節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)滑行內(nèi)阻測(cè)定裝置及測(cè)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車(chē)節(jié)能領(lǐng)域，更確切地說(shuō)屬于全新的節(jié)能競(jìng)技比賽領(lǐng)域，涉及一種測(cè)定節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)滑行內(nèi)阻測(cè)定裝置及其測(cè)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著近年來(lái)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)問(wèn)題已經(jīng)越來(lái)越被人們重視。在此背景下，節(jié)能競(jìng)技比賽應(yīng)運(yùn)而生。其目的是設(shè)計(jì)一輛以發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源的節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)，用最少的油耗跑完指定路程。此類(lèi)賽車(chē)的等效油耗為幾百到幾千公里每升汽油不等。
[0003]節(jié)能克技賽車(chē)最顯著的特征是米用了“加速--滑行”的行駛策略，在不需要驅(qū)動(dòng)力時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行滑行。傳統(tǒng)研究將汽車(chē)的行駛阻力分為滾動(dòng)阻力、空氣阻力、坡度阻力和加速阻力。普通汽車(chē)很少有空擋滑行的狀態(tài)，并且滑行時(shí)由汽車(chē)行駛系內(nèi)部組件之間的相互摩擦、拖拽和由傳動(dòng)系、制動(dòng)系等產(chǎn)生的滑行內(nèi)阻相對(duì)其他阻力而言較小，因此設(shè)計(jì)者并不關(guān)心滑行內(nèi)阻的大小。而基于此種特殊行駛策略的節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)，滑行內(nèi)阻的大小卻顯著影響油耗的多少。
[0004]車(chē)輪的定位參數(shù)會(huì)對(duì)滑行性能有一定影響，尤其對(duì)節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)，此種影響更為顯著。然而，目前尚沒(méi)有關(guān)于此方面的資料和試驗(yàn)方法。
[0005]汽車(chē)的滑行性能要通過(guò)滑行試驗(yàn)來(lái)測(cè)得。而滑行試驗(yàn)只能粗略檢測(cè)汽車(chē)的傳動(dòng)系和制動(dòng)系有無(wú)阻滯現(xiàn)象，并測(cè)得整車(chē)狀態(tài)下一個(gè)大致的滑行阻力系數(shù)，不能排除空氣阻力和滾動(dòng)阻力的影響，這對(duì)致力于改善滑行性能的節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)的設(shè)計(jì)而言并不適用。
[0006]目前，對(duì)于汽車(chē)傳動(dòng)系阻力的試驗(yàn)研究一般采用底盤(pán)測(cè)功機(jī)反拖汽車(chē)驅(qū)動(dòng)輪的方法。但是，節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)體積和質(zhì)量較小，相應(yīng)的阻力和普通汽車(chē)相比并不在同一量級(jí)，普通汽車(chē)底盤(pán)測(cè)功機(jī)不能滿(mǎn)足精度要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了完善現(xiàn)有車(chē)輛滑行內(nèi)阻試驗(yàn)研究的不足，解決普通底盤(pán)測(cè)功機(jī)無(wú)法滿(mǎn)足測(cè)定要求的問(wèn)題，而提供一種節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)滑行內(nèi)阻測(cè)定裝置及測(cè)定方法。
[0008]本發(fā)明以車(chē)輛縱向受力平衡為基礎(chǔ)，以電動(dòng)機(jī)作為拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源來(lái)模擬車(chē)輛的行駛狀況，并利用數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)模塊對(duì)車(chē)速以及滑行時(shí)輪胎滾阻和底盤(pán)內(nèi)阻等效成的外阻力進(jìn)行測(cè)量和采集。本發(fā)明不僅可以測(cè)量滑行時(shí)由于車(chē)輛底盤(pán)內(nèi)阻產(chǎn)生的阻力大小，還可以把阻力大小與滑行速度大小相聯(lián)系。
