CN102175464B - 自动调节旋转动能的惯性式汽车制动检验台 - Google Patents

Abstract

一种自动调节旋转动能的惯性式汽车制动检验台，台架框中间放置有电动机，电动机通过皮带轮连接动力轴，动力轴两端分别通过爪型离合器对称连接左主滚筒和右主滚筒的一端，左、右主滚筒的另一端通过链轮链条平行连接副滚筒，主滚筒的端部通过传动齿轮同轴连接编码器，同时传动齿轮经过齿轮啮合连接电涡流机。本发明的有益效果是：逼真反映汽车在道路上的制动过程（包括ABS制动），检测结果准确可信，设备一机多能、性价比高，推广前景好。

Description

自动调节旋转动能的惯性式汽车制动检验台

技术领域

本发明涉及一种检验汽车自动性能的检验设备，尤其涉及一种自动调节旋转动能的惯性式汽车制动检验台。

背景技术

汽车制动是将汽车在道路上的行驶动能，经制动器内部的磨擦转变为热量消耗

掉，行驶动能耗尽了，汽车也就停了。

目前，国内普遍使用反力式汽车制动试验台，以测量制动力的方式来检验在用汽车的制动性能。受原理、结构的限制，反力式制动台的滚筒转速很慢，相当于车速3km/h 左右，其制动过程与汽车在道路上的制动工况相差很大。现在大多数汽车都有ABS 制动（防抱死）功能，ABS ***起作用的最低车速必须在10km/h 以上，这意味着反力式制动台无法检验有ABS 制动的汽车，它的存在是因为找不到替代设备而作为摆设。换个角度来说，所有具有ABS 制动的在用汽车，其制动性能无法判定，存在着极大的安全隐患。

惯性式制动检验台的滚筒转速可以接近100km/h，且制动过程与汽车在道路上制动非常接近，可以检验有ABS 制动的汽车。其检验原理是：汽车停在检验台架上，电动机驱动滚筒带动汽车的车轮转动，转动的滚筒相当于移动的路面，用来模拟汽车在道路上的行驶状态。汽车制动时，制动器所消耗的是滚筒的旋转动能。在车速相同的条件下，如果滚筒的旋转动能正好与汽车在道路上的行驶动能相等，则台架制动的检验结果，与道路上的制动效果是一致的。

但是，滚筒的旋转动能，在特定的转速（车速）下，取决于随滚筒转动的所有旋转机构的转动惯量，转动惯量通常为常数，而汽车重量则有大有小，既使用同一车速，行驶动能也各不相同。因此，一成不变的转动惯量无法模拟不同重量的汽车行驶动能，这正是惯性式汽车制动检验台一直难以推广的原因。解决这个问题有过两种方法：

1、给滚筒增加飞轮组。飞轮组有许多大小不同的飞轮，根据对汽车的称重结果，给滚筒连接不同的飞轮，改变转动惯量使旋转动能与行驶动能尽量相等。这种方法的飞轮组结构非常庞大、复杂，其成本数倍于试验台本身，而且还是人工切换飞轮，若要自动切换，成本还要大大增加。

2、电脑修正检验结果。这种方法不改变滚筒的转动惯量，不要求旋转动能与行驶动能相等，而是根据对汽车的称重结果，由电脑对检验结果中的制动距离进行数据修正，理论根据为：旋转动能×换算系数= 行驶动能，换算系数主要取决于称重结果，则有：台架制动距离×换算系数= 道路制动距离。该方法不用飞轮，成本较低，检验制动距离比较可信。其它制动检验项目如制动减速度、制动协调时间、制动持续时间的台架检验结果不能用换算系数进行数据修正，因而有一定的误差。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种自动调节旋转动能的惯性式汽车制动检验台，该汽车制动检验台采用电脑控制电涡流机吸收动能，来自动调节旋转动能的惯性式汽车制动检验台。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在台架上可以自动称汽车的重量，左、右对称的滚筒各连接一台带飞轮的电涡流机，台架总的旋转动能很大，与允许承载最大轴重汽车的行驶动能相等。该检验台提供旋转动能的关系式为：台架总旋转动能—电涡流机吸收动能= 汽车行驶动能。由于台架总旋转动能为已知数，汽车行驶动能在汽车称重之后也是已知数，因此，可由电脑计算得出电涡流机应吸收的动能以及控制产生相应的电涡流机加载电流（励磁电流），以得到与不同轴重汽车的行驶动能相等的台架旋转动能，使制动检验准确可信。

