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第26章 整车检测技术(2)

在集中式控制系统中,主机与现场联系的模拟量、开关量I/o功能板,一般不直接插在主机自身的扩展槽上,而是另一专门扩展箱,以减少I/o通道对主机系统可能的干扰,提高主机系统工作的可靠性,主机采用工控机。这种控制系统,汽车资料输人由报检机完成并发往主机,现场各工位的开关量请求信号直接送往主机,主机则根据预设程序控制各受控检测设备进行参数检测,其检测的模拟信号经放大、A/D转换后送往主机。单台检测设备可以用仪表显示,也可不用仪表显示,直接由主机显示测量结果。整个检测系统的数据采集、处理判断、显示、打印、存储和过程控制等全部工作均由主机完成。

集中式控制系统的特点是结构简单、价格低廉,但存在以下的缺点。

①需要大量的信号电缆将模拟信号从检测设备送到主控机进行数字化处理。模拟信号具有不同的性质,有微弱的电流信号、电压信号,也有脉冲和开关信号,加上环境干扰、所以测量精度不高。为避免模拟量的长距离传输受干扰,必须用质量较高的连接电缆及做好防干扰的措施,从而提高了系统抗干扰的设计和实现的难度。

②由于主控机要对所有的检测设备进行控制,而且还要采集传感器信号进行数据处理,同时还得负责车辆信息和检测数据的管理和打印。主控机的任务过于繁重,容易造成死机。一旦主控机发生故障,整个系统就会瘫痪。对于检查任务较繁忙的检测站,需做好主控系统软硬件备份,以防主控系统故障造成的全线停检。

③在控制和管理软件上的投人相对较大,软件的稳定性要求较高。当然主控计算机的性能要求也比较高。

④系统扩展、升级、改进和工位调换困难。集中式控制系统的设计思路核心是用主控机通过软件逻辑上进行工位划分和分时处理,达到多工位同时检测调度的目的,从而减少硬件环节、降低成本、减少故障点,提高系统的可靠性。

(2)分级分布式控制系统

一般分布式方案有多种结构形式,对于汽车自动检测线这样的系统,宜采用分级分布式。分级分布式控制系统是以一台主计算机与若干台从计算机相联系的结构控制体系,一般采用二级或三级控制方式。

在二级分布式控制系统中(图5-6),第一级为工位控制级,由分布在各工位上的工位机完成,工位机主要担负数据采集、处理、显示、通信、现场监视、诊断和判断等任务。第二级为监督管理级,由一台功能较强计算机担任主机,具有安排检测程序、负责信息分析、进行系统指挥、担负全线调度、综合判定检测结果、集中打印检测结论和管理数据库的功能。

系统控制的工作情况是:当车辆需上线检测时,由操作员在检测线人口处报检机的键盘上输人车牌号码、车辆单位、底盘号等车辆信息。在申报检测项目时,报检机则以串行通信方式通知主机或相关的工位机,主机根据传来的信息,生成检测命令发送给各个工位机,工位机则根据命令自动调度检测,通过光电开关得知汽车是否到位,驾驶员则通过指示屏的指示信息进行操作。检测完毕后,工位机将本工位的检测结果传给主机,主机则将各个工位的数据进行分析、判断、并给出总体结果,打印报表。

分级分布式控制系统,由于采用了分布控制、单机显示、多级管理、数据通信的措施,可有效提高检测系统的可靠性、准确性及使用方便性。当主机发生故障时,各工位机能完成各工位的检测控制、显示和打印工作,能防止检测系统全线瘫痪。由于分布控制的工位机靠近检测设备,干扰信号串人相对较少,而工位机到主机之间的信号传输采用数据通信,能避免工位机显示和主机打印数据不一致现象,因而检测精度高。由于各工位机任务单一,因此设备校正、维护比较方便,同时还容易建立备用机来提高系统的有效度。

由于分级分布式控制系统的性能大大优于集中式控制系统,因此,汽车检测站的自动检测线广泛采用的是分级分布式计算机控制方式,但由于集中式控制系统造价低,所以有些自动检测线仍然选用集中式控制方式。

(第二节)汽车动力性检测

汽车动力性检测分为台架检测和路试检测。可分别对反映汽车动力性的一些指标进行检测,如驱动轮输出功率、驱动力、滑行距离、最高车速、加速能力、爬坡能力、传动系统效率等。

一、汽车动力性台架检测

汽车输出功率检测又称底盘测功,指对汽车驱动轮输出功率的检测。底盘测功在滚筒式底盘测功试验台上进行,该试验台通常称为底盘测功试验台或底盘测功机,是一种汽车底盘综合性能诊断设备。

1.底盘测功试验台的结构原理

底盘测功试验台,一般由滚筒装置、功率吸收装置(即加载装置)、测量装置、辅助装置四部分组成。如图5-7所示为国产DCG-10C型汽车底盘测功试验台机械部分的结构示意

