CN102129035B - 一种汽车起动机综合测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种起动机综合测试装置，包括：模拟电池、试验机械装置、测功机、数据采集模块以及工业控制部分，能进行电磁开关试验、特性曲线试验、工作性能试验与耐久性能试验。本发明的设备测量精度高，操作方便，是汽车起动机测量设备的重要创新。

Description

一种汽车起动机综合测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于汽车产品测试技术领域，具体涉及一种汽车起动机综合测试装置及采用该装置进行测试的方法。

背景技术

汽车起动机是一种直流电机，其性能直接影响到汽车起动性能，起动机性能测试主要包括主继电器性能测量、特性曲线测量、工作特性测量与耐久试验等。目前大部分试验设备均只能测量其中的一项、或者几项，由于起动机是短时间工作负载，其性能与其内部温度有着很大的影响，所以，目前大部分测试设备并不考虑起动机的温度、造成测量重复性能差，特别是主继电器接触电阻测量、特性曲线与功率测量，影响尤其大，而且目前设备大多采用通过利用力传感器测量，以固定的力臂相乘的方法测量起动机力矩，存在着设备计量困难、传感器零漂移大、测量精度低等缺点，在进行耐久试验时，有的采用普通电机，有的采用普通变频电机，其起动机能耗大、起动速度不够快，影响实际测量结果。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种起动机综合测试装置，包括：模拟电池、试验机械装置、测功机、数据采集模块以及工业控制部分，能进行电磁开关试验、特性曲线试验、工作性能试验与耐久性能试验。

其中，模拟电池正极连接被测起动机，在工业控制部分的控制下给起动机提供规定的电压、内阻，通过给起动机施加阻力矩，测量起动机运行时的端电压、起动机电流、起动机输出转速与转矩等，评价起动机的电气特性。得出起动机的电性能参数。

进一步，所述试验机械装置包括测试台面、测试齿轮、起动机安装支架、起动机气动压紧导轨以及起动机测功轴，起动机安装在起动机安装支架上，起动机安装支架置于可沿起动机齿轮面平行方向滑动的压紧导轨上，在气缸带动下将起动机压紧；测功轴一端安装与起动机啮合的测试齿轮，另一端安装测功机，一转速与转速传感器安装于测功轴上，位于测功机与起动机之间。

进一步，测功机可双向运行，给起动机提供阻力矩，或者拖动起动机反运行。

进一步，在转速与转矩传感器的另一头，安装有一个负载电机，利用电机控制器，精确地设计负载电机的阻力矩，在进行耐久试验时，可以对起动机进行反拖，利用精确的控制程序来模拟起动时，实车发动机对起动机的反拖状态。

进一步，所述工业控制部分包括控制计算机以及工业控制卡，其中工业控制卡附带控制继电器输出板与IO隔离输入板卡，用于与外面继电器与开关连接，同时通过工业控制卡的AD输入通道采集各种传感器信号，通过频率输出通道，控制负载电机，通过DA输出通道控制模拟电池。

进一步，还包括测试电路，具体是起动机的主继电器线圈输入线端子接出来，主继电器其中一个输入端子通过第一主电路开关及分流器接可控负载，再接到模拟电池正端，其中可控负载可通过可控负载短接开关短路，只有当需要进行继电器压降测量时，此短接开关才断开，主继电器的另一个输入端子通过第二主电路开关接地，只有当测量主继电器接触电压时，第二主电路开关才接通。

进一步，使用转速与转速传感器进行起动机输出功率测量，转速与转矩传感器安装在起动机测试齿轮与负载电机的连接轴上。

本发明还公开了利用上述起动机综合测试装置进行电磁开关性能试验的方法，包括如下步骤：

1)将起动机安装于测试台面上，连接好主继电器控制线、主继电器电源线、主继电器测试线；

2)设置好模拟电池内阻；

3)使模拟电池电压下降为1V，然后闭合起动开关，断开起动机主继电器输入电源，使模拟电池以0.01V的步进，每秒上升0.5V的速度上升，直到主继电器闭合，记录此时的电压即为吸合电压、此时的电流即为吸合电流；

