专利名称：便携式滚子测功器以及车辆测试方法
技术领域：
本发明涉及一种测功器和测试方法，其用于模拟路况，用于测试至少具有两个驱动轮的车辆，特别是涉及一种具有与车轮接合的滚子的测功器，并且其相当紧凑、成本低以及可便携。此外，本发明涉及一种允许模拟直线和弯曲行驶状态的装置和方法。本发明也可以适用于具有单个驱动轮诸如摩托车的车辆使用。
本发明背景如果可以有效地模拟车辆路况，就会有助于排放测试和车辆维护。这通常可以借助于与车辆轮子接触的滚子布置来实现，所述滚子被有效地连接到测功器上以用于将控制的负荷作用在滚子上。负荷的量将是滚子的转速(即模拟的车速)、模拟的和真实的摩擦损失以及代表特定车辆风阻的多项式方程的函数。测功器模拟车辆性能的两个方面，即惯性和阻力。在这种情况下惯性由车辆的重量和车辆的转动质量的当量所支配。通过测功器对滚子施加阻力来模拟阻力，其由车辆的实际的车轮速度和风阻系数来支配。可以借助于飞轮以及其它手段的模拟来提供惯性能量。
对于机动车辆的传统的滚子测试通常包括一个或多个大滚子，具有跨越左和右车轮的单个的滚子。例如，在美国专利3554023(Geul)、美国专利5154076(Wilson et al)和美国专利5193386(Hesse,Jr.Et al)中所公开的装置是所有这种类型的全部。可以知道，可提供一种用于摩托车的接触车辆的唯一驱动轮的测试组件。
传统上可以通过诸如电动机、水制动等制动机构提供测功器阻力。可是，也可以采用其它的阻力产生装置而本发明不局限于任何特定制动装置的使用。
传统的基于测功器的测试装置通常是较大的、笨重和相应较贵的。这部分归因于与车辆的左右驱动轮接触的单个滚子的设置，即足够宽以实质上用于所有传统车辆，而导致大的重的滚子的布置。这个缺点可以通过提供一种测试装置而解决，借此单个左和右车辆驱动轮分别并独立地连接到相应的测功器上。于是单独的测功器组件不是被机械地连接，而是只通过控制器被电连接。接着可以设置单独的测功器与共同的控制装置连通以使在车辆驱动轮之间的模拟负荷相等。这个设置还允许在单独的装置之间的不等的负荷和车轮速度，以模拟围绕曲线车辆的行驶。
本发明的进一步目的是提供一种滚子测功器，其包括多个彼此之间没有机械连接以用于共同的转动运动的测功器组件，每个测功器组件与单独的车轮接触，具有可以通过改变在单个装置之间的距离而变化的滚子测功器的有效宽度。
本发明的另一个目的是提供一种滚子测功器，其可以用于任何传统的车辆，以及具有模拟直线或弯曲形式状态的能力。
本发明的又一个目的是提供一种重量相对轻和可以便携的测功器，其可以被方便地输送到测试地点。
根据上述目的，本发明在一方面包括一种滚子测功器车辆测试组件，用于对至少具有两个驱动轮的车辆模拟路况，包括第一和第二滚子支架；支架支撑装置，用于在基座上支撑所述第一和第二支架中的至少一个，借此所述至少一个支架可以相对于在所述基座上的所述车辆横向地移动；彼此没有机械连接的第一和第二滚子，可转动地安装到各自的支架上，用于支撑和可旋转地接触相应的车辆车轮；第一和第二测功器(通常包括电动机)，每个测功器具有速度和扭矩感应装置并接合到相应的滚子上以用于施加一个负荷到所述相应的滚子上，借此可以在与所述装置接触的车辆上模拟出路况。
支架支撑装置，其优选包括诸如线性支座的滚子装置，允许支架的独立的横向移动(相对于车辆)。这将许可当车辆使用时，支架的间距调节以适应不同的车辆(允许相对较紧凑滚子的使用)和在车辆车轮上的滚子的自对中。
