一种双电机驱动的整车与不平路面碰撞冲击可靠性试验台架及实验方法

【技术领域】

本发明属于车辆稳定性试验技术领域，具体涉及一种双电机驱动的整车与不平路面碰撞冲击可靠性试验台架及实验方法。

【背景技术】

汽车在道路高速行驶过程中,由于路面不平如凹坑、台阶或路面石头、杂物等的碰撞冲击,会导致汽车上的司机、乘员、物品、零件等在惯性力作用及不同的拉紧力相互作用下发生相对运动，如货车前轮与台阶碰撞，会向上瞬间弹起，但货车前部与中后部是一体的，并且后部拉货质量更大，货车前轮碰撞障碍后，弹起高度被中后部分的重量限制住。而前轮驾驶室内的司机、乘员、物品等则不受限，弹起高度更高，会与汽车内其它固定在大梁上的零件发生相对运动甚至碰撞，比如司机、乘员与驾驶室顶发生相对运动甚至碰撞。碰撞会产生应力波，当应力波在一个零件上传播时，应力波到达零件边界时会产生反射或折射并导致应力波叠加，应力波的叠加会导致叠加区域的应力增大，部分复杂区域还可能发生多重叠加，使应力更大，当应力大于材料塑性变形限值时，则会使叠加区域的材料发生塑性变形，甚至导致材料断裂飞离。

汽车与路面不平障碍高速碰撞时，汽车及发动机减振系统如果瞬时响应能力不足，则减振系统对碰撞冲击导致的应力波的减弱减缓作用会很有限，碰撞冲击对汽车、发动机及汽车、发动机内部零件及机油泼洒有很强烈的作用。汽车与不平路面如凹坑、台阶或路面石头、杂物等的碰撞冲击导致的汽车及发动机上司机、乘员、物品及零件的运动改变很复杂，加上还有应力波的传播、反射、折射叠加作用，难以仿真分析，测试数据不准确，测试人员的危险性和劳累程度也高。汽车与不平路面的激烈碰撞冲击，危害性是很大的，网上经常有汽车过凹坑或碰到石头断轴的故障案例；发动机也有由于碰撞冲击导致的螺栓松脱断裂故障，这些故障都严重影响汽车及发动机的正常工作，甚至会影响交通道路及人员安全，必须尽量避免发生，而避免发生的最有效方法，是进行实车与不平路面碰撞冲击冲击可靠性试验。

现有技术方案有不少实车碰撞试验台架及碰撞试验方法，比如实车正面碰撞、实车侧面碰撞等等，但没有实车与不平路面碰撞冲击可靠性试验台架。需发明一种通用性强、成本低，用于实车与不平路面碰撞冲击可靠性试验台架，以满足实车与不平路面碰撞冲击可靠性测试的需要。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种双电机驱动的整车与不平路面碰撞冲击可靠性试验台架及实验方法，以解决现有碰撞仿真分析困难，评估产品可靠性低，测试环境局限和成本高等问题。

为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种双电机驱动的整车与不平路面碰撞冲击可靠性试验台架，包括试验区和外接电源，所述测试区内设有测试汽车，其中还包括试验台架，所述试验台架包括主电机、辅助电机、控制单元、蓄电池、减速及差速系统、转速及位置传感器、信号盘和牵引轴，所述主电机和控制单元连接，所述控制单元并联外接电源、蓄电池及辅助电机，所述蓄电池还和主电机、辅助电机及减速及差速系统连接，所述减速及差速系统还和主电机及辅助电机连接，所述减速及差速系统的传动位置设有一根牵引轴，所述牵引轴上设有信号盘，所述信号盘的外圆设有转速及位置传感器，所述转速及位置传感器和控制单元相连，所述牵引轴的右侧为试验区，所述试验区的右侧设有支撑墙，所述支撑墙的左端面设有支撑架，所述支撑架上设有换向滑轮，所述牵引轴上设有牵引绳。