4)吸合后，再闭合第一、第二主回路开关，然后调节可调负载与模拟电池电压，使主继电器电流为200A，然后测量主继电器两端压降，此压降除200即为主触点电阻；

5)断开第二主回路开关，闭合起动开关、第一主电路开关和可控负载短接开关，使起动机空载转动，然后以0.01V的步进，每秒下降0.5V的速度使模拟电池电压下降，直到主继电器断开，记录断开时的电流与电压，即为维持电流与释放电压。

本发明还公开了利用起动机综合测试装置进行工作特性试验的方法，包括如下步骤：

1)将起动机安装于测试台面上，连接好主继电器控制线、主继电器电源线；

2)设置好模拟电池内阻；

3)调节模拟电池电压为12V，闭合起动开关、第一主电路开关和可控负载短接开关；

4)、先使起动机空转，然后增加起动机负载至各个设定的转矩，记录到达规定转矩时的电压、电流与转速。

本发明还公开了利用起动机综合测试装置进行特性曲线测量试验的方法，包括如下步骤：

1)将起动机安装于测试台面上，连接好主继电器控制线、主继电器电源线、主继电器测试线；

2)设置好模拟电池内阻、设定好功率；

3)调节模拟电池电压为12V，闭合开关起动开关、可控负载短接开关与分流器；

4)、先使起动机空载，然后以0.2Nm/s的速度增加负载转矩，直到起动机堵转；

5)记录每个过程的转矩、电流、电压、转速与机械功耗，做出转矩、电压、转速与机械功耗随电流变化的曲线并自动筛选出最大功率点。

本发明还公开了利用上述起动机综合测试装置进行耐久试验的方法，包括如下步骤：

1)将起动机安装于测试台面上，连接好主继电器控制线、主继电器电源线、主继电器测试线；

2)拆下转速与转矩传感器，换上刚性连接；

3)设置好模拟电池内阻、设定好功率；

4)利用测功机功率与转矩换算出起动机功率与转矩，设定好死起动转矩、死起动时间、起动转矩、起动转速与超越转速，反拖动时间以及间歇时间；

5)、使模拟电池调节至12V；

6)、试验台先以死起动电流运行规定的时间，然后由测功机以规定拖动转速对起动机进行反拖动，再休息规定的时间，以此为一个循环周期，进行完规定的次数后试验结束。

本发明的设备测量精度高，操作方便，是汽车起动机测量设备的重要创新。

本发明采用在转动轴上安装转速转矩传感器的方法测量起动机力矩与转速，具有计量方便、精度高、灵敏度高的特点。采用测功机做负载，具有反应速度快、控制准确的优点，在进行耐久试验，测功机可立即对起动机进行反拖，其速度控制准确，加减速快，能耗低。采用模拟电池给起动机供电、能做到内阻、电压、电流均连续可调。采用高速采集卡，保证从传感器到数据采集均处于高精度。

附图说明

图1：本发明起动机测试装置组成示意图；

图2：测试电路图；

图3：工业控制部分***图；

图4：主继电器开关性能测试电路图。

附图标记说明：

1-模拟电池                2-测试台面；

3-控制计算机；            4-主继电器；

5-测功机；                6-起动机；

7-测功轴                  8-转速与转矩传感器

9-测试齿轮                10-起动机安装支架

11-测功机控制器           12-起动机压紧导轨

13-继电器输出板；         14-IO隔离输出板；

15-三相电源线；           16-工业控制卡

21-起动开关               22-第一主电路开关；

23-第二主电路开关；       24-起动机；

25-可控负载短接开关       26-可控负载；

27-分流器(电流传感器)；

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述。

如图1所示，本发明的起动机测试装置包括：模拟电池1、试验机械装置、工业控制部分、测功机5、测功机控制器11、、各种气缸、执行器与继电器，电流电压传感器、转速与转速传感器等组成，能进行电磁开关试验、特性曲线试验、工作性能试验与耐久性能试验。