电涡流机是一种吸收和测量动能（输出功率）的专用电机，通常用于底盘测功机，由转子和带有励磁线圈及涡流环的浮动定子构成，定子可绕转子的轴线摆动。加载时给定子线圈通上直流电，定子就会对转子的转动产生阻力矩。对于同转子相连的滚筒及车轮而言，该阻力矩就是负载力矩，吸收其动能转变为热量消耗掉。

本发明是这样实现的，电脑控制电涡流机吸收动能，自动调节旋转动能的惯性式汽车制动检验台，台架上有称重机构和称重传感器，由电脑控制自动称汽车的重量，根据称重结果，电脑按数学模型台架总旋转动能—电涡流机吸收动能= 汽车行驶动能，台架总旋转动能为已知数，汽车行驶动能在汽车称重之后也是已知数，计算得出汽车的行驶动能以及电涡流机应吸收的动能，并控制可变直流电源向电涡流机励磁线圈提供相应的加载电流，从而获得各型汽车所需要的旋转动能。

本发明具体结构是：它包括台架框、电动机、皮带轮、动力轴、爪型离合器、主滚筒、链轮链条、副滚筒、传动齿轮、电涡流机、飞轮、测力臂、测力传感器、称重框架、装有钢球的称重平台、称重传感器、千斤顶、举升梁、减速齿轮、升降轴、联轴器、电磁拨叉、拉杆、第三滚筒、制动臂、光电计数器、采集卡、控制台, 台架框中间放置有电动机，电动机通过皮带轮连接动力轴，动力轴两端分别通过爪型离合器对称连接左主滚筒和右主滚筒的一端，左、右主滚筒的另一端通过链轮链条平行连接副滚筒，其特征是主滚筒的端部通过传动齿轮同轴连接编码器，同时传动齿轮经过齿轮啮合连接电涡流机，电涡流机的两侧分别设有飞轮，电涡流机的定子壳体上装有测力臂，测力臂连接测力传感器，主滚筒与副滚筒之间设有称重框架，称重框架的两侧背面放置有装有钢球的称重平台，称重平台的中心连有称重传感器，称重传感器连接千斤顶，千斤顶的顶端两侧分别连有举升梁，千斤顶的侧壁底端连有减速齿轮，减速齿轮啮合连接升降轴，左、右两根对称的升降轴依次通过联轴器和爪型离合器连接，爪型离合器上连有电磁拨叉，电磁拨叉连接拉杆，称重框架内设有第三滚筒，副滚筒的两端底部分别设有制动臂，制动臂通过焊接链连接举升梁，第三滚筒的端部设有光电计数器，电动机的变频器和电涡流机分别连接控制台内的采集卡，电动机、电涡流机、电磁拨叉、编码器、测力传感器、称重传感器和光电计数器都连线控制台。

本发明的有益效果是：控制台控制电涡流机吸收动能，调节旋转动能的技术用在惯性式汽车制动检验台上，解决了国内此前没有在用汽车ABS 制动的检验设备问题，能够逼真反映汽车在道路上的制动过程。此外，本发明还兼备称重检验台、车速表检验台、底盘测功机以及检验汽车传动系阻力的功能，设备一机多能，检验结果准确可信且符合国家有关标准，设备占地少、性价比高，因此推广前景很好。

附图说明

图1 是本发明的正视图。

图2 是本发明的平面图。

图3 是本发明的动力及传动机构侧视图。

图4 是本发明的举升、称重机构侧视图。

在图中1、主滚筒 2、副滚筒 3、电涡流机 4、飞轮 5、传动齿轮 6、链轮链条 7、电动机 8、电机座 9、小皮带轮 10、大皮带轮 11、动力轴 12、爪型离合器 13、电磁拨叉 14、拉杆 15、轴承座 16、测力臂 17、测力传感器 18、编码器 19、第三滚筒 20、光电计数器 21、螺旋千斤顶 22、减速齿轮 23、升降轴 24、举升梁 25、称重传感器 26、称重框梁 27、立挡轮 28、台架梁 29、台架框 30、联轴器 31、挡轮孔 32、制动臂。