[0009]本發(fā)明之節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)滑行內(nèi)阻測(cè)定裝置是由電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)、拉力測(cè)量模塊和數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)模塊組成；
所述的電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)包括有底座、限位板、滾筒支架、聯(lián)軸器、支撐板、滾筒、傳送帶、電機(jī)支架和電動(dòng)機(jī)，限位板用螺栓固定在底座上，限位板的上部可伸縮，便于調(diào)整寬度，在測(cè)定過(guò)程中起到限制被測(cè)節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)橫向位移的作用，限位板可以在底座的長(zhǎng)條孔中前后移動(dòng)，便于找到適于限制車(chē)輛橫向位移的點(diǎn)。滾筒支架焊接在電機(jī)支架上，滾筒支架用于支撐滾筒，電動(dòng)機(jī)用螺栓固定在電機(jī)支架上，電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與滾筒連接，以帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)方向以支撐板上部傳送帶張緊為準(zhǔn)。支撐板的豎直部分焊接在電機(jī)支架上，支撐板的水平部分布置在輪胎與傳送帶的理論接觸點(diǎn)下方，以便支撐車(chē)輛豎直方向的重量，支撐板的水平部分用鋼板和螺栓連接到電機(jī)支架上進(jìn)行加固，確保支撐板可以承受被測(cè)節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)的重力。支撐板和傳送帶之間需涂有減摩涂料，以減小兩者之前的滑動(dòng)摩擦，防止過(guò)多熱量產(chǎn)生。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由專(zhuān)門(mén)的電機(jī)控制器控制。
[0010]所述的拉力測(cè)量模塊包括滑輪支架、滑輪、連接車(chē)輛和拉力傳感器的剛性繩，滑輪支架通過(guò)螺栓固定在底座的前部，滑輪支架的位置可以在底座前部長(zhǎng)條狀的孔中調(diào)整，以便找到一個(gè)合適的測(cè)量位置?；喼Ъ艿捻敳吭O(shè)有軸承孔，滑輪支架通過(guò)軸承與滑輪連接，剛性繩的一端固連在車(chē)輛上，剛性繩繞過(guò)滑輪，剛性繩的另一端與拉力傳感器固連，拉力傳感器固定在滑輪支架上。當(dāng)車(chē)輛有向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)，剛性繩便會(huì)對(duì)拉力傳感器產(chǎn)生一定的拉力。
[0011]所述的數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)模塊C由轉(zhuǎn)速測(cè)量部分、拉力測(cè)量部分、數(shù)據(jù)顯示部分和數(shù)據(jù)傳輸部分組成，其核心部件是STC89C52單片機(jī)。轉(zhuǎn)速測(cè)量部分是霍爾轉(zhuǎn)速傳感器，霍爾轉(zhuǎn)速傳感器固連在車(chē)輪上，車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)使霍爾轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生高低脈沖信號(hào)，傳送到單片機(jī)；拉力測(cè)量部分由拉力傳感器HX711AD數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊組成，拉力傳感器通過(guò)拉力使自身產(chǎn)生的應(yīng)變產(chǎn)生模擬信號(hào)，通過(guò)HX711AD數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳送到單片機(jī)；數(shù)據(jù)顯示部分是IXD1602顯示屏，IXD1602顯示屏顯示當(dāng)前經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)速換算成的車(chē)速和當(dāng)前測(cè)得的拉力值；數(shù)據(jù)傳輸部分是PL2302轉(zhuǎn)換器，PL2302轉(zhuǎn)換器將單片機(jī)產(chǎn)生的TTL信號(hào)轉(zhuǎn)換，通過(guò)USB發(fā)送到PC端。
[0012]本發(fā)明的測(cè)定方法包括以下步驟:
1、將被測(cè)節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)的車(chē)身去除，保證輪胎有足夠的胎壓，以盡量模擬節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)滑行時(shí)的真實(shí)狀況；
2、使節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)處于工作狀態(tài)，以限制其縱向移動(dòng)，之后將其安放到指定位置，使車(chē)輪恰好在支撐板的正上方，若位置有誤差，調(diào)整電機(jī)支架的在底座上的位置以適應(yīng)被測(cè)節(jié)能克技賽車(chē)的軸距；