试验机械装置包括测试台面2、测试齿轮9、起动机安装支架10、起动机气动压紧导轨12以及起动机测功轴7。

如图1所示，在测试台面2上，起动机6安装在起动机安装支架10上，起动机安装支架10置于可沿起动机齿轮面平行方向滑动的压紧导轨12上，在气缸带动下将起动机压紧。起动机安装架10由固定的圆盘安装架与起动机专用安装盘组成，圆盘安装架是通用的支架，与起动机专用安装盘采用同心阶梯固定的方法，只需要根据不同的起动机6，加工一个安装盘，即可以将起动机6安装于起动机安装架10上。由气缸带动压紧导轨12，使起动机6跟随起动机安装架10能在平行于齿轮平面的平面运行，以使齿轮到达接合面位置，起动机6通电时，齿轮伸出刚好与测试齿轮9啮合。转速与转速传感器8安装于测功轴7上、位于测功机5与起动机6之间，测功轴7一端安装与起动机啮合的测试齿轮9，另一端安装测功机5。测功机5可双向运行，能够给起动机提供阻力矩，或者拖动起动机反运行。在转速与转矩传感器8的另一头，安装有一个负载电机，利用电机控制器，可以很精确地设计负载电机的阻力，同时在进行耐久试验时，可以对起动机6进行反拖。测量空载转速时，利用感应式测速传感器，直接测量起动机齿轮转速。

工业控制部分如图3所示，包括控制计算机3和工业控制卡16。工业控制卡采用研华的PCL-818HG，加附带控制继电器输出板13与IO隔离输入板卡14，用于与外面继电器与开关连接。工业控制部分进行负载电机控制、模拟电池控制、起动机支架气动导轨控制、空载转速测量气动接杆控制、主电路开关继电器控制等。

结合图2，模拟电池1正极连接起动机6，在控制计算机3的控制下给被测起动机提供规定的电压、电流及内阻，起动机通过齿轮啮合装置啮合测功轴7。测功轴末端安装的有测功机5能给起动机6提供阻力矩，通过转速与转矩传感器8测量出起动机6的功率大小，另外同时测量起动机端电压、起动机电流得出起动机的性能参数。

数据采集模块进行转速信号采集、转矩信号采集、空载转速信号采集、主回路压降信号采集等。其中转速、转矩信号由安装在测功机5与起动机6之间的转速与转矩传感器10采集，通过频率采集通道测量各转速，通过模拟量采集通道测量电压、电流等，通过数字输入输出通道控制各开关继电器的通断。

***控制程序主要分为如下几大界面：手动控制界面、主继电器电磁开关测量界面、特性曲线测量界面、工作性能测试界面、耐久性能试验界面。手动控制模块指就各分别的功能单独手动，如使单独起动起动机、单独提高模拟电池电压等、空转、导轨滑动等。可以单独用于试装、调试。主继电器电磁开关试验界面：用于自动测量电磁开关性能，包括接触电阻、吸合电压、吸合电流、释放电压、维持电流等。工作性能界面：主要是使起动机起动，控制起动机负载，按照图纸，给起动机加载几个规定的负载值，检测出在这几个负载值条件下，起动机的转速、电压、电流、转矩等；特性曲线测量界面：给起动机加载一系列连续的增加的负载，并连续采集起动机转速、电压、电流与转矩的变化曲线、做出转速、电压、功率、转矩随电流变化的曲线，并自动检测出最大功率点。

起动机测量一般分为四大部分：电磁开关性能测量、工作性能测量、特性曲线测量与耐久试验，其电磁开关性能测量主要包括吸合电压与电流、释放电压与电流，本发明利用模拟电池，通过控制***自动慢慢提高模拟电池电压给电磁开关供电，记录其吸合电压与吸合电流、再接通起动机主电路，使起动机空转，再慢慢降低模拟电池电压使电磁开关断开，记录断开时的电压与电流。此电压与电流即为释放电压与维持电流。控制模拟电池电流大小，使其达到200A，同时记录电磁开关主继电器压降，压降除以电流即是主继电器开关电阻。其测量电路见图4。

将主继电器4输入线端子接出来，通过可控负载26接模拟电池1正端，另一端通过一个开关23接地。

测量主继电器4触点压降时，闭合起动开关21，然后闭合第一主回路开关22与第二主回路开关23，同时控制可控负载26与模拟电池1电压，监控电流传感器27，使主继电器4电流保持在200A，记录主继电器两端子间的电压即为主继电器4触点压降。