具体实施方式

本发明由台架框、动力及传动机构、滚筒组、电涡流机及飞轮、举升机构、第三滚筒机构、称重机构和控制台组成。

1、台架框体：由厚钢板弯折成槽形的两根平行的台架框29 之间，焊有8 根槽钢台架梁28，整体象平放的梯子，除控制台之外的所有机构都安装在框体内。

2、动力及传动机构：电动机7 固定在电机座8 上，电机座8 的位置可前后调节，动力由小皮带轮9 经皮带传给大皮带轮10 及动力轴11，动力轴11 两端装有爪型离合器12 和电磁拨叉13（电磁铁带动的拨叉）、拉杆14，用于动力轴11 与主滚筒1 之间的结合或分离，右边的爪型离合器12 装有链轮，由链条将动力传给升降轴23 上的另一个装有链轮的爪型离合器12，该离合器用于链轮与升降轴23 的结合或分离。

3、滚筒组：左、右对称各两个平行安装的滚筒，其中位于前面的是副滚筒2，后面的为主滚筒1，主、副滚筒之间有链轮链条6 联动，另外，主滚筒1 内端的轴装有爪型离合器12，外端的轴经传动齿轮5 与电涡流机3 连接，并与编码器18 同轴连接，滚筒直径318.3mm，周长1000mm，编码器18 每转一周产生600 个脉冲，每个脉冲代表1.66666mm，每隔0.06 秒采样一次的脉冲数可直接读取为有一位小数的车速，如车速50.0km/h 为13888.88mm/s，则13888.88/1.66666×0.06=500，设一位小数点即为50.0。

4、电涡流机及飞轮：台架左、右各一台电涡流机3，其内端的轴经传动齿轮5 与主滚筒1 的轴连接，电涡流机3 的轴向对称各装一个飞轮4，这种结构既均衡了轴荷，又减轻了单个飞轮的重量而便于安装，电涡流机3 的定子壳体上装有测力臂16，与安装在台架框29 上的测力传感器17 组成测力（扭矩）机构。轴重3 吨级别的台架每台电涡流机为60kw，每个飞轮为Φ580×61mm ；轴重10 吨级别的台架，每台电涡流机160kw，每个飞轮为Φ700×128mm。

5、举升机构：该机构位于主、副滚筒之间，左、右各一根举升梁24，梁的下方各有2个螺旋千斤顶21，由称重框梁26 经减速齿轮22 驱动，左、右共4 个螺旋千斤顶21 成一条直线排列，左、右升降轴23 同轴且用联轴器30 连接。

升降轴23 在台架中段处由另一个爪型离合器12 套着，其固定套筒与内有轴承的链轮套筒为一体，而滑动套筒则由导键与升降轴23 连接。当电磁拨叉13 将该爪型离合器12 结合后，动力轴11 和链轮链条6 就会带动升降轴23 转动。让电动机7 正、反转，可使举升机构升或降。

左、右举升梁24 底下，均有一条起重焊接链吊着平置的制动臂32 的中段，制动臂32 的一头有孔，套在支架的圆柱销上，另一头装了制动蹄板位于副滚筒2 的下方。举升梁24 升至最高位时，会拉起焊接链及制动臂32 有制动蹄板的这一头，使制动蹄板向上抱紧副滚筒2，这样，汽车车轮通过滚筒时不会滑转。

6、第三滚筒机构：第三滚筒19 位于主、副滚筒之间的平行等分线上，直径只有59mm，转动惯量极小，由于整体有向上的弹力，可以紧靠在轮胎底下并跟随转动，其转动的累计周长与滚筒转动的累计周长之差，就是制动拖滑距离，这是评价ABS 制动性能的重要指标之一。

第三滚筒19 及支架安装在举升梁24 上，被同在举升梁24 上的称重框梁26 的框形包围。平时，第三滚筒在向上弹力的作用下，高于称重框梁约25mm。当汽车车轮压在称重框梁26 上，且将第三滚筒19 压低时，会触动到位开关发出信号，表示要检验的车轮已经到位。第三滚筒19 外端的轴装有光电计数器，其输出脉冲的数量代表转动的累计周长。

7、称重机构：左、右举升梁24 两头的上方各固定一个称重传感器25，称重传感器25 的上面是钢球传力的称重框梁26，以钢球传力使称重传感器25 只承受垂直的重力，而没有其它方向的分力，以保证称重准确。

8、控制台：控制台和台架是分开的，之间由电线、电缆相连，除了台架上的各传感器、电器和开关之外，其它的电器、电路及元器件都安装在控制台的机箱内，包括电脑、USB数据采集卡、电动机调速用的变频器、电涡流机加载用的可变直流电源、电磁拨叉专用电源、各种放大电路和控制电路等。机箱的上面摆放显示器、操作键盘、鼠标、打印机。

