技术领域
[0001] 本
发明属于
汽车及其
动力总成零部件性能台架测试技术领域，具体涉及一种带负载的转动惯量模拟装置。
背景技术
[0002] 在汽车及其动力总成零部件开发过程中，经过前期仿真设计过程之后，通常需要进行大量试验对零部件设计性能进行验证。通常采用的试验手段包括实车试验和台架试验两种方法。实车试验由于最贴近汽车及其零部件的实际工作状态，结果可信度最高，但是其试验周期长，试验成本高昂；而台架试验由于其具有试验周期短，试验成本低，试验条件灵活且可控性好，安全性高等优点已成为汽车开发过程中广泛采用的重要测试技术手段。
[0003] 在开展多种台架试验时(诸如动力总成台架试验、变速箱台架测试、
制动器台架试验等)，为了使零部件的测试工况更贴近于实际工作状态，进而使测试结果更具有参考性，一方面，需要对零部件总成所要搭载车型的行驶惯量进行模拟，另一方面，要求试验台架能够按照试验要求在零部件总成动力输出端提供相应的阻力以形成功率闭环。
[0004] 现有测试技术中通常根据所模拟的惯量要求通过设置多
块金属惯量盘的组合来模拟车辆行驶惯量，并通过在动力输出端设置电力测功机、
水涡流测功机等测功设备模拟系统阻力，吸收系统功率。虽然测功设备具有能够持续提供稳定负载的能力，但是其成本高昂，并且与惯量盘结合使用之后对测试场地以及配套设备的要求较高，不利于简易地进行小功率以及性能要求较低的测试。因此，在进行简易试验时，现有的试验装置是通过在功率输出端设置制动器来吸收功率，进而为台架试验提供阻力。但是，由于制动器
热容量较小，制动器在提供阻力的同时会产生较大温升，伴随着
温度升高，制动器往往会发生热衰退现象，导致无法试验为装置持续提供稳定的阻力。
发明内容
[0005] 针对上述
现有技术中存在的
缺陷，本发明提供例如一种带负载的转动惯量模拟装置，该装置适用于开展简易台架试验，能够在提供模拟转动惯量的同时，持续稳定地负载阻力。结合
说明书附图，本发明的技术方案如下：
[0006] 一种带负载的转动惯量模拟装置，包括机械支承组件、惯量模拟组件和阻力模拟组件；
[0007] 所述机械支承组件中，中心
转轴13水平
支撑安装在测试平台上并与被测试件的
输出轴同轴连接，制动片
支架16固定在测试平台上；
[0008] 所述惯量模拟组件由一个基盘21和多个附盘22组成，基盘21同轴固定在中心转轴13端部，多个附盘22同轴固连成一体同轴固定安装在中心转轴13的中部；
[0009] 所述阻力模拟组件中，制动片31与回位
弹簧32一一对应设置；制动片31内表面固定有
摩擦片，两个制动片31为一组，成组的制动片31对应设置在附盘22外侧，制动片31顶部铰接在制动片支架16上，两个制动片31底部通过
连杆35与液压工作缸36两端相连，液压工作缸36伸缩运动带动两端的制动片31相对于中间的附盘22闭合或张开，当两端的制动片31闭合时，制动片31内表面的摩擦片与旋转的附盘22
接触摩擦实现阻力加载，当两端的制动片31张开时，制动片31内表面的摩擦片与旋转的附盘22相分离实现阻力卸载；所述回位弹簧32一端连接在制动片31外圆面上，另一端连接在制动片支架16上，在无外力作用下，制动片31在回位弹簧32的弹簧弹力作用下与附盘22相分离。
[0010] 进一步地，所述中心转轴13通过
联轴器14与被测试件相连；
[0011] 所述中心转轴13的两端分别通过内部装有
轴承的轴承座12可旋转地安装在轴承支架11上，所述轴承支架11底部紧固在测试平台上；
[0012] 所述制动片支架16为