进行吸合电压、维持电流测量时：闭合负载短路开关25、闭合起动开关21、断开主回路开关22与23，使模拟电池1电压从1V慢慢上升，记录主继电器4吸合时的电压与电流，即为吸合电压与吸合电流。然后闭合第一主回路开关22，使起动机6空转动，再慢慢降低模拟电池电压，使主继电器4断开，记录主继电器4断开时的电压与电流，即为释放电压与维持电流。

下面具体描述本发明起动机测试装置的具体测试过程。

1、先将起动机6安装于试验台上，利用压紧导轨12将其压紧，然后连接好主继电器4控制线、主继电器4电源线、主继电器4测试线；

参数设置：设置好模拟电池1内阻、设定好电压，对起动机工作特性参数中如：转矩、转速、电流进行设定。

2、电磁开关性能试验：此试验由计算机程序自动进行，其主要试验步骤如下：在附图4中，使模拟电池1电压下降为1V，然后闭合起动开关21，使模拟电池1以0.01V的步进，每秒上升0.5V的速度上升，直到主继电器4闭合，记录此时的电压即为吸合电压、此时的电流即为吸合电流。吸合后，再闭合第一、第二主回路开关22与23，然后调节可调负载26，使主继电器4电流为200A，然后测量主继电器4两端压降，此压降除200即为主触点电阻。然后断开第二主回路开关23，闭合负载短路开关25，使起动机6空载转动，然后以0.01V的步进，每秒下降0.5V的速度使模拟电池1电压下降，直到主继电器4断开，记录断开时的电流与电压，即为维护电流与释放电压。

3、工作特性试验：调节模拟电池1电压为12V，调节蓄电池内阻至规定值，在图4中，闭合第一主回路开关22，闭合起动开关21先使起动机6空载，然后连续增加起动机6负载图纸规定的转矩，以100Hz的频率记录到达规定转矩时的电压、电流与转速。

4、特性曲线测量：调节模拟电池1池电压为12V，在图4中，闭合负载短路开关25与第一主回路开关22，闭合起动开关21，使起动机6空载，然后以0.2Nm/s的速度增加负载转矩，直到设定的最大转矩，记录每过程的转矩、电流、电压、转速与机械功耗，做出转矩、电压、转速与机械功耗随电流变化的曲线并自动筛选出最大功率点。

5、耐久试验：进行耐久试验时，为了保护转速与转矩传感器8，需要将其折下，换上刚性连接，程序利用测功机5的转速换算为起动机6的转速，利用测功机5的功率与转矩换算出起动机6的功率与转矩。设定好死起动转矩、死起动时间、反拖动转速、反拖动时间。间歇时间，使模拟电池1调节至12V，试验台先以死起动电流运行规定的时间，然后由测功机以规定拖动转速对起动机进行反拖动，再休息规定的时间，以此为一个循环周期。进行完规定的次数后试验结束。

Claims (11)

1.一种起动机综合测试装置，包括：模拟电池、试验机械装置、测功机、数据采集模块以及工业控制部分，能进行电磁开关性能试验、特性曲线试验、工作性能试验与耐久性能试验，模拟电池正极连接被测起动机，在工业控制部分的控制下给起动机提供规定的电压、内阻，所述试验机械装置包括测试台面、测试齿轮、起动机安装支架、起动机气动压紧导轨以及起动机测功轴，起动机安装在起动机安装支架上，起动机安装支架置于可沿起动机齿轮面平行方向滑动的起动机气动压紧导轨上，在气缸带动下将起动机压紧；起动机测功轴一端安装与起动机啮合的测试齿轮，另一端安装测功机，一转速与转矩传感器安装于起动机测功轴上，位于测功机与起动机之间，在转速与转矩传感器的另一头，安装有一个负载电机。

2.根据权利要求1所述的起动机综合测试装置，其特征在于：通过给起动机施加阻力矩，测量起动机运行时的端电压、起动机电流、起动机输出转速与转矩，评价起动机的电气特性,得出起动机的电性能参数。

3.根据权利要求1所述的起动机综合测试装置，其特征在于：测功机可双向运行，给起动机提供阻力矩，或者拖动起动机反运行。

4.根据权利要求1所述的起动机综合测试装置，其特征在于：利用电机控制器，精确地设计负载电机的阻力矩，在进行耐久性能试验时，可以对起动机进行反拖，利用精确的控制程序来模拟起动时，实车发动机对起动机的反拖状态。