图。该试验台是一种采用美国Intel公司生产的单片机作为系统的控制核心,适用于轴质量不大于10t、驱动轮输出功率不大于150kW的滚筒式试验台。

(1)滚筒装置

滚筒相当于连续移动的路面,被检汽车的车轮在其上滚动。滚筒有单滚筒和双滚筒之分,如图5-8所示。

(a)单轮单滚筒式(c)单轮双滚筒式

①单滚筒试验台。支承汽车两边驱动轮的滚筒各为单个的试验台,称为单滚筒试验台。单滚筒试验台的滚筒直径一般较大,车轮与滚筒的接触更接近其与路面接触的实际情况,使轮胎与滚筒的滑转率小、滚动阻力小,因而测试精度较高。但这种试验台的制造、安装、检测都比较复杂,且成本较高,不适用于汽车维修企业、汽车检测站等生产性试验。

②双滚筒试验台。支承汽车两边驱动轮的滚筒各为两个的试验台,称为双滚筒试验台。双滚筒试验台的滚筒直径较小,车轮与滚筒的接触与其在路面上不一样,致使滑转率增

大,滚动阻力增大,滚动损失增加,故测试精度较低。但这种试验台结构简单、安装、使用方便,且成本较低,因而适用于汽车制造单位、维修企业和交通管理部门,尤其是单轮双滚筒式试验台应用更为广泛。

滚筒表面的形状有所不同,有光滚筒、滚花滚筒、带槽滚筒和带涂覆层滚筒多种形式。光滚筒目前应用最多,对于双滚筒的光滚筒,由于车轮对滚筒的比压增大,虽然附着系数较低,但车轮与光滚筒间的附着能力可以产生足够的牵引力。带涂覆层滚筒是在光滚筒表面涂覆与道路实际情况接近一致的摩擦层材料制成的,可使附着力增大,是应用前景广泛的一种形式。滚花滚筒和带槽滚筒由于在使用中打滑率不能保持恒定,故应用较少。

(2)功率吸收装置

汽车在底盘测试试验台上试验时,用试验台上的功率吸收装置来模拟车辆在道路上行驶所受的各种阻力,使汽车在试验台上的受力情况同行驶在道路上基本一样。功率吸收装置用来吸收并测量汽车发动机经传动系传至驱动轮上的功率和牵引力,常用的功率吸收装置有水力测功器、直流发电机电力测功器和电涡流测功器。

①水力测功器。用水作为制动介质,水在测功器的转子和定子之间起联结作用,而形成制动力矩。通过调节进出水量,可以得到不同的制动功率。在水流量一定时,测功器的制动力矩随转子转速的增加而提高。这种测功器精度较低。

②电力测功器。电力测功器又称为平衡发电机,作为负载用时,它吸收功率,其功用相当于直流发电机;但电力测功器还可以作驱动机械用,这时它输出功率,其功率则相当于直流发电机。利用电子控制的电力测功器能很好地模拟汽车的行驶阻力和惯性力。因此,它极大地扩大了底盘测功试验台的用途。电力测功器的制造成本较高,一般科研单位使用较多。

③电涡流测功器。汽车检测站和汽车维修企业使用的滚筒式底盘测功试验台,多采用电涡流测功器,如图5-9所示。电涡流测功器具有测量精度高、振动小、结构简单和易于调控等优点,并具有较宽的转速和功率范围。

电涡流测功器的定子,内部沿圆周布置有励磁线圈和涡流环,转子在励磁线圈和涡流环内转动。转子的外圆上加工有或镶有与圆柱齿轮相仿的、均匀分布的齿与槽,齿顶与涡流环留有一定空气隙。

当励磁线圈通以直流电时,在其周围形成磁场,磁场产生的磁力线通过转子、空气隙、流环和定子形成闭合磁路。由于转子外圆上的齿与槽是均布的,因而转子周围的空气隙也大小相间地均布,通过的磁力线也疏密相间。当转子旋转时,这些疏密相间的磁力线也同步旋转。

由于通过涡流环上任一点的磁力线呈周期性变化,因而在涡流环上感生涡电流。该涡电流与产生它的磁场相互作用而产生了对转子的制动力矩,因而测功器吸收了驱动车轮的输出功率。只要调节励磁电流的大小,就可以改变制动力矩(即吸收功率)的范围。电涡流测功器将因吸收功率而产生的涡电流转化为热能,因而涡流环的温度较高,需对其进行冷却,所以按冷却方式将电涡流测功器分为风冷式和水冷式两类。

(3)测量装置

因为测功器不能直接测出汽车驱动轮的输出功率值,而需要测出旋转运动时的转速与转矩,或直线运动时的速度与牵引力,再换算成其功率值。所以,底盘测功试验台必须配有测力装置与测速装置。

①测力装置。该装置能测出驱动轮产生的驱动力。驱动轮对滚筒施加的驱动力所形成的转矩,由测功器定子与转子间的制动作用传给可摆动的定子,定子则通过一定长度的测力杠杆2(图5-7)传给测力装置,然后由指示装置显示出来。