门形结构，横跨在阻力模拟组件外侧。
[0013] 进一步地，所述基盘21通过平键安装在中心转轴13上，中心转轴13一端设有阶梯
法兰，基盘21轴向
定位于阶梯法兰内端面，并通过
螺栓与阶梯法兰固定连接；
[0014] 所述附盘22通过平键安装在中心转轴13上，且相邻的附盘22之间通过螺栓依次固定连接，位于内侧的附盘22轴向定位于基盘21的端面上，位于外侧的附盘22被
螺纹连接在中心转轴13另一端的螺纹紧固法兰15沿轴向压紧固定。
[0015] 进一步地，在多个基盘21中，与制动片31对应设置的基盘21外圆面为光滑圆柱面，其余基盘21外圆面上设有
散热片。
[0016] 进一步地，所述阻力模拟组件中有多组制动片31对应安装在相隔设置的附盘22外侧，位于径向同一侧的制动片31底部通过连杆35相连，液压工作缸36两端分别与连杆35相连，实现控制多组制动片31联动。
[0017] 进一步地，所述制动片31顶部通过球轴承33与制动片支架16顶部的铰轴铰接；
[0018] 所述制动片31底部通过调
心轴承34与连杆35铰接；
[0019] 液压工作缸36两端与安装在连杆35中部的轴承固连。
[0020] 进一步地，所述液压工作缸36与液压油路加载装置相连；
[0021] 所述液压油路加载装置是由变量
液压泵37、电磁调节溢流
阀38、两位四通换向阀39、
蓄能器310和油箱311组成的调压回路；
[0022] 变量
液压泵37的油液输入端通过油管与油箱311相连，变量液压泵37的油液输出端与电磁调节溢流阀38相连的同时还与两位四通换向阀39相连，电磁调节溢流阀38的输入端通过液压管路与变量液压泵37的油液输出端相连，电磁调节溢流阀38的输出端与油箱311相连，两位四通电磁换向阀39的四个
接口分别与液压工作缸36的两个腔体的油路接口、变量液压泵37的液压油输出口以及油箱311相连，蓄能器310接在工作缸无杆腔的工作油路上。
[0023] 进一步地，所述转动惯量模拟装置还包括散热组件；
[0024] 所述散热组件由鼓
风机和风冷系统组成，所述鼓风机设置于惯量模拟组件的径向侧面，散热组件利用鼓风机并通过风冷系统对惯量模拟组件以及阻力模拟组件进行风冷降温。
[0025] 更进一步地，所述转动惯量模拟装置还包括调节控制组件；
[0026] 所述调节控制组件包括中央
控制器和转矩
传感器，所述转矩传感器检测被测试件的输出端与中心转轴13之间的实时
扭矩并发送至中央控制器；
[0027] 所述中央控制器还分别与变量液压泵37、电磁调节溢流阀38和两位四通换向阀39，实现对变量液压泵37向外输出的油压以及电磁调节溢流阀38和两位四通换向阀39的动作进行控制。
[0028] 更进一步地，所述转动惯量模拟装置还包括调节控制组件；
[0029] 所述调节控制组件包括中央控制器和温度传感器，所述温度传感器检测附盘22周围环境实时温度并发送至中央控制器；
[0030] 所述中央控制器还与散热组件中的鼓风机控制连接，实现对鼓风机的工作状态进行控制。
[0031] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0032] 1、在需要提供负载的台架试验中，与测功机搭配惯量模拟装置的方案相比，本发明所述的转动惯量模拟装置通过采用制动片直接对模拟惯量的附盘施加
摩擦力产生负载阻力，显著降低成本，且结构简单，在简易台架试验或其他试验条件受限的情况下，更加便于开展台架试验。
[0033] 2、与制动器搭配惯量模拟装置的方案相比，本发明所述的转动惯量模拟装置无需另加