5.根据权利要求1-4任一项所述的起动机综合测试装置，其特征在于：所述工业控制部分包括控制计算机以及工业控制卡，其中工业控制卡附带控制继电器输出板与IO隔离输入板卡，用于与外面继电器与开关连接，同时通过工业控制卡的AD输入通道采集各种传感器信号，通过频率输出通道，控制负载电机，通过DA输出通道控制模拟电池。

6.根据权利要求5所述的起动机综合测试装置，其特征在于：还包括测试电路，具体是起动机的主继电器线圈输入线端子接出来，主继电器其中一个输入端子通过第一主电路开关（22）及分流器（27）接可控负载（26），再接到模拟电池正端，其中可控负载可通过可控负载短接开关（25）短路，只有当需要进行继电器压降测量时，此短接开关（25）才断开，主继电器的另一个输入端子通过第二主电路开关（23）接地，只有当测量主继电器接触电压时，第二主电路开关（23）才接通。

7.根据权利要求6所述的起动机综合测试装置，其特征在于：使用转速与转矩传感器进行起动机输出功率测量。

8.利用权利要求6所述的起动机综合测试装置进行电磁开关性能试验的方法，包括如下步骤：

1）将起动机安装于测试台面上，连接好主继电器控制线、主继电器电源线、主继电器测试线；

2）设置好模拟电池内阻；

3）使模拟电池电压下降为1V，然后闭合起动开关，断开起动机主继电器输入电源，使模拟电池以0.01V的步进，每秒上升0.5V的速度上升，直到主继电器闭合，记录此时的电压即为吸合电压、此时的电流即为吸合电流；

4）吸合后，再闭合第一、第二主回路开关（22，23），然后调节可控负载与模拟电池电压，使主继电器电流为200A，然后测量主继电器两端压降，此压降除以200即为主触点电阻；

5）断开第二主回路开关（23），闭合起动开关（21）、第一主电路开关（22）和可控负载短接开关（25），使起动机空载转动，然后以0.01V的步进，每秒下降0.5V的速度使模拟电池电压下降，直到主继电器断开，记录断开时的电流与电压，即为维持电流与释放电压。

9.利用权利要求6所述的起动机综合测试装置进行工作性能试验的方法，包括如下步骤：

1）将起动机安装于测试台面上，连接好主继电器控制线、主继电器电源线；

2）设置好模拟电池内阻；

3）调节模拟电池电压为12V，闭合起动开关（21）、第一主电路开关（22）和可控负载短接开关（25）；

4) 先使起动机空转，然后增加起动机负载至各个设定的转矩，记录到达规定转矩时的电压、电流与转速。

10.利用权利要求6所述的起动机综合测试装置进行特性曲线试验的方法，包括如下步骤：

1）将起动机安装于测试台面上，连接好主继电器控制线、主继电器电源线、主继电器测试线；

2）设置好模拟电池内阻、设定好功率；

3）调节模拟电池电压为12V，闭合开关起动开关（21）、可控负载短接开关（25）与分流器（27）；

4) 先使起动机空载，然后以0.2Nm/s的速度增加负载转矩，直到起动机堵转;

5）记录每个过程的转矩、电流、电压、转速与机械功耗，做出转矩、电压、转速与机械功耗随电流变化的曲线并自动筛选出最大功率点。

11.利用权利要求6所述的起动机综合测试装置进行耐久性能试验的方法，包括如下步骤：

1）将起动机安装于测试台面上，连接好主继电器控制线、主继电器电源线、主继电器测试线；

2）拆下转速与转矩传感器，换上刚性连接；

3）设置好模拟电池内阻、设定好功率；

4）利用测功机功率与转矩换算出起动机功率与转矩，设定好死起动转矩、死起动时间、起动转矩、起动转速与超越转速，反拖动时间以及间歇时间；

5）使模拟电池调节至12V；

6）试验台先以死起动电流运行规定的时间，然后由测功机以规定拖动转速对起动机进行反拖动，再休息规定的时间，以此为一个循环周期,进行完规定的次数后试验结束。

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