所述每个滚子在每个所述的相对端部具有一个台阶部分，被用作车轮停止器或飞轮。
所述装置还进一步包括一个用于将至少一个测功器安装到相应的所述支架的转动安装件，用于限制相对于所述支架的旋转运动。
所述转动安装件优选包括第一和第二同心元件，它们分别与所述测功器和支架相连接以相对于彼此转动。
在一个方案中，测功器与一个控制器相连接，所述控制器从每个所述的测功器上接收车轮速度和扭矩的信息。控制器包括用于比较在所述第一和第二测功器之间的转速差的处理装置和用于控制由至少一个所述测功器所施加的扭矩的扭矩控制装置以基本上使所述滚子的各自的旋转速度相等。
相对于一个较慢旋转的测功器，所述控制装置指示较快旋转速度的测功器施加一个较大的功率吸收到较快旋转的滚子。
控制器包括全部功率吸收计算装置，其中将在所有测功器中间的全部被吸收功率作为车辆质量、每个滚子的速度和加速度以及与车辆的空气动力和摩擦损失和在测功器之内的损失的相关值的函数计算。
在一个方案中，扭矩控制装置进一步允许一个或两个测功器的控制以应用各自滚子上的被控制的不相等的旋转速度模拟弯曲行驶状态。
在另一个方案中，本发明包括一种滚子测功器车辆测试组件，用于模拟车辆的路况，包括至少一个可转动地安装到框架上滚子，用于支撑和可转动地接触车辆车轮；一接合到所述的至少一个滚子的测功器，用于将一负荷施加到滚子上，借此在与所述装置相接合的车辆上模拟路况；一可转动的安装件，用于将所述测功器接合到所述框架上以用于相对所述支架的旋转运动，所述转动安装件包括分别接合到所述测功器和支架上的第一和第二同心的元件。
可转动的安装件可以便利地具有上述的特点。此外，该装置被便利地设置有用于与测试车辆的驱动轮相接触的滚子。
在另一个方面，本发明包括一种滚子测功器车辆测试组件，用于对至少具有两个驱动轮的车辆进行模拟路况，包括第一和第二滚子测功器组件，用于与相应的驱动轮独立接合，每个所述滚子测功器组件包括至少一个接合到一相应的测功器上的滚子，所述第一和第二测功器组件用于相对于彼此独立地的旋转并且每个具有转速和扭矩探测装置和功率吸收装置，以及一用于从所述测功器接收转速和扭矩信息的控制装置，和具有一逻辑电路以用于比较和测量在所述测功器之间的任何速度差并控制至少一个所述测功器以响应所述速度差。
所述逻辑电路控制器控制所述第一和第二测功器的功率吸收装置以实现直线或弯曲行驶的模拟。
所述控制器包括全部功率吸收计算装置，其中将在所有测功器中间的全部被吸收功率作为车辆质量、每个滚子的速度和加速度以及与车辆的空气动力和摩擦损失和在测功器之内的损失的相关值的函数计算。
在另一方面，一种用于模拟车辆行驶路况的方法，包括下列步骤提供第一和第二滚子测功器组件，每个组件具有扭矩和转速传感器，和一个用于从每个测功器组件接收速度和扭矩信息的控制器并独立地控制所施加的阻力；将所述至少两个驱动轮支撑在相应的第一和第二滚子测功器组件上；用所述测试测量驱动驱动轮；独立地测量两个驱动轮的速度和扭矩；以及独立地控制至少一个、优选两个滚子测功器组件以控制其转速。
还包括步骤用计算全部测功器功率吸收的算法测量车辆的全部功率输出，其中将在所有测功器中间的全部被吸收功率作为车辆质量、每个滚子的速度和加速度以及与车辆的空气动力和摩擦损失和在测功器之内的损失的相关值的函数来计算。
在上述的任一装置和方法中的滚子具有通常为沙漏的形状，用于所述车辆车轮的自对中。
通过详细的描述和优选实施例的说明，下面将对本发明进行描述。