测力装置有机械式、液压式和电测式三种形式,目前应用较多的是电测式。电测式测力装置一般在测力杠杆外端安装测力传感器3(图5-7),将测力杠杆传来的力变成电信号,经处理后送到指示装置显示出来。

②测速装置。底盘测功试验台在进行测功、加速、等速、滑行和燃油经济性等试验时,都需要测试车速,因此必须配备测速装置。测速装置多为电测式,一般由速度传感器6(图5-7)、中间处理装置和指示装置组成。常见的速度传感器有磁电式、光敏式和测速发电机等形式,它们安装在从动滚筒一端,随滚筒一起转动,把滚筒的转动转变为电信号。与测速发电机配套的指示装置是一电压计,电压计的刻度盘以“km/h”标定。

③功率指示装置。如果测力装置为电测式,指示装置能直接指示驱动轮的输出功率。特别是计算机控制的底盘测功试验台,测力传感器和速度传感器输出的电信号送人计算处理后,可在指示装置上直接显示驱动轮的输出功率数。

测力装置为机械式和液压式的试验台,其指示装置仅能指示驱动轮的驱动力,驱动轮的输出功率Pfe应根据测得的驱动力和对应试验车速的关系为:

犽为(kW)式中犉是驱动车轮的驱动力(N);狏是试验车速(km/h)。

(4)辅助装置

①飞轮装置。有的底盘测功试验台还装有飞轮装置。飞轮由滚动轴承支承在底盘测功试验台的框架上,通过离合器与主滚筒相连。带有飞轮的底盘测功试验台称为惯性式底盘测功试验台,能模拟汽车的旋转惯量,进行加速性能和滑行性能等性能试验。飞轮的质量一般按照被测汽车的质量选取。

②举升装置。为了方便汽车进出底盘测功试验台,在主、从动滚筒之间设有举升装置。举升装置由举升器和举升平板组成。举升器有气动、液动和电动三种形式,以气动最为多见。气动举升器又有汽缸式和气囊式之分,气囊式结构简单、制造容易、成本低廉,已开始在底盘测功试验台上应用。

③控制装置。底盘测功试验台的控制装置和指示装置往往制成一体,形成柜式结构安置在底盘测功试验台机械部分左前易于操作和观察的地方。如图5-10所示为国产CDG-10C型底盘测功试验台控制柜面板图,控制柜上的按键、显示窗、旋钮、功能灯、报警灯、指示灯等,用来控制试验过程,显示试验结果。带有打印机的底盘测功试验台,还可打印出所测数据或曲线图。多数底盘测功试验台,还附有供冷却被检车辆发动机散热器用的冷风装置和为防止被检车辆在检测时驶出滚筒的纵向约束装置(三角木和钢质索链)。

2.台架检测方法

汽车开上底盘测功试验台前,必须通过路试运转至正常工作温度,然后调试发动机供油系、点火系至最佳工作状态,检查并紧固传动系、车轮的连接情况,检查轮胎气压并使之达到汽车制造厂的规定值。

车辆准备好后,开上底盘测功试验台,若为双滚筒试验台,将被测汽车驱动轮置于两滚筒之间,放下举升器平板,并视需要用三角木对车辆从动轮进行纵向约束。

(1)驱动轮输出功率或驱动力的检测

①发动机额定功率下,驱动轮的输出功率或驱动力。

在测试发动机额定功率和额定转速下驱动轮的输出功率和驱动力时,应将变速器挂人选定挡位,然后松开手制动,逐渐踩下油门踏板,发动机将逐渐加速。与此同时,用逐渐增大测功试验台励磁电流的方法给发动机加载,直到发动机在油门全开情况下,达到额定转速并以该转速稳定运转。此时就可以读取或打印驱动轮的输出功率或驱动力

的值。

②发动机最大转矩转速下,驱动轮的输出功率或驱动力。

在达到了上述试验的情况,即节气门全开、发动机转速达到额定值之后,保持节气门全开,并继续增大励磁电流给发动机加载,发动机转速将会下降,使转速到发动机最大转矩对应的转速为止,当运转稳定后,读取或打印驱动轮的驱动功率或驱动力值。

由此可见,如果要测量在变速器不同挡位下的驱动轮输出功率或驱动力,只要依次挂人不同挡位,按上述方法进行检测即可。在发动机发出额定功率时,挂直接挡,可测得驱动轮输出最大功率;当发动机发出最大转矩时,挂1挡,则可测量驱动轮的最大驱动力。

③发动机全负荷和选定车速下,驱动轮的输出功率或驱动力。

按照上面的做法,在节气门全开情况下,调节测功机励磁电流,使发动机以选定的车速所对应的转速运转。运转稳定后,可读取或打印该车速上驱动轮的输出功率或驱动力。

④发动机部分负荷和选定车速下,驱动轮的功率或驱动力。

做法与第③项相同,但节气门不要全开,而是部分打开,即在部分负荷下工作,待发动机以选定的车速所对应的转速稳定运转后,即可读取或打印该负荷和选定车速下驱动轮的输出功率或驱动力。

(2)汽车传动系传动效率0的检测

(3)加速时间测试方法

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