基于电涡流测功机的负荷车结构设计

摘 要：为了对车辆的动力性能、牵引性能以及地面通过性能等性能进行研究与评价，该文进行了基于电涡流测功机的负荷拖车的结构设计。通过实车应用和试验测试表明该结构设计满足需求，对于地面车辆的研制、开发及性能评价有极其重要的作用。

关键词：负荷车 电涡流测功机 结构设计

中图分类号：TK421.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（c）-00-02

负荷车作为研究汽车、特种车辆、军用车辆等地面车辆动力性能的重要道路试验设备[1-2]，是开展车辆牵引性能研究和试验的必要方式，对地面车辆的研制、开发以及性能评价有着极其重要的作用。目前，根据有差别的测试要求，来研制各种不同类型、不同负荷等级负荷车的研究单位和生产部门，世界少有。

1 负荷车简述

负荷车（Mobile Dynamometer Vehicle）亦称测功车，是一种车辆道路试验设备，它主要由三部分组成：动力吸收装置（又称为测功机）、加载控制系统、试验参数测量及数据采集分析处理系统。试验时，负荷试验系统由测试车与被试验车辆组成，由被试验车辆牵引前进，通过对被试验车辆实施精细调节且稳定的任意负荷，来测量车辆行驶过程中各种负荷的参数值，例如：牵引力。主要目的是在平坦路面上模拟被试车辆的各种行驶负荷，被广泛应用于测试被试验车辆的行驶阻力特性、牵引力特性、燃油经济性、以及各总成的热负荷等汽车相关动力性能；也可用于在水平道路上模拟爬坡试验、模拟在非水平道路的耐久性行驶试验；还可在水平道路上模拟特定山路耐久性行驶试验[3]。

2 基于电涡流测功机的负荷拖车结构设计

2.1 电涡流测功机的基本结构及工作原理

电涡流测功机结构剖面图如图1所示。其由感应盘、电枢和励磁线圈、测力装置和矫正装置组成。

给与转子同轴装配的励磁线圈通以直流电时，会产生磁通，其经过点数提、涡流环、气隙和转子形成一个闭合回路。由于转子外援面特有的均匀齿槽，故在气隙和电枢体或涡流环内表面上任意一点的磁场产生交变变化，从而感应出“涡流”。由于“涡流”和磁场的耦合作用，转子上产生相应的制动力矩，而在电枢体上则产生与拖动力矩相同的力矩，并经过装在电枢体上的力传感器而检测出来。动力机输出的功率被转化成电枢体或涡流环上“涡流”产生的等值发热量，则热量持续不断的进入电枢体内表面或涡流环冷却水槽中的冷却水带走。

1.感应盘；2.主轴；3.联轴器；4.励磁线圈；5.冷却器；6.气隙；7.出水管道；8.油杯；9.测速齿轮；10.轴承座；11.进水管道；12.支撑环；13.外环；14.管道。

2.2 基于电涡流测功机的负荷拖车机构设计

所设计的基于电涡流测功机的负荷车系统主要由以下几大系统组成[4]：牵引装置、底盘车、发电机、车厢、加载传动系统、散热系统、液压绞盘系统、测功机、仪器控制柜、测控系统及其他辅助系统组成，负荷车组成图如图2所示。

1）底盘车

底盘车作为整套设备的载体，是最重要的承载设备。其用途是将被试车的输出功率有效地传送至测功机，并通过车轮输出制动力。选用全轮驱动汽车底盘，从而增大底盘车的附着总重量，进而使负荷车最大制动能力达最大。除此之外，选择底盘车时还要充分考虑到底盘车应具有服役年限和一定的代表性，并且有较好的测试工作环境，并兼重、中、轻型汽车牵引性能的测试要求。

经过反复论证，选用某型特种越野汽车作为底盘车最为合适。

2）加载传动系统

加载传动系统由取力器、传动轴和传动变速箱等传动部件组成，其工作流程框图如图3所示。

在底盘分动器上进行全功率取力并传递给电涡流测功机，根据电涡流测功机的转矩转速特性进行合理匹配，使负荷车的负荷特性符合测试的要求。加载传动系统的布置主要考虑空间的布置以及力的传动性，文章的设计传动功率为200 kW，最大传动转矩为12000 N・m。

3）吸功系统

作为负荷车的核心系统的吸功系统，主要是电涡流测功机。测功机通过传动轴与加载传动系统相连；使用加载控制系统实现对被试牵引车的精确控制和无级调节的不同负荷加载。控制系统通过改变励磁电流的大小，测量电涡流测功机对被试车施加负荷大小。电涡流测功机在试验过程中将被试车的功率转化成等值发热量，由冷却水带走。

4）控制系统

负荷车制动力大小的调节是通过负荷控制系统来实现的，是保证负荷车系统稳定工作的重要环节。该测试系统与控制系统用一套传感器系统，实现系统测量和负荷车的加载控制功能。性能的好与坏，是评价一辆车的最好标签，加载控制系统是用以控制测功机加载性能尤为重要的系统，其主要功能是可单独或在上位机的指令下对测功机实施高精度控制，具有恒牵引力（恒负荷）、恒车速的控制模式，实现实验的要求。

5）测量系统

负荷车测量系统由五部分组成：传感器、信号隔离、放大、采集及分析处理。其主要作用是采集试验数据、监测参数，经过后台分析处理后实施显示在显示屏上；试验数据存储于主控计算机，方便后期的研究和生成报表；提供闭环控制反馈信号，并传送给测功机控制仪，完成对负荷车的闭环控制；提供优良的人机界面，并将一些复杂的操作转化到计算机屏幕上，方便快捷并共同完成操作。

2.3 实验验证

根据设计的结构模块，搭建了实车系统，并进行了实验，实验主要设备见表1。

以某型特种越野汽车为牵引车。试验时，牵引车分动器挂低档，变速器挂C档，全车各差速锁为非锁止状态。负荷车分动器分别挂低档、高档试验时，观察测功机加载电流最大值。试验采用手动开环加载方式，在车辆熄火或车轮打滑时终止试验。

图4为试验时负荷车加载过程中的部分轮胎印痕。可以看出来负荷车加载印痕分布均匀，表明负荷车在低速和较大制动力时具有稳定的加载性能。由于被试车3桥驱动轮出现滑转而终止试验，故最大制动能力仅为130.6 kN。

2.4 实验结果

最终，负荷车制动力特性试验曲线如图5所示。

3 结语

文章对基于电涡流测功机的负荷车进行了结构设计，经过实验验证表明，所设计的结构满足试验性能要求，对地面车辆的研制、开发及性能评价有一定的指导作用。

参考文献

[1] GB/T 12537-1990 汽车牵引性能试验方法[S].

[2] QC/T 900-1997 汽车整车产品质量检验评定方法[S].

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

[4] 军用汽车试验负荷拖车研制总结[R].军事交通学院，2006.11.