现在参考图3-5，每个支架24包括一般为矩形的支架框32，该支架框32包括侧框元件34和端框元件36，支架框整体被成对的横向框元件40和42平分开以形成第一和第二矩形支架部分32a和32b。第一支架部分32a支撑滚子，如下所述，第二支架部分32b支撑测功器，如下所述。第一支架部分32a的端部和横向框元件36和40分别支撑一对轴衬套50以用于可转动地支撑滚子54。与每个滚子关联的滚子轴56被可转动地轴颈支撑在轴衬套之中。第二支架部分32b的端部和横向元件36和42支撑测功器安装件60，以便可转动地将测功器46安装到支架上。下面将详细测功器和安装件。第一支架部分32A支撑用于支撑和可旋转与车辆的驱动轮相接合的一对在平行方位的相间隔的滚子54。
一方面，一对滚子54中的一个与测功器相接合。另一个滚子自由转动。于是每个支架支撑一个单独的测功器，该测功器包括与单个车辆驱动轮相连的动力吸收装置(“PCU”)。可以看出，通过改进，滚子的尺寸能够容纳在卡车和商用车中以发现类型的成对的驱动轮。
每个测功器安装件60包括安装到支架部分32b上的盘62，用于与测功器46的相应的端部表面64接合。轴承支架66的环形排列被固定到测功器的对应端部表面64，并且可转动地与固定盘接合，该固定盘具有包括轴承座圈的凹陷边缘68。
应变仪保持器包括分别从测功器和支架元件32b伸出的第一和第二臂70、72。应变仪74与各自的臂相接并且限制相对于支架的测功器的转动。应变仪包括一个用于将在测功器和支架之间的扭矩转换成电流信号的变换器。
在另一个实施例中，如图3和图4所示，支架24分别包括矩形形状的框元件80以用于支撑滚子。测功器支撑元件82包括一个从横向框元件向外远离装置中心伸出的通常为板状的元件。每个测功器支撑具有一个向上延伸的轴套84，以用于可转动地连接并支撑测功器86。每个滚子54通过可拆卸的联轴器90与相应的测功器可拆卸地接合。一个未示出的将测功器连接到测功器支撑上的应变仪限制每个测功器的转动并允许对作用在测功器上的转动力的精确测量。
参考在图5中具体显示的滚子54，每个滚子包括一个在每个各自的端部上的向上的台阶部分66，其被用作飞轮和轮停止器以减少车轮与滚子分离的危险。
每个滚子54具有通常为沙漏的形状，并包括一个中间轴线，具有相对于滚子的纵向轴线以大约170°到大约179°59’的一个角度通常从中间轴线的中点分出的滚子体。
已发现这种布置有利于精确定位和加强车轮在滚子上的自对中，而避免轮胎过渡磨损。对应于自对中运动的横向移动被在基座上的支架的可滚动移动所调节。
图6显示了在车辆100(用虚线表示)的前(驱动)轮下的装置10的设置。在所示的布置中，在测试中的车辆为前轮驱动的车辆。通过改变或重新定位该装置和/或提供用于与相应的车辆驱动轮配合的的附加装置，该装置可以方便地适用于摩托车和其他的独轮车辆、后轮驱动车辆或四轮驱动车辆，或其他的驱动形式。
每个测功器包括一个转速测量装置，例如内部光学读取器(参考下文)，用于测功器轴的转动位置的测量。光学读取器数据被传送到下文描述的中央处理器中，其计算出测功器的转动速度和对应的滚子。
每个测功器连接到一个中央控制单元200，现在通过图7对其进行描述。控制装置允许单个的左和右测功器施加基本上相等的负荷给对应的车轮，以模拟直线行驶状态。另外，还可以施加一个受控制的不相等的负荷以模拟围绕曲线的车辆的行驶。
