轉鼓試驗

轉鼓試驗台是汽車產品開發過程中的一個很重要的室內台架試驗設備，通過轉鼓試驗台不僅可以對汽車進行動力性檢測，而且還可以測量多工況排放指標及油耗等，為研究汽車的動力性、經濟性、舒適性和操縱穩定性等性能提供了堅實的試驗基礎，對加速汽車工業的發展、縮小產品研製周期、節約產品開發費用、提高汽車各項性能指標檢測的精度方面起到了重要作用。

基本介紹

• 中文名：轉鼓試驗
• 外文名：Drum test
• 學科：冶金工程
• 領域：冶煉
• 套用：汽車產品開發過程
• 類型：試驗設備

簡介

轉鼓試驗裝置組成

載入裝置，測量裝置，轉鼓組件，車輪舉升裝置，冷卻裝置，約束裝置，地坑覆蓋板

轉鼓試驗形式

單轉鼓： 轉鼓直徑一般在1500mm以上，2000—2500mm以下（定位要求高，車輪對中困難，精度較高）

雙轉鼓： 轉鼓直徑一般在185—400mm，隨車速而定（試驗精度較低，但使用方便，成本低）

轉鼓試驗功用

在轉轂試驗機上測試ABS的性能，可保障ABS正常工作，避免車輪抱死事故的發生，試驗汽車在試驗機的轉轂上模擬在路面上行駛的各種動態工況，並利用各種裝置對各動態工況進行測量、分析和判斷。多功能轉轂試驗機由計算機和可程式控制器控制：在被測試汽車加速時，通過電動機提供阻力矩模擬行駛阻力；在被測試汽車制動時，用慣性轉轂和傳動部件的轉動慣量模擬汽車移動部件的質量和轉動部件慣量。

轉鼓試驗台

轉鼓試驗台是汽車產品開發過程中的一個很重要的室內台架試驗設備，通過轉鼓試驗台不僅可以對汽車進行動力性檢測，而且還可以測量多工況排放指標及油耗等，為研究汽車的動力性、經濟性、舒適性和操縱穩定性等性能提供了堅實的試驗基礎，對加速汽車工業的發展、縮小產品研製周期、節約產品開發費用、提高汽車各項性能指標檢測的精度方面起到了重要作用。為了確保汽車測試的精度和準確度，在轉鼓試驗台投入使用前需要對轉鼓試驗台系統進行標定，驗證轉鼓試驗台系統是可靠，準確的。轉鼓表面牽引力是測試中一個重要參數，力感測器是間接測量滾筒表面牽引力的工具，對轉鼓試驗台標定完成之後，力感測器的信號會輸送給計算機並顯示滾筒表面的受力。這樣為轉鼓試驗台的後續標定奠定了基礎。

轉鼓表面牽引力的測量原理

由於汽車轉鼓試驗台結構的特殊性，測量轉鼓表面牽引力時，無法在光滑的轉鼓表面安裝載入裝置，而是通過測量轉鼓表面牽引力的測試系統作用到拉力感測器上的力間接得到的。對汽車轉鼓表面牽引力的標定是通過對拉力感測器的標定實現的，力感測器受到感應後，輸出的是電壓數字量，因此對應每個質量，都會有一個相應的電壓值。

轉鼓的測力裝置一般分為扭矩感測器和測力感測器2種，實現對汽車牽引力矩和牽引力的測量，當前使用的大部分是電力轉鼓試驗台，其控制界面顯示轉鼓表面的牽引力，而不是牽引力矩，因此牽引力測量使用拉力感測器測量，不再使用扭矩感測器。

拉力感測器是一種將力信號轉變為可測量的電信號輸出的裝置，由兩個拉力傳遞部分和力敏器件組成。拉力傳遞部分用於力的傳遞，中間的力敏器件裝是有壓電片和壓電片墊片的彈性體。彈性體在外力作用下產生彈性形變，使貼上在它表面的電阻應變片也隨同產生變形，它的阻值也將發生相應的變化，再經相應的測量電路把這一電阻變化轉換為電信號，從而完成將外力變換為電信號的過程，能適用於轉鼓牽引力測量的各項要求。