进一步地，所述试验区为模拟不平路面区域，包括台阶、凸台、凹坑等不平路面。

进一步地，所述牵引轴和支撑墙之间还设有牵引绳支撑滑轮。

进一步地，所述牵引绳支撑滑轮固定于地面，且牵引绳支撑滑轮的高度为可调节。

进一步地，所述测试区内设有前防撞柱和后防撞柱。

进一步地，所述前防撞柱和后防撞柱为水泥柱或钢柱，其外部包裹有防撞吸能材料。

进一步地，所述信号盘的外圆加工有轮齿或端面上开设有若干光孔，所述信号盘上的轮齿中其一为缺齿或端面上开设的光孔其一为弧形光孔。

进一步地，所述牵引绳分前牵引绳和后牵引绳，所述前牵引绳的一端连接在牵引轴上，所述前牵引绳的另一端连接在测试汽车的前端，所述后牵引绳的一端连接在测试汽车的后端，所述后牵引绳的另一端穿过换向滑轮的凹槽和牵引绳支撑滑轮的凹槽和牵引轴连接，所述前牵引绳和后牵引绳在牵引轴上的位置相互错开，不发生干涉，所述前牵引绳和后牵引绳两者为相反的捆绕方式捆绕于牵引轴上。

进一步地，所述牵引轴上还设有多个牵引轴支撑座，所述牵引轴支撑座固定在地面，所述牵引轴支撑座的孔内设有轴瓦或轴承支撑牵引轴的转动。

一种双电机驱动的整车与不平路面碰撞冲击可靠性试验方法，包括以下步骤：

S1：按测试要求将测试区制作并安装固定好，安装好试验台架以及找好支撑墙并在支撑墙上安装好支撑架和换向滑轮；

S2：将测试汽车运到起始位置，将前牵引绳和后牵引绳一端分别固定在测试汽车的前端和后端，并将前牵引绳和后牵引绳的另一端穿过换向滑轮和牵引绳支撑滑轮捆绕多圈到牵引轴上；

S3：控制牵引绳正向或反向转动，记录前牵引绳牵引测试汽车通过测试区到达终止位置时在牵引轴上捆绕的圈数，记录后牵引绳牵引测试汽车返回测试区起始位置时在牵引轴上捆绕的圈数，通过转速及位置传感器感应信号盘的转动的圈数及角度，将数据传送控制单元的相关模块中。

S4：设置控制单元的控制程序，控制程序驱动牵引轴高速转动，测试汽车通过前牵引绳牵引通过测试区后，牵引轴上的前牵引绳捆绕到设定的圈数之后，控制单元控制主电机或主电机和辅助电机反转，后牵引绳反向牵引测试汽车，使之返回测试区起始位置。

S5：完成一次实验之后，即后牵引绳反向牵引测试汽车，使之返回测试区起始位置，开始下一次碰撞冲击测试，直到完成设计好的碰撞冲击测试次数，比如1000次。实验开始时是用外接电源给电机供电，并用蓄电池回收电机制动时的电能，当蓄电池蓄电达到最高设定值时，则通过控制单元断开外接电源，用蓄电池供电；当蓄电池蓄电达到最低设定值时，通过控制单元断开蓄电池供电，则接通外接电源，用外接电源继续供电。

S6：完成整车与不平路面碰撞冲击可靠性试验后，可按照自定规范对整车、发动机及大梁等其他部件进行可靠性拆检及分析，评估产品的性能及相关数据。

本发明所达到的有益效果是：

(1)通过自动化且能重复进行操作的试验台架，解决了仿真分析困难，数据不准确的问题，评估产品冲击可靠性能时，通过往复试验，数据误差小，稳定性好，可靠性高；室内室外都可使用，本试验台架不需要上路测试，减少了整车上牌入户的手续费用，同时室内使用也避免了阴雨天气不能上路测试的问题。

(2)通过控制单元设定好控制程序后，测试可自动进行，减少参与测试人员的危险性及劳累度；设备成本低：通过使用换向滑轮，使一组双电机达到牵引、能量回收及制动停止等多种功能，比一般需要的二组电机节省一组双电机费用；测试使用电力能源驱动，驱动电机有能量回收功能，制动时可回收能源，节约电能，更加环保并降低测试成本，由于双电机高效工作区域比单电机大，驱动时效率更高。

【附图说明】

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明布局示意图；

图2是本发明的齿轮样式的信号盘；

图3是本发明的光孔样式的信号盘。

1、主电机；2、控制单元；3、蓄电池；4、减速及差速系统；5、辅助电机；6、转速及位置传感器；7、信号盘；8、牵引轴；9、牵引轴支撑座；10、前牵引绳；11、测试区；12、测试汽车；13、后牵引绳；14、牵引绳支撑滑轮；15、换向滑轮；16、支撑架；17、支撑墙；18、后防撞柱；19、前防撞柱。