3、調(diào)整限位板的長(zhǎng)度，使其剛好不碰到被測(cè)節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)的車(chē)架為最佳，以限制賽車(chē)的橫向位移；
4、將拉力測(cè)量模塊中的剛性繩與被測(cè)的節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)的車(chē)架固連，要保證連接的可靠性；
5、將被測(cè)節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)傳動(dòng)系滑行離合器分離，使車(chē)輪與發(fā)動(dòng)機(jī)的一切連接斷開(kāi)；
6、檢查被測(cè)節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)是否有拖滯；
7、使被測(cè)節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)的駕駛員坐到駕駛位置，以便盡量模擬節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)滑行時(shí)的真實(shí)狀況，并可實(shí)時(shí)操縱賽車(chē)；
8、被測(cè)節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)滿(mǎn)載之后，調(diào)整前輪外傾角至零，調(diào)整合適的前輪前束；
9、將數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)模塊與PC連接，打開(kāi)數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)模塊并將示數(shù)清零；
10、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作，并注意觀察顯示屏示數(shù)是否正常；
11、調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使被測(cè)賽車(chē)獲得不同的速度，以觀察滑行速度不同時(shí)滑行性能的變化； 12、收集到足夠的數(shù)據(jù)之后，使電動(dòng)機(jī)停止工作，關(guān)閉數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)模塊C，待車(chē)輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)之后，先將駕駛員移出駕駛位置，之后使被測(cè)節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)處于工作狀態(tài)以限制其縱向移動(dòng)；
13、將節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)與拉力測(cè)量模塊的連接解除，將被測(cè)賽車(chē)移出測(cè)量位置。
[0013]14、分析和整理數(shù)據(jù)。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
可以快速準(zhǔn)確地測(cè)量出節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)滑行時(shí)由底盤(pán)內(nèi)阻轉(zhuǎn)化成的滑行阻力，實(shí)現(xiàn)滑行內(nèi)阻的定量檢測(cè)，本發(fā)明可以用來(lái)進(jìn)一步研究節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)的各參數(shù)對(duì)滑行內(nèi)阻的影響，從而可以保證節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)的底盤(pán)狀況良好。在節(jié)能競(jìng)技領(lǐng)域之外，對(duì)普通車(chē)輛燃油經(jīng)濟(jì)性的研究也具有指導(dǎo)意義，間接的經(jīng)濟(jì)效益巨大，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展十分有利。
[0015]本發(fā)明的創(chuàng)新之處有:
1、利用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)車(chē)輛輪胎旋轉(zhuǎn)，模擬車(chē)輛實(shí)際行駛狀況；
2、滑行阻力和車(chē)速直接用傳感器測(cè)出，并且可以一一對(duì)應(yīng)并存儲(chǔ)到PC端，方便記錄，數(shù)據(jù)可以作為研究的原始數(shù)據(jù)；
3、前后電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)用螺栓活動(dòng)連接在底座上，可以調(diào)節(jié)范圍以適應(yīng)不同軸距的車(chē)輛。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)底盤(pán)滑行內(nèi)阻測(cè)定裝置的示意圖。