来自与应变仪74相连的传感器202的电信号可以包括幅度和频率可变的信号。这些信号与来自光学位置读取器204的信号一起被传送到控制器。控制器分别接收来自每个相应的滚子装置的速度和扭矩信息。在直线行驶的模拟中，所有滚子应当以相同的速度旋转。因为在对应于各自车辆侧的滚子装置之间没有机械连接以传送旋转运动，通过控制器产生的逻辑连接使得控制器控制传感器保持相同的速度。因此控制器包括一个比较器电路206以评价在各自的测功器之间的任何速度差别。如果探测到速度差别，这个信息被传送给逻辑电路207，该电路207又控制与每个测功器相连的左和右电动机控制电路208，其又根据需要增加或减少由各自测功器所施加的负荷。
逻辑电路207包括可以根据转速差进行功率分配算法以控制各自的测功器。该控制算法计算出相关的控制信号，于是更多的吸收功率可以被转换到较快旋转的滚子上，通过由相应的测功器所施加的更多的负荷，以便使它慢下来。连接到较慢旋转滚子上的测功器将被要求吸收较少的功率，以允许相应的滚子加速。可以被软件驱动的车辆功率输出功率逻辑电路将根据下列参数计算在所有滚子中全部吸收的功率a)车辆的质量；b)实时转动加速度；c)被模拟转动速度和转动负荷，后者基于已知车辆空气动力和摩擦损失系数；d)在被补偿的测功器之内的摩擦损失；和e)车辆的力输出。
显示器212显示模拟的车速，转弯半径和功率输出。
以上给出的实施例说明了一个电动机类型的测功器；可以看出可以使用任何适合的PAU。
进一步可以看出，已经描述了适合于具有至少两个驱动车轮的车辆的装置和方法，本发明还可以适合于具有单个的驱动车轮，例如摩托车的车辆的使用。
尽管上面通过实施例描述了本发明，可以看出在不脱离本发明的精神和保护范围的情况下，可以对本发明进行修改和变化。
权利要求
1．一种滚子测功器车辆测试组件，用于对至少具有两个驱动轮的车辆模拟路况，包括第一和第二滚子支架；支架支撑装置，用于在基座上支撑所述第一和第二支架中的至少一个，借此所述至少一个支架可以相对于在所述基座上的所述车辆横向地移动；可转动地支撑一个滚子的各个支架，用于独立地支撑和可旋转地接触车辆车轮；和支撑测功器的各个支架，每个测功器具有速度和扭矩感应装置并接合到相应的滚子上以用于施加一个负荷到所述相应的滚子上，借此可以在与所述装置接触的车辆上模拟出路况。
2．根据权利要求1所述的装置，其特征是每个所述支架具有至少两个间隔开的相互平行的可转动的安装到那里的滚子，以用于转动地支撑和接合车轮。
3．根据权利要求1所述的装置，其特征是所述支架支撑装置包括滚子装置。
4．根据权利要求3所述的装置，其特征是所述滚子装置包括安装在所述每个支架上的线性支座的排列。
5．根据权利要求1所述的装置，其特征是每个所述支架包括支架支撑装置。
6．根据权利要求1所述的装置，其特征是所述每个滚子包括一个通常伸长的圆柱体，该圆柱体具有相对端部和中间区域，所述体具有通常为沙漏的形状，借此中间区域具有相对于所述体的相对端部的窄的腰部。
7．根据权利要求1所述的装置，其特征是所述每个滚子包括一个通常的圆柱体，该体具有相对的端部并在每个所述的相对端部具有一个向上的台阶部分，借此所述台阶部分的直径大于紧接着所述部分的所述滚子的直径。
8．根据权利要求7所述的装置，其特征是所述台阶部分包括一个飞轮。
9．根据权利要求1所述的装置，其特征是所述每个测功器包括一个电动机。
10．根据权利要求1所述的装置，其特征是还包括一个用于将至少一个测功器安装到相应的所述支架的转动安装件，用于限制相对于所述支架的旋转运动。
11．根据权利要求10所述的装置，其特征是所述转动安装件包括第一和第二同心元件，它们分别与所述测功器和支架相连接以相对于彼此转动。
