圖2拉壓傳感器安裝圖電渦流測功機工作時，電渦流與其磁場的互相作用對轉(zhuǎn)子形成制動力矩(其作用方向與串接于滾筒上的轉(zhuǎn)予旋轉(zhuǎn)方向相反，受力狀況與摩托車在道路行駛相同)，與此同時，外殼(定子)也受到一個與向相反的力矩M，臂就對固定位的傳感器產(chǎn)生拉力或壓力。圖中動臂對位移傳感器彈簧產(chǎn)生壓力，使彈簧發(fā)生位移。根據(jù)虎克定律，在彈性范圍內(nèi)作用力與位移成正比，由此通過位移計即可得出作用于傳感器上的力值。當(dāng)拉壓力傳感器受到電渦流外殼力臂的拉力或壓力(取決于拉壓力傳感器安裝位置)后，產(chǎn)生應(yīng)變，通過應(yīng)變放大器，即可得到一定的輸出電壓，將力的信號轉(zhuǎn)變成電信號后再經(jīng)過標(biāo)定，就可得到作用于傳感器的壓力或拉力值。測速裝置用以測量底盤測功機滾筒的轉(zhuǎn)速，經(jīng)運算后可得出相應(yīng)的摩托車行駛速度。測速裝置由速度傳感器以及信號采集、處理的元器件組成。該底盤測功機測速裝置采用磁電式車速傳感器。圖24為磁電式車速傳感器工作原理圖。傳感器由固裝在底盤測功機滾筒軸上的齒輪1和磁電傳感器(感應(yīng)線圈2及永久磁鐵3)等組成。齒輪隨同滾筒旋轉(zhuǎn)。當(dāng)磁電傳感器對準(zhǔn)齒頂時，磁電傳感器感應(yīng)電動勢增強，而在磁電傳感器對準(zhǔn)齒槽時，感生電動勢減弱，磁阻的變化，使磁電傳感器輸出的電壓信號為3信號放大浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文及整形電路，將交變信號變?yōu)槊}沖信號送入薊數(shù)稻采集電路，逶過檢濺赫沖周期即可得到車速信號。 了、3潮25反拖裝鼴381用憊漏流鍘功輥加載f每底蠢淵功褫，由予毫滿漉輥哭能蔽液動稚，不8輸賚動力。底盤測功機反拖裝置的功能是提供原動力驅(qū)動摩托車、測幼機的傳動系運渤，以測試摩托車、測勸機傳動系統(tǒng)的佟動阻力。因此，利用反拖裝置可以檢測底盎測功掇滾麓系統(tǒng)豹毒腿攝損失、摩魏葦傳動系的輥搬羧失戳及譬輪在滾篾土豹滾動阻力等。因此為了測量底盤測功機和摩托率傳動系統(tǒng)的阻力，該電渦流底盤濺功輟竣騫反撼裝置。反拖裝罱的原動力來自倒拖電動機，電動機功率的大小選用10過調(diào)頻裝鬻改變彀耱轉(zhuǎn)速，觚兩實現(xiàn)反拖邃度獲20倒拖車速符合實際運行車速。反拖電機通過離合器直接與滾筒軸串接。摩托車及測功機傳動系阻力的測定，當(dāng)前有兩種方案，一是通過商精密度電功率表測定反撼瞧楓在倒箍時消裁豹毫功率，再攘測定熟惻拖車速換算褥韙魁箍阻力；二是用測力傳感器直接測定倒拖阻力，如同電渦流機的測力裝置，倒拖電瓤努意浮動支承在轆承瘵上，努爨X(i)=X(前次采樣值再采用算術(shù)平均慮波法，把(k)=專喜即)式中：F(i)一笫第。1 o】|111該底盤測功機的主要功能是滿足十五工況法測摩托車污染排放時道路阻力靜模瓠，囂鼗系統(tǒng)較伴主要氌楚釬對藏蠹添臻橇阻力摸攢丙設(shè)計黲?？刂乒?jié)點和數(shù)據(jù)聚集節(jié)點用的控制器是80通訊節(jié)點的控制器用的是89了使程序簡化，易懂同時可移植性增加，對下傲視軟件編程采稍語離作為一種通用的中級語言，可以大蝠度提高單片桃系統(tǒng)囂發(fā)的工作效率。使之能夠充分發(fā)揮出單片機處理器日益提高的性能，縮短產(chǎn)晶的周期。鋸為孛級溪言，基零緩分戇搽捧，支持對位、字(字節(jié))、指針的直接操作。將程序稻數(shù)蕹分離，逶；童孑程旁交蟹靜定義弩鞋將各部分程痔秘施模浹純。匯編語言雖然怒單片機最基本的語言，它對各個單元寄存器可以直接操作，使用靈活，僚編程效率低，謫試和修改困難。雖說眈較簡單的控制裰序還能夠用，徽對于大媳應(yīng)用程序的開發(fā)效率簏直難以忍受，因為匯編語言是囂結(jié)毒句化語言，數(shù)不清的調(diào)用、跳轉(zhuǎn)和下標(biāo)將使程序難予閱讀、改進和緞護。更麓要的魑。從發(fā)展黢襄度，它不能在不囂豹單冀掇之閡移植。慧之，于理解和維護，編稷效率高：缺點魑執(zhí)行效辮較匯編語言慢。下籬51是整個控翎系統(tǒng)懿軟釋模塊框鶩：獲蠶中哥戳番密，蘩個下往褫系統(tǒng)的控制軟件的編寫都是模塊化的，數(shù)據(jù)采集節(jié)點的軟件所癸完成的功能是根據(jù)上位機的要求完成數(shù)據(jù)的采熊和發(fā)送。