刹车盘，结构更加简单；此外，本发明所述装置以金属材质的附盘作为摩擦对象，由于金属导热率高，且阻力模拟组件中附盘体积明显大于
制动盘，使得附盘热容量较大，
传热散热较快，热衰退现象显著减少，故而本发明所述模拟装置能够较长时间稳定持续地供给负载阻力。
[0034] 3、本发明所述转动惯量模拟装置集传统形式的惯量模拟装置与负载力矩发生装置于一体，结构精简，占地面积小，便于布置，对测试环境的条件要求较低。
[0035] 4、本发明所述转动惯量模拟装置采用闭环控制的形式，当用于摩擦的制动片磨损之后，控制器能够根据采集到的转矩值变化，直接调控液压油路加载装置施加给液压控制缸的压力，从而实现对制动片磨损量自动补偿的功能，使测试性能更加稳定。
附图说明
[0036] 图1为本发明所述转动惯量模拟装置整体结构轴测图；
[0037] 图2为本发明所述转动惯量模拟装置整体结构轴测图(不含制动片支架)；
[0038] 图3为本发明所述转动惯量模拟装置局部结构剖视图；
[0039] 图4为本发明所述转动惯量模拟装置中，惯量模拟组件与阻力模拟组件的分解示意图；
[0040] 图5为本发明所述转动惯量模拟装置所模拟的制动阻力值增大时的原理示意图；
[0041] 图6为本发明所述转动惯量模拟装置所模拟的制动阻力值减小时的原理示意图；
[0042] 图7为本发明所述转动惯量模拟装置中，液压加载机构的工作原理简图；
[0043] 图中：
[0044] 11轴承支架， 12轴承座， 13中心转轴， 14联轴器，[0045] 15螺纹紧固法兰， 16制动片支架；
[0046] 21基盘， 22附盘；
[0047] 31制动片， 32回位弹簧， 33球轴承， 34调心轴承，[0048] 35连杆， 36液压工作缸， 37变量液压泵， 38电磁调节溢流阀，[0049] 39两位四通换向阀， 310蓄能器， 311油箱；
具体实施方式
[0050] 为清楚、完整地描述本发明所述技术方案，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：
[0051] 本发明公开了一种带负载的转动惯量模拟装置，包括机械支承组件、惯量模拟组件、阻力模拟组件、散热组件以及调节控制组件。其中，惯量模拟组件与阻力模拟组件均通过机械支承组件支撑安装，阻力模拟组件位于惯量模拟组件外侧，直接向惯量模拟组件施加制动阻力，散热组件与惯量模拟组件和阻力模拟组件相对设置，对惯量模拟组件和阻力模拟组件进行散
热处理，调节控制组件分别对阻力模拟组件和散热组件的工作状态进行监测，进而实现对转动惯量模拟装置的阻力和温度进行闭环控制。
[0052] 所述机械支撑组件为转动惯量模拟装置的载体和
基础，为整个转动惯量模拟装置提供稳定的支撑作用，并将整个转动惯量模拟装置可靠地固定在测试平台(地平
铁)上。
[0053] 如图1、图2和图3所示，所述机械支承组件包括：轴承支架11、轴承座12、中心转轴13、联轴器14、螺纹紧固法兰15和制动片支架16。
[0054] 其中，中心转轴13的轴端通过平键与联轴器14同轴相连，中心转轴13通过联轴器14与被测试件的输出轴同轴相连。中心转轴13的两端分别通过内部装有轴承的轴承座12可旋转地支撑安装在轴承支架11上，所述轴承支架11底部紧固在测试平台上。中心转轴13一端设置有阶梯法兰，所述阶梯法兰的内侧端面用于对惯量模拟组件的基盘21进行轴向定位，所述阶梯法兰的端面上沿圆周方向均匀开有螺栓孔，基盘21通过螺栓紧固在该阶梯法兰的内侧端面上。中心转轴13中部外圆面上设有两个对称的平键，用于与惯量模拟组件的基盘21和附盘22内孔