【具体实施方式】

下面结合具体实施例进行具体说明。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

如图1所示，一种双电机驱动的整车与不平路面碰撞冲击可靠性试验台架，包括试验区11和外接电源，试验区11为模拟不平路面区域，包括台阶、凸台、凹坑等不平路面，测试区11内设有测试汽车12，测试区11内设有前防撞柱19和后防撞柱18，前防撞柱19和后防撞柱18为水泥柱或钢柱，其外部包裹有防撞吸能材料，如橡胶、泡沫、塑料等。

其中还有试验台架，试验台架包括主电机1、辅助电机5、控制单元2、蓄电池3、减速及差速系统4、转速及位置传感器6、信号盘7和牵引轴8，主电机1是常用的纯电动汽车驱动电机，是牵引测试汽车12的主要动力电机，适用于重载低速情况，主电机1和控制单元2连接，控制单元通过读取接入的信号，如信号盘的转速、转圈数、正转反转感应等信号，按设定好的计算和程序控制双电机的转速、功率、减速及差速系统的离合等。控制单元2并联外接电源、蓄电池3及辅助电机5，蓄电池3还和主电机1、辅助电机5及减速及差速系统4连接，蓄电池3为车用动力电池，电机工作产生的机械能转换成电能可输入储存在蓄电池3中，当蓄电池3的电能存储到90％时，控制单元2切断电机外接电源供电，改用蓄电池3供电，当蓄电池3的电能低于10％时，控制单元2切断蓄电池3的供电，改用电机的外接电源供电。减速及差速系统4的作用是通过减速系统降低电机的输出的转速，同时提高输出扭矩，之后将动力传递到差速系统，减速及差速系统4可以实现两个电机分别驱动主电机1和辅助电机5，还可以使两个电机的转矩耦合驱动，减速及差速系统4还和主电机1及辅助电机5连接，辅助电机5也是纯电动汽车驱动电机，设置两个电机，如此实现“大马拉大载，小马拉小栽”的优化效果。减速及差速系统4的传动位置设有一根牵引轴8，牵引轴8上设有信号盘7，信号盘7的外圆加工有轮齿或端面上开设有若干光孔，信号盘7上的轮齿中其一为缺齿或端面上开设的光孔其一为弧形光孔，信号盘7的外圆设有转速及位置传感器6，转速及位置传感器6通过感知磁感应信号的变化来判断信号盘7的转动、圈数和转动方向等，信号盘7转动时，传感器6能感应到信号盘7每转过一个齿或孔的变化，从而得知牵引轴8转动的角度及转速。信号盘7边缘均布的齿或孔会有缺齿或弧形长孔，这样每次转动到缺齿或弧形长孔位置，就能知道信号盘7和牵引轴8转动了一圈。转速及位置传感器6和控制单元2相连，牵引轴8的右侧为试验区11，试验区11的右侧设有支撑墙17，支撑墙17的左端面设有支撑架16，支撑架16上设有换向滑轮15，牵引轴8上设有牵引绳，牵引轴8和支撑墙17之间还设有牵引绳支撑滑轮14，牵引绳支撑滑轮14固定于地面，且牵引绳支撑滑轮14的高度为可调节，当后牵引绳13较松时，可以升高牵引绳支撑滑轮14的高度，有限张紧后牵引绳13，使后牵引绳13不会坠落接触地面。

牵引绳分前牵引绳10和后牵引绳13，前牵引绳10的一端连接在牵引轴8上，前牵引绳10的另一端连接在测试汽车12的前端，后牵引绳13的一端连接在测试汽车12的后端，后牵引绳13的另一端穿过换向滑轮15的凹槽和牵引绳支撑滑轮14的凹槽和牵引轴8连接，前牵引绳10和后牵引绳13在牵引轴8上的位置相互错开，不发生干涉，前牵引绳10和后牵引绳13两者为相反的捆绕方式捆绕于牵引轴8上，牵引轴8正向转动时，前牵引绳10用于在牵引阶段牵引测试汽车12，后牵引绳13则用于在制动及停止阶段制动测试汽车12。