[0017]圖2是電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的示意圖。
[0018]圖3是拉力測(cè)量模塊的示意圖；
圖4是STC89C52單片機(jī)電路圖。
[0019]圖5是霍爾轉(zhuǎn)速傳感器電路圖。
[0020]圖6是拉力傳感器電路圖。
[0021 ]圖7是HX71IAD數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊電路圖。
[0022]圖8是IXD1602顯示屏電路圖。
[0023]圖9是電源-PL2302轉(zhuǎn)換器電路圖。
[0024]圖10是拉力測(cè)量模塊的原理圖。
[0025]圖11是整套裝置的邏輯連接圖。
[0026]圖12是信號(hào)采集和處理流程圖。
[0027]圖13是測(cè)量前輪外傾角對(duì)滑行內(nèi)阻影響的原理圖。
[0028]圖中A.電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)B.拉力測(cè)量模塊C數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)模塊1.底座2.限位板
3.滾筒支架4.聯(lián)軸器5.支撐板6.滾筒7.傳送帶8.電機(jī)支架9.電動(dòng)機(jī)10.滑輪支架11.滑輪12.剛性繩13.拉力傳感器14.霍爾轉(zhuǎn)速傳感器15.輪胎16.可調(diào)角度鉸鏈17.重物
【具體實(shí)施方式】
請(qǐng)參閱圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明之節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)滑行內(nèi)阻測(cè)定裝置是由電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)A、拉力測(cè)量模塊B和數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)模塊C組成； 請(qǐng)參閱圖1和圖2所示，所述的電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)A包括有底座1、限位板2、滾筒支架3、聯(lián)軸器4、支撐板5、滾筒6、傳送帶7、電機(jī)支架8和電動(dòng)機(jī)9，限位板2用螺栓固定在底座I上，限位板2的上部可伸縮，便于調(diào)整寬度，在測(cè)定過(guò)程中起到限制被測(cè)節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)橫向位移的作用，限位板2可以在底座I的長(zhǎng)條孔中前后移動(dòng)，便于找到適于限制車(chē)輛橫向位移的點(diǎn)。滾筒支架3焊接在電機(jī)支架8上，滾筒支架3用于支撐滾筒6，電動(dòng)機(jī)9用螺栓固定在電機(jī)支架8上，電動(dòng)機(jī)9通過(guò)聯(lián)軸器4與滾筒6連接，以帶動(dòng)滾筒6轉(zhuǎn)動(dòng)，滾筒6的轉(zhuǎn)動(dòng)方向以支撐板5上部傳送帶7張緊為準(zhǔn)。支撐板5的豎直部分焊接在電機(jī)支架8上，支撐板5的水平部分布置在輪胎15與傳送帶7的理論接觸點(diǎn)下方，以便支撐車(chē)輛豎直方向的重量，支撐板5的水平部分用鋼板和螺栓連接到電機(jī)支架8上進(jìn)行加固，確保支撐板5可以承受被測(cè)節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)的重力。支撐板5和傳送帶7之間需涂有減摩涂料，以減小兩者之前的滑動(dòng)摩擦，防止過(guò)多熱量產(chǎn)生。電動(dòng)機(jī)9的轉(zhuǎn)速由專(zhuān)門(mén)的電機(jī)控制器控制。
[0029]請(qǐng)參閱圖3所示，所述的拉力測(cè)量模塊B包括滑輪支架10、滑輪11、連接車(chē)輛和拉力傳感器13的剛性繩12，滑輪支架10通過(guò)螺栓固定在底座I的前部，滑輪支架10的位置可以在底座I前部長(zhǎng)條狀的孔中調(diào)整，以便找到一個(gè)合適的測(cè)量位置。滑輪支架10的頂部設(shè)有軸承孔，滑輪支架10通過(guò)軸承與滑輪11連接，剛性繩12的一端固連在車(chē)輛上，剛性繩12繞過(guò)滑輪11，剛性繩12的另一端與拉力傳感器13固連，拉力傳感器13固定在滑輪支架10上。當(dāng)車(chē)輛有向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)，剛性繩12便會(huì)對(duì)拉力傳感器13產(chǎn)生一定的拉力。
[0030]請(qǐng)參閱圖4、圖5、圖6、圖7、圖8和圖9所示，所述的數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)模塊C由轉(zhuǎn)速測(cè)量部分、拉力測(cè)量部分、數(shù)據(jù)顯示部分和數(shù)據(jù)傳輸部分組成，其核心部件是S