侧壁上开始的
键槽相连接以传递扭矩，使转轴13能够可靠地带动惯量模拟组件中的基盘21和附盘22同步旋转。中心转轴13另一端外圆表面开有
外螺纹，所述螺纹紧固法兰15与中心转轴13
螺纹连接，进而实现从中心转轴13的另一端将套装在中心转轴
13上的基盘21和附盘22沿轴向压紧在中心转轴13一端的阶梯法兰内侧端面上。所述制动片支架16为整体
刚度较高的门形
框架结构，在制动片支架16上沿着外轮廓设置有多组加强筋以提高支架刚度，所述制动片支架16通过螺栓可靠紧固在测试平台(地平铁)上，制动片支架16的内侧顶部前后左右对称地设有四个铰轴，铰轴轴线与中心转轴13的轴向平行，该铰轴用于与阻力模拟组件中的制动片31交接；制动片支架16的内侧位于铰轴下方对称地设有弹簧
耳板，用于连接阻力模拟组件中的回位弹簧一端。当阻力模拟组件开始工作时，其所产生的制动阻力的反作用力由制动片支架16承受。
[0055] 所述惯量模拟组件由多个金属盘堆叠而成，并同轴安装在中心转轴13上，以实现与被测试件的输出轴同轴布置，并且同步转动，惯量模拟组件为被测试件模拟相应的转动惯量，使得被测试件的测试工况接近其在实际应用场合下的工作状态。
[0056] 如图2、图3和图4所示，所述惯量模拟组件包括：一个基盘21和多个附盘22。
[0057] 其中，基盘21为实心金属圆盘，基盘21的圆心开有带平键槽的内孔，基盘21通过内孔上的平键槽与中心转轴13上的平键配合连接以传递扭矩，二者实现同步旋转；基盘21的内孔侧面与中心转轴13的外圆面过渡配合连接以保证二者的同心度；基盘21的外端面压靠在中心转轴13上的阶梯法兰内侧面上进行轴向定位；与中心转轴13的阶梯法兰端面的螺栓孔相对应的，在基盘21内孔的周围沿圆周均匀开设有一圈螺栓孔，基盘21与中心转轴13的阶梯法兰通过螺栓同轴紧固连接。
[0058] 在本具体实施方式中，附盘22有五个，附盘22亦均为实心金属圆盘，且附盘22的体积是制动盘体积的20倍，尺寸明显大于制动盘。所述附盘22的圆心均开有带平键槽的内孔，各个附盘22通过内孔上的平键槽均与中心转轴13上的平键配合连接以传递扭矩，各个附盘22与中心转轴13实现同步旋转。附盘22内孔侧面均与中心转轴13的外圆面过渡配合连接以保证各个附盘22与中心转轴13的同心度。在附盘22内孔周围沿圆周方向均匀开设有四个孔，其中，有两个螺栓孔和两个沉台孔，螺栓孔和沉台孔交错布置，即两个螺栓孔和两个沉台孔分别沿径向相对设置。装配时，多个附盘22依次同轴堆叠安装，后一个附盘22通过前一个附盘22的端面进行轴向定位，相邻的两个附盘22上的沉台孔与螺栓孔的
位置相互对应，使得后一个附盘22能够通过沉台孔由紧固螺栓紧固于前一个附盘22上的螺栓孔内，以使五个附盘22固连为一体形成附盘总成。在最外侧的附盘22外侧，通过螺纹连接在中心转轴13端部的螺纹紧固法兰15将附盘总成沿轴向
锁止，进而实现将套装在中心转轴13上的基盘21和附盘22沿轴向压紧在中心转轴13的阶梯法兰内侧端面上。
[0059] 此外，附盘22的外圆面有两种形态：如图3和图4所示，与阻力模拟组件中的制动片31对应安装形成
摩擦副的附盘22外圆面为圆柱光面，附盘22的圆柱光面与制动片31作用面相配合，作为制动作用力发生面；其余的附盘22外圆面上沿圆周方向设置有
散热片，所述散热片能够加大附盘22与空气的接触面积，当附盘22在中心转轴13的带动下转动时，可有效提高转动惯量模拟装置的散热效率。