轉鼓表面牽引力的標定方案設計

通過對拉力感測器的標定實現轉鼓表面牽引力測試系統的標定。在感測器的實際使用過程中，其零點、滿量程、線性度、及重複度可能會發生變化，而在汽車測試過程中，要求測試結果與真實程度不發生太大變化，這就要求對拉力感測器的零點、滿量程、線性度以及重複度進行專門的標定，標定中採用雙向標定臂比以往採用單向臂標定可以減小額外扭矩的影響。

標定臂

標定臂是安裝在電機外殼上面，在標定臂端載入固定質量的砝碼，用於模擬作用在電機外殼上的力矩。以往的標定臂是單向臂，使用金屬製成且是不規則的幾何體，自身有一定質量，由於質心很難確定，對電機殼產生的力矩無法精確求出。雙向臂可以補償這方面引起的偏差，雙向臂的質量中心位於其幾何對稱線上，垂直於電機外殼的上表面，並穿過電機主軸迴轉中心，所以雙向臂的自重不對電機外殼產生力矩作用，也不會作用到拉力感測器上。砝碼載入時，放置在雙向臂一側的左右兩端，可以避免產生載入位置不對稱而產生額外的扭矩影響牽引力測試結果。

通過雙向臂寬度L與電機外殼半徑R之比L/R，可以划算得到作用在轉鼓電機外殼上拉力感測器上的力：F=W×L/2R，W為標定臂一端載入的砝碼質量，L 為標定臂長，R為滾筒半徑，F為感測器測量值。

轉鼓表面牽引力零點和滿量程標定

標定前對轉鼓進行20min熱機，降低轉鼓電機主軸與轉鼓連線的軸承的摩擦力，提高系統靈敏度，使拉力感測器能夠實時地採集到當前載荷數據。熱機完成後啟動轉鼓制動，是轉鼓固定在轉鼓框架上，使外界的干擾不會導致轉鼓產生運動和載荷。

完成轉鼓試驗台的開機和制動之後，在轉鼓電機不載入，標定臂兩端沒有懸掛砝碼的情況下，讀取轉鼓試驗台控制界面上的當前牽引力值，如果牽引力值不為零，那么將當前讀數設定為零點。然後在標定臂的一側逐個載入砝碼，並記錄每次載入後控制界面上顯示的測量結果，直到載入到滿量程，檢查當前的讀數是否與轉鼓試驗台設計量程相等，若存在差異，將當前值設定為滿量程刻度，再逐一卸載砝碼並記錄測量結果。

按照同樣地方法在標定臂的另一端載入砝碼並記錄結果至滿量程，完成對牽引力零點及滿量程的標定。

拉力感測器線性度和重複度的標定

在牽引力零點和滿量程標定過程中，將載入和卸載砝碼採集到的數據記錄的平均值用一次擬合的方法進行線性擬合得到線性方程的擬合曲線，檢驗拉力感測器的線性度和重複度。

標定結果分析

本文採用選擇標定壓力的標定方法，標定點的選取是根據轉鼓表面牽引力大小範圍加以選擇，並使標定壓力的選取落在壓力感測器獲取最佳精度的壓力範圍，能比一點標定法獲得較高的標定精度。用EXCEL將數據進行處理可以得到線性方程y=849.03x+29.624，得到曲線圖。

獲得的標定曲線表現出該感測器線性度和重複度較好，兩個方向的載入誤差都比較小，符合了轉鼓試驗台測試要求。

總結

以往的標定方法中的標定臂是單向臂，單側載入砝碼，這對電機殼產生的額外力矩無法精確求出，由此產生的誤差無法彌補。

本文基於國內轉鼓試驗台設計採用雙向臂一側兩端加砝碼的標定方法，一定程度上彌補了單向臂標定產生的額外誤差，標定過程中，為了拉力感測器能夠實時地採集到當前載荷數。標定前需要對轉鼓進行20min熱機降低系統的摩擦力。載入砝碼時，雙向臂的輕微顫抖會對讀取的數據產生較大的影響，待雙向臂完全靜止時讀取數據。通過標定力感測器零點、滿量程、線性度、及重複度實現對轉鼓表面牽引力的精確標定，比採用單向臂一端加砝碼標定法能有效的減少測量誤差，提高轉鼓試驗台的測量精度，確保汽車各項性能測試的精度和準確度，為國內轉鼓試驗台的深入研究提供一定的標定方法參考。