通訊節(jié)點的主要軟偉功能是通訊模塊，完成上位機與下位機之間的相曩逶訊。聰控制帶點的軟傳顯褥鞍為復(fù)雜，其中的控制部分主要礴四個予模塊，分別是道路阻力模擬，測功機倒拖模塊，扭矩傳感爨豹掾定模塊秘控制羧嬲模塊，其孛熬詳綱功箋在囂纛將詳纓論述。瀕汪大學(xué)繇士學(xué)捷諗文圖5l。1 )過芯片上的邏輯電路的組含來滿足耀中游用據(jù)娩范的醋的是為了在任何兩個纂于蕊籩下用戶可以囊接建立基于規(guī)藏的數(shù)據(jù)邋信?？刂破骱蜅椧粋€文緩諍囂)完成。于主控制器來說，黠袋靜江大學(xué)磺學(xué)位論交時鎊分頻器(設(shè)置選擇不同馳操作模式；通過對驗收碼寄存器(驗收屏蔽寄存器(總線定時器毒存囂(贛毒拄潮寒存籍(露令毒存器(凌愨寄存器(中斷寄存器(中斷使能寄存器(控制寄存器(寄存器豹揉乍設(shè)定過對辛裁丟失搪撬寄存器(錯誤代碼捕捉寄存器(寄存器的讀寫，實現(xiàn)復(fù)雜的錯誤檢測和分析；通過發(fā)送緩沖器(接收緩沖器(現(xiàn)接收和發(fā)送的緩沖。在撼準(zhǔn)模式下，送緩沖器的分配弼參照表51，它分為描述符區(qū)和數(shù)據(jù)隧。前三個字節(jié)為描述符區(qū)。字節(jié)1為幀售惑字節(jié)，霧7位位鞍格式，0表示蠡灌犢；籬6位菝癸墼，1表示遠程幀；際的數(shù)據(jù)字節(jié)長?！皒”表示可隧忽略。字節(jié)2和3凳掇文談涮碼；字節(jié)4,51發(fā)送(接收)緩沖器標(biāo)準(zhǔn)幀格式配置艫 7 6 5 4 3 2 l 06(字節(jié)1) X 據(jù)長度)17(字節(jié)2) 擐文談裂磁8一118(字節(jié)3) 08 X X X X 節(jié)4) 數(shù)疆節(jié)5) 數(shù)據(jù)22l(字節(jié)6) 數(shù)據(jù)322(字節(jié)7) 數(shù)據(jù)423(字節(jié)8) 數(shù)據(jù)524(字節(jié)9) 數(shù)據(jù)625(字節(jié)10) 數(shù)據(jù)726(字節(jié)l】) 數(shù)據(jù)8接收緩沖器(糍弱窺發(fā)送緩；申爨綴擺似。接收緩猙器是于16條報文分為描述符區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)。同樣參照裘51。在驗收濾波器中只使用|；兩個數(shù)據(jù)字節(jié)來存放包括系統(tǒng)總共有三個節(jié)點，將數(shù)據(jù)采集節(jié)點定義為節(jié)點0，將控制節(jié)點定義為節(jié)點1，將通信節(jié)點定義為節(jié)點3。根據(jù)三個節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸情況，現(xiàn)設(shè)計各個節(jié)點的接收的報文所示。表5發(fā)) 收) 發(fā))E 00 F 00X E 00 F 01 X X F 00 F 01 X 1 F 0l X 不發(fā)送 0 l 數(shù)據(jù)采集節(jié)點要接收來自通訊節(jié)點的握手協(xié)議同時要發(fā)送采集的數(shù)據(jù)到另外的兩個節(jié)點；通訊節(jié)點需要接收數(shù)據(jù)采集節(jié)點的數(shù)據(jù)同時向兩個節(jié)點發(fā)送控制命令。(2)利用括各種通信幀的組織和發(fā)送，都是由集成在此系統(tǒng)的軟件開發(fā)主要在應(yīng)用層的軟件設(shè)計。文發(fā)送和報文接收。系統(tǒng)上電后主控制器根據(jù)據(jù)選擇的模式、驗收濾波、位定時等設(shè)置也在進入工作模式后，或者準(zhǔn)備要發(fā)送的報文，激活者對被通信期間同時要對通信錯誤進行處理。三個節(jié)點都有初始化過程和報文發(fā)送接收過程，因此下面統(tǒng)一說明一下。其總體流程圖見圖521)初始化始化包括工作方式的設(shè)置、接收濾波方式的設(shè)置、接收屏蔽寄存器和接收代碼寄存器的設(shè)置、波特率參數(shù)設(shè)置和中斷允許寄存器的設(shè)鼉等。