[0060] 所述阻力模拟组件通过由液压工作缸控制运动的四个制动片直接包覆惯量模拟组件中附盘的外圆面，使本发明所述转动惯量模拟装置为被测试件模拟相应的转动负载阻力，并且通过控制液压工作缸施加的作用力，进而控制惯量模拟装置提供的阻力大小。
[0061] 如图1、图2和图4所示，所述阻力模拟组件包括：四个制动片31，四个回位弹簧32，四个球轴承33，四个调心轴承34，两根连杆35，一个液压工作缸36以及液压油路加载装置。
[0062] 其中，所述制动片31为半圆弧形，制动片31的圆弧半径稍大于附盘22的半径，以使制动片31的内侧面与惯量模拟组件的附盘22的外圆面相匹配，制动片31由外层的弧形金属骨架与固定设置在金属骨架内圆面上的由
摩擦材料制成的摩擦片组成。所述制动片31每两个相向对称设置为一组，本具体实施方式中有两组制动片31，两组制动片31分别与惯量模拟组件中相隔设置的附盘22的外圆表面对应设置。制动片31的金属骨架顶端通过球轴承33与制动片支架16顶部内侧的铰轴可旋转地连接；制动片31的金属骨架外侧中部设有弹簧勾，回位弹簧32的一端连接在制动片31的弹簧勾上，回位弹簧32的另一端连接在制动片支架16内侧的弹簧耳板上，所述回位弹簧32为拉力弹簧，回位弹簧32的设置使得当转动惯量模拟装置不需要提供阻力时，制动片31能够与附盘22的外圆面完全分离而避免刮蹭；两组制动片31中，位于径向同一侧的两个制动片31的金属骨架底端通过调心轴承34可旋转地连接在与中心转轴13轴线平行设置的连杆35的两端，位于径向同一侧的两个制动片31在连杆35的带动下同步摆动，所述调心轴承34用于抵消制动片31的不均匀磨损引起的位置变化。
所述液压工作缸36与中心转轴13轴线垂直设置，液压工作缸36的两端分别通过球轴承与两侧的连杆35中部可旋转地连接。所述液压工作缸36的有杆腔和无杆腔两腔体分别与液压油路加载装置管路连接，形成液压控制回路。
[0063] 所述液压油路加载装置通过产生特定压强的工作液压，为制动片31对磨附盘22提供需要的压紧力，液压油路加载装置为典型的调压回路。
[0064] 如图7所示，所述液压油路加载装置由变量液压泵37、电磁调节溢流阀38、两位四通换向阀39、蓄能器310和油箱311组成。
[0065] 其中，变量液压泵37的油液输入端通过油管与油箱311相连，油液输出端与电磁调节溢流阀38相连的同时还与两位四通换向阀39相连，通过调节控制组件控制变量液压泵37的输出压力，进而对液压油路输入特定压力的工作油液。电磁调节溢流阀38的输入端通过液压管路与变量液压泵37的油液输出端相连，进而与工作油路相连，电磁调节溢流阀38的输出端与油箱311相连，电磁调节溢流阀38的溢流压力同样受调节控制组件控制。两位四通电磁换向阀39的四个接口分别与液压工作缸36的两个腔体的油路接口、变量液压泵37的液压油输出口以及油箱311相连，根据需求控制液压管路连通方向，进而控制液压工作缸36伸出或缩回动作。其中，蓄能器310接在工作缸无杆腔的工作油路中，用于消除油压脉动，稳定工作油路的工作压力。
[0066] 上述阻力模拟组件的工作过程如下：当需要所述转动惯量模拟装置提供负载阻力时，如图5所示，液压加载装置向液压工作缸36供给液压油，液压加载装置中的两位四通换向阀39处于第一工作位，使得液压工作缸36正向运动而收紧，带动两端的连杆35相互靠近，进而连杆35又带动连杆两端的制动片31克服其回位弹簧32的阻力，绕制动片支架16上的铰轴欲向内转动，即向靠近附盘22的方向有转动的趋势，直至制动片31内弧面上的摩擦片贴紧在附盘22的外圆面上。随着液压工作缸36有杆腔内的油压继续上升，液压工作缸36两端的收缩力增大，使得制动片31内弧面上的摩擦片继续束紧在附盘22的外圆面上，与附盘22的外圆面相摩擦，产生克服附盘22继续转动的摩擦阻力，由此对测试系统提供阻力。被测零部件输出的机械能转化为附盘22的