12．根据权利要求11所述的装置，其特征是所述第一元件包括一个盘和所述第二元件包括盘接合装置。
13．根据权利要求12所述的装置，其特征是所述盘接合装置包括一个轴颈轴承排列。
14．根据权利要求1所述的装置，其特征是所述测功器与一个控制器相连接，所述控制器从每个所述的测功器上接收车轮速度和扭矩的信息，和具有用于比较在所述第一和第二测功器之间的转速差的处理装置和用于控制由至少一个所述测功器所施加的扭矩的扭矩控制装置以基本上使所述滚子的各自的旋转速度相等。
15．根据权利要求14所述的装置，其特征是所述扭矩控制装置控制两个所述的测功器。
16．根据权利要求14所述的装置，其特征是相对于一个较慢旋转的测功器，所述控制装置指示较快旋转速度的测功器施加一个较大的功率吸收到较快旋转的滚子。
17．根据权利要求14所述的装置，其特征是所述控制器包括全部功率吸收计算装置，其中将在所有测功器中间的全部被吸收功率作为车辆质量、每个滚子的速度和加速度以及与车辆的空气动力和摩擦损失和在测功器之内的损失的相关值的函数计算。
18．根据权利要求14所述的装置，其特征是所述扭矩控制装置进一步允许所述测功器的控制以应用各自滚子上的被控制的不相等的旋转速度模拟弯曲行驶状态。
19．一种滚子测功器车辆测试组件，用于模拟车辆的路况，包括至少一个可转动地安装到框架上滚子，用于支撑和可转动地接触车辆车轮；一接合到所述的至少一个滚子的测功器，用于将一负荷施加到滚子上，借此在与所述装置相接合的车辆上模拟路况；一可转动的安装件，用于将所述测功器接合到所述框架上以用于相对所述支架的旋转运动，所述转动安装件包括分别接合到所述测功器和支架上的第一和第二同心的元件。
20．根据权利要求19所述的装置，其特征是所述第一元件包括一个盘和所述第二元件包括盘接合装置。
21．根据权利要求20所述的装置，其特征是所述盘接合装置包括一个轴颈轴承排列。
22．根据权利要求19所述的装置，其特征是所述至少一个滚子具有通常为沙漏的形状，用于所述车辆车轮的自对中。
23．一种滚子测功器车辆测试组件，用于对至少具有两个驱动轮的车辆进行模拟路况，包括第一和第二滚子测功器组件，每个所述滚子测功器组件包括至少一个用于与车辆驱动车轮接触的滚子并接合到一相应的测功器上，所述第一和第二测功器组件用于相对于彼此独立地的旋转并且每个具有转速和扭矩探测装置和功率吸收装置；以及一用于从所述测功器接收转速和扭矩信息的控制装置，和具有一逻辑电路以用于比较和测量在所述测功器之间的任何速度差并控制至少一个所述测功器以响应所述速度差。
24．根据权利要求23所述的装置，其特征是所述逻辑电路控制器控制所述至少一个测功器的功率吸收装置以实现直线行驶的模拟。
25．根据权利要求23所述的装置，其特征是所述逻辑电路控制器控制所述至少一个测功器的功率吸收装置以实现弯曲行驶的模拟。
26．根据权利要求23所述的装置，其特征是所述测功器包括一电动机。
27．根据权利要求23所述的装置，其特征是所述控制器包括全部功率吸收计算装置，其中将在所有测功器中间的全部被吸收功率作为车辆质量、每个滚子的速度和加速度以及与车辆的空气动力和摩擦损失和在测功器之内的损失的相关值的函数计算。
28．根据权利要求23所述的装置，其特征是所述控制装置控制两个所述测功器。
29．一种用于模拟车辆行驶路况的方法，包括下列步骤a)提供第一和第二滚子测功器组件，每个组件具有扭矩和转速传感器，和一个用于从每个测功器组件接收速度和扭矩信息的控制器