在完成初始化設(shè)置后，行片機選通入工作模式主程序和中斷程序(借助52總體流程圖2)發(fā)送過程發(fā)送子程序負(fù)責(zé)節(jié)點報文的發(fā)送。發(fā)送時只需要將等待發(fā)送的數(shù)據(jù)按特定格式組合成一幀報文，送入后啟動)接收過程斷方式和查詢方式。采用查詢方式接收時，既要負(fù)責(zé)報文接收還要進行其他情況的處理。中斷方式下，則經(jīng)過中斷的判斷轉(zhuǎn)入不同的處理程序，要接收報文就轉(zhuǎn)入報文接收處理，否則轉(zhuǎn)入其他中斷處理程序。該系統(tǒng)中通信節(jié)點余兩個節(jié)點采用查詢方式接收數(shù)據(jù)。查詢方式和中斷方式下接收數(shù)據(jù)的編程思路基本相同。512數(shù)據(jù)采集節(jié)點的軟件設(shè)計數(shù)據(jù)采集節(jié)點的主要功能是將整個控制系統(tǒng)所需要的參數(shù)采集以后通過控制器發(fā)送到主要采集的數(shù)據(jù)包括滾筒的轉(zhuǎn)速、扭矩，同時也可根據(jù)系統(tǒng)擴展的需要增加其余的一些需要測量的參數(shù)，如油耗等。由于此如果接口允許的話，測量的污染排放物的參數(shù)也可以擴展到這個節(jié)點中來，這樣上位機軟件的編寫就只需要針對通訊節(jié)點，可以減少軟件浙江火學(xué)碩士學(xué)位論文的開發(fā)周期。數(shù)據(jù)采集節(jié)點軟件流程圖如53所示，數(shù)據(jù)采集節(jié)點每個循環(huán)對需要采集的數(shù)據(jù)采集5次，然后通過上一章介紹的數(shù)字濾波方法進行濾波。圖53控制節(jié)點軟件設(shè)計剮6節(jié)點軟件的設(shè)計的好壞將直接影響到整個控制系統(tǒng)的品質(zhì)?？刂乒?jié)點主要完成的任務(wù)是根掘上位機的要求讀取數(shù)據(jù)采集節(jié)浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文點的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行判定和運算，然后通過而達到模擬路況的目的。其主要的控制過程是對十五工況法測摩托車污染物排放時進行道路模擬。道路阻力設(shè)定模塊主要是控制十五工況法測試摩托車排放污染物的時候的阻力模擬。倒拖試驗?zāi)K的軟件功能是根據(jù)上位機的指令進行底盤測功機的恒轉(zhuǎn)速倒拖控制，然后處理數(shù)據(jù)采集節(jié)點采集的數(shù)據(jù)得到整個系統(tǒng)的總的摩擦阻力。扭矩傳感器標(biāo)定模塊軟件比較簡單，主要是對扭矩傳感器進行置零和標(biāo)定。測功機倒拖試驗?zāi)K的軟件和道路模擬試驗?zāi)K的軟件比較類似，因此下面詳細(xì)說明一下道路阻力模擬的控制原理圖和軟件的框圖。下圖54是道路模擬控制系統(tǒng)原理圖，它采用扭矩閉環(huán)控制，控制方式采用數(shù)字扭矩調(diào)節(jié)器的輸出作為電壓的改變可以調(diào)節(jié)電渦流測功機。圖5圖是道路阻力模擬的軟件框圖，控制節(jié)點接收到上位機的控制命令以后，對控制命令進行判定，選擇需要執(zhí)行的模塊。開始讀取數(shù)據(jù)采集節(jié)點的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)采集節(jié)點發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進行判定，運算以后向電渦流測功機發(fā)出控制信號，對電渦流測功機進行調(diào)節(jié)。其中的扭矩調(diào)節(jié)用到了數(shù)字于摩托車在底盤測功機上的恒速運行，電渦流測功機的控制模式將采用恒扭矩的控制方式。而對于摩托車在底盤測功機上的變速運行，電渦流測功機的控制將采用經(jīng)驗法，利用測功機的制動力與速度之間的曲線可以求得，珂，浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文在進行工況法測試排放污染的時候，各個工況的運行時間國標(biāo)中都有規(guī)定，加速度也是已知的，力的變化的快慢也是已知的。因此可以根據(jù)力隨轉(zhuǎn)速的