热能耗散掉。如图6所示，当需要所述转动惯量模拟装置卸掉负载阻力时，液压加载装置向液压工作缸36供给液压油，液压加载装置中的两位四通换向阀39在调节控制组件的控制下，切换至第二工作位，液压工作缸36反向运动而释放，带动两端的连杆35相互远离，进而连杆35又带动连杆两端的制动片31绕着制动片支架16上的铰轴欲向外转动，即向远离附盘22的方向有转动的趋势，负载阻力逐渐减小最后，在回位弹簧32的恢复拉力作用下，制动片31完全离开金属盘22的外圆面，负载阻力完全卸载。
[0067] 所述散热组件(图中未显示)由鼓风机和风冷系统组成，散热组件利用鼓风机并通过风冷系统对惯量模拟组件以及阻力模拟组件进行风冷散热降温。其中，所述鼓风机设置于惯量模拟组件的径向侧面，鼓风机的控制
信号输入端与调节控制组件信号连接。调节控制组件根据设置在惯量模拟组件周围的
热电偶温度传感器监测惯量模拟组件周围的实时温度状态，对鼓风机发出
控制信号。当惯量模拟组件温度过高时，鼓风机以大功率工作，保证及时散去产生的热量；当惯量模拟组件温度降低到可接受范围时，鼓风机则停止工作。
[0068] 所述调节控制组件(图中未显示)通过采集经中间轴13传递出的负载阻力转矩及惯量模拟组件周围
环境温度，以实现对阻力模拟组件施加的负载阻力和散热组件施加的散热
风力进行闭环控制，最终使得本发明所述转动惯量模拟装置提供的负载阻力稳定且精确，并使得转动惯量模拟装置整体温度处于合适的值，避免摩擦片产生热衰退。
[0069] 所述调节控制组件包括：中央控制器、转矩传感器和温度传感器。转矩传感器和温度传感器分别与中央控制器信号连接，以接收转矩传感器和温度传感器采集的信号信息，此外，中央控制器还分别与阻力模拟组件中液压加载装置的变量液压泵37、电磁调节溢流阀38和两位四通换向阀39，以及散热组件中的鼓风机信号控制连接，以控制液压加载装置外输出的液压力，进而控制向液压工作缸36运动。其中，转矩传感器设置于被测试件的输出端与中心转轴13之间，当阻力模拟组件工作时，通过采集被测试件输出端与中心转轴13之间产生的扭矩大小判断阻力模拟组件所提供的扭矩值，并将扭矩信号实时反馈给中央控制器，中央控制器将转矩传感器采集到的扭矩实时值与系统内部的设定值进行比较。当扭矩实时值大于设定值时，中央控制器控制阻力模拟组件中液压加载装置的变量液压泵37减小向外输出的油压，使得制动片31与附盘22外圆面之间的摩擦力减小；当扭矩实时值小于设定值时，中央控制器控制变量液压泵37增大油压，使得制动片31与惯量盘22外圆之间的摩擦力增大直到满足测试要求为止。与此同时，中央控制器还控制电磁调节溢流阀38和两位四通换向阀39动作，以实现液压工作缸36的运动方向及运动速度的控制。温度传感器设置于靠近阻力模拟组件中的附盘22处，用以测量附盘22周围环境温度，并将温度信号实时反馈给中央控制器，中央控制器比照温度传感器采集到的实时温度值与安全值的相对大小。当温度传感器检测到附盘22周围环境温度过高时，中央控制器将控制散热组件中的鼓风机以大功率工作，保证及时散去产生的多余热量；当附盘22周围环境温度降低到可接受范围时，中央控制器将控制鼓风机停止工作。