8.1、USB 数据采集卡用于信号的采样、处理，其中模拟输入有4 个称重传感器、2 个电涡流机的测力传感器信号；数字输入有2 个主滚筒的编码器、2 个第三滚筒的光电计数器信号；电平输入有3 个开关信号。采集卡还有2 路输出，分别控制变频器和给电涡流机加载的可变直流电源。

8.2、控制台面板上有4 个操作键，分别为上升、下降、ON、OFF 键。

举升机构的升降运动由上升、下降键控制，除控制电动机7 正、反转之外，其余方面这两个键的作用相同：按住按键，升降轴23 上的爪型离合器12 因电磁拨叉13 通电被结合，变频器同时通电从1HZ 开始逐渐增大输出频率，使电动机7 缓缓起动（便于爪型离合器12 结合），经过4 秒钟加速到规定转速，松开按键则电磁拨叉13 和变频器同时断电，升降运动也立即停止。

滚筒的运转、停止由ON 和OFF 键控制。按动ON 键，动力轴11 的2 个爪型离合器12 因电磁拨叉13 通电被结合，变频器同时通电从IHZ 开始逐渐增大输出频率，使电动机7缓缓起动经过16 秒加速至规定转速（车速）。ON 键按下后又松开照样保持通电，只有按OFF键和遥控开关才会断电。

9.1、立挡轮27 为垂立的小滚筒，安装在第三滚筒19 两端之外的槽钢立柱的槽内，槽钢立柱焊在台架梁28 上，立挡轮27 的作用是防止滚筒转动时，车轮在滚筒上产生左右滑移而滑出滚筒。

9.2、本发明兼备底盘测功机的功能，在测功过程中，车轮容易在滚筒上左、右滑移而影响检验和安全，因此要在挡轮孔31 中***车轮限位挡轮（小滚筒）。

9.3、电涡流机和飞轮的上方有通风防护网，台架中央的动力及传动机构上方有防护盖。

9.4、检验汽车制动时，要在汽车制动踏板上面夹一个遥控开关，只要踩动了踏板，遥控开关就接通，其信号送采集卡。

9.5、作为有滚筒的汽车检验设备，本发明只需要利用其中一部分机构，就可作为底盘测功机、车速表检验台来使用。因此，本发明兼备这些设备的功能，实属减少浪费。

检验台的检验项目有：

紧急制动、点制动、驻车制动、滑行及车速表、底盘测功、传动系阻力以及自动称轮重、轴重、车重。

检验台的具体工作过程如下：（以前轮紧急制动检验为例）

平时，举升机构为最高位状态，称重框梁26 与滚筒等高，副滚筒2 被制动蹄板抱住，三套爪型离合器12 都在分离状态，第三滚筒19 高出称重框梁约25mm。

为汽车前轮压上称重框梁26 时，第三滚筒19 已被压低，触动到位开关发出到位信号，使电脑在提示停车的同时，控制对两个前轮自动称重（两轮重之和为轴重）。称重之后，显示器自动转为主画面，此时可登录汽车车号、轴距、车轮直径这些数据以及选择所需检验项目和前、后轮。

登录并选项后，即进入该项目的程序和画面，可以开始检验。

先按下降键，升降轴23 上的爪型离合器12 结合，由动力轴11 及链轮链条6 带动旋转，经减速齿轮22 驱动4 个螺旋千斤顶21 同步运转，使称重框梁26 和梁上的前轮下降，制动臂32 也下垂少许，使制动蹄板与副滚筒2 脱离接触。当前轮降到由滚筒支承且称重框梁26 低于前轮底部约15mm 时，第三滚筒19 上的另一个限位开关被触动，自动切断下降电路使称重框梁26 停止下降。松开下降键。

将遥控开关夹在汽车制动踏板上面，按ON 键，动力轴11 上的两个爪型离合器12结合，变频器控制电动机7 缓缓起动，驱动滚筒、车轮、电涡流机3 及飞轮4、前轮底下的第三滚筒19 逐渐加速，显示器一直显示车速。当变频器输出达到50HZ 时就保持该频率，此时的车速稳定为55km/h。