牵引轴8上还设有多个牵引轴支撑座9，牵引轴支撑座9固定在地面，牵引轴支撑座9是金属或水泥支撑台座，牵引轴支撑座9的孔内设有轴瓦或轴承支撑牵引轴8的转动。

牵引轴8正向或反向转动时前牵引绳10牵引测试汽车12，前牵引绳10会一圈圈绕紧在牵引轴8上，每绕一圈牵引的距离是牵引轴8的圆柱周长，从而能通过牵引轴8的转动，比较精确的控制测试汽车12的前进距离及前进速度。为了保证牵引时测试汽车的方向性及牵引的可靠性(减少牵引绳的受力)，可使用2条或多条牵引绳，牵引轴8反向或正向转动时后牵引绳13制动测试汽车12，后牵引绳13会一圈圈绕紧在牵引轴8上，每绕一圈牵引的距离是牵引轴8的圆柱周长，从而能通过牵引轴8的转动，比较精确的控制测试汽车12的制动距离及制动速度。为了保证制动时测试汽车的方向性及制动的可靠性(减少牵引绳的受力)，可使用2条或多条牵引绳。

本发明还提供了一种双电机驱动的整车与不平路面碰撞冲击可靠性试验方法，包括以下步骤：

首先按测试要求将测试区11制作并安装固定好，安装好试验台架以及找好支撑墙17并在支撑墙17上安装好支撑架16和换向滑轮15；然后将测试汽车12运到测试区11的起始位置，将前牵引绳10和后牵引绳13一端分别固定在测试汽车12的前端和后端，并将前牵引绳10和后牵引绳13的另一端穿过换向滑轮15和牵引绳支撑滑轮14捆绕多圈到牵引轴8上；然后通过牵引轴8控制牵引绳正向或反向转动(若牵引轴8正向转动时是牵引测试汽车12到达前防撞柱19的前方，则前牵引绳10为收绳，后牵引绳13为放绳，反之)，记录前牵引绳10牵引测试汽车12通过测试区11到达终止位置时在牵引轴8上捆绕的圈数，记录后牵引绳13牵引测试汽车12返回测试区11起始位置时在牵引轴8上捆绕的圈数，通过转速及位置传感器6感应信号盘7的转动的圈数及角度，将数据传送控制单元2的相关模块中。设置控制单元2的控制程序，控制程序驱动牵引轴8高速转动，测试汽车12通过前牵引绳10牵引通过测试区11后，牵引轴8上的前牵引绳10捆绕到设定的圈数之后，此时测试汽车12已经通过测试区11，控制单元2控制主电机1或主电机1和辅助电机5反转，后牵引绳13反向牵引测试汽车12，使之返回测试区11起始位置。

完成一次实验之后，即后牵引绳13反向牵引测试汽车12，使之返回测试区11起始位置，开始下一次碰撞冲击测试，直到完成设计好的碰撞冲击测试次数，比如1000次。实验开始时是用外接电源给电机供电，并用蓄电池3回收电机制动时的电能，当蓄电池3蓄电达到最高设定值90％时，则通过控制单元1断开外接电源，用蓄电池3供电；当蓄电池3蓄电达到最低设定值10％时，通过控制单元2断开蓄电池3供电，则接通外接电源，用外接电源继续供电。

最后，完成整车与不平路面碰撞冲击可靠性试验后，可按照自定规范对整车、发动机及大梁等其他部件进行可靠性拆检及分析，评估产品的性能及相关数据。

本发明通过自动化且能重复进行操作的试验台架，解决了仿真分析困难，数据不准确的问题，评估产品的可靠性能时，通过往复试验，数据误差小，稳定性好，可靠性高；室内室外都可使用，本试验台架不需要上路测试，减少了整车上牌入户的手续费用，同时室内使用也避免了阴雨天气不能上路测试的问题；通过控制单元设定好控制程序后，测试可自动进行，减少参与测试人员的危险性及劳累度；设备成本低：通过使用换向滑轮，使一组双电机达到牵引、能量回收及制动停止等多种功能，比一般需要的二组电机节省一组双电机费用；测试使用电力能源驱动，驱动电机有能量回收功能，制动时可回收能源，节约电能，更加环保并降低测试成本，由于双电机高效工作区域比单电机大，驱动时效率更高。

以上内容不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。