按OFF 键，变频器及电动机7 断电，滚筒、飞轮失去动力但有很大的惯性，与车轮一起自由减速，减速至50km/h 时，显示器亮红灯提示，操作人员迅速将汽车制动踏板一脚踩到底实施紧急制动。

在制动踏板刚刚被踩动瞬间，夹在踏板上面的遥控开关已经动作，一方面控制两个爪型离合器12 立即分离，并且迅速将可变电源接通电涡流机3 的励磁线圈；另一方面产生制动信号送给采集卡和电脑。整个制动过程约1 秒钟，车速由50km/h 降为零即检验结束，显示器自动转为主画面，由主画面可以进入制动检验结果画面，可看到以下内容：制动距离、制动滚动距离、制动拖滑距离、制动减速度、制动协调时间、制动持续时间、轮重、轴重、车重以及每个车轮的制动减速曲线图。

如果检验早期没有ABS 制动的汽车，制动检验结果中的制动距离（滚筒转动的累计周长）会明显大于制动滚动距离（第三滚筒转动的累计周长），这是因为车轮因制动器抱死而停住了，第三滚筒惯性极小也同时停住，而滚筒及飞轮还剩下很大的惯性，足以克服与轮胎的磨擦力而继续转动，稍后随着惯性减小才会停住，从而形成明显的制动拖滑距离（制动拖滑距离= 制动距离—制动滚动距离）。

而现在有ABS 制动的汽车，动能全被制动器消耗，制动时车轮不会抱死，动能消耗完了，车轮也停住了，滚筒与第三滚筒转动的累计周长相差很小，亦即制动距离与制动滚动距离基本相等，而制动拖滑距离则接近零。

前轮紧急制动检验结束，可按上升键，称重框梁26 上升到最高位会触动限位开关而自动停住，同时拉起制动臂32，使制动蹄板抱住副滚筒2，便于前轮驶离台架。后轮紧急制动检验的过程与前轮完全相同。点制动检验的过程与紧急制动的唯一区别是：操作人员点踩一下制动踏板立即松开，让车速有明显减小即可。

Claims (1)

1. 一种自动调节旋转动能的惯性式汽车制动检验台，由电脑控制电涡流机吸收动能，自动调节旋转动能的惯性式汽车制动检验台，台架上有称重机构和称重传感器，由电脑控制自动称汽车的重量，根据称重结果，电脑按数学模型台架总旋转动能一电涡流机吸收动能=汽车行驶动能，台架总旋转动能为已知数，汽车行驶动能在汽车称重之后也是已知数，计算得出汽车的行驶动能以及电涡流机应吸收的动能，并控制可变直流电源向电涡流机励磁线圈提供相应的加载电流，从而获得各型汽车所需要的旋转动能，其特征在于具体结构是：它包括台架框、电动机、皮带轮、动力轴、爪型离合器、主滚筒、链轮链条、副滚筒、传动齿轮、电涡流机、飞轮、测力臂、测力传感器以及称重框架、装有钢球的称重平台、称重传感器、千斤顶、举升梁、减速齿轮、升降轴、联轴器、电磁拨叉、拉杆、第三滚筒、制动臂、光电计数器、采集卡和控制台，台架框中间放置有电动机，电动机通过皮带轮连接动力轴，动力轴两端分别通过爪型离合器对称连接左主滚筒和右主滚筒的一端，左、右主滚筒的另一端通过链轮链条平行连接副滚筒，主滚筒的端部通过传动齿轮同轴连接编码器，同时传动齿轮经过齿轮啮合连接电涡流机，电涡流机的两侧分别设有飞轮，电涡流机的定子壳体上装有测力臂，测力臂连接测力传感器，主滚筒与副滚筒之间设有称重框架，称重框架的两侧背面放置有装有钢球的称重平台，称重平台的中心连有称重传感器，称重传感器连接千斤顶，千斤顶的顶端两侧分别连有举升梁，千斤顶的侧壁底端连有减速齿轮，减速齿轮啮合连接升降轴，左、右两根对称的升降轴依次通过联轴器和爪型离合器连接，爪型离合器上连有电磁拨叉，电磁拨叉连接拉杆，称重框架内设有第三滚筒，副滚筒的两端底部分别设有制动臂，制动臂通过焊接链连接举升梁，第三滚筒的端部设有光电计数器，电动机的变频器和电涡流机分别连接控制台内的采集卡，电动机、电涡流机、电磁拨叉、编码器、测力传感器、称重传感器和光电计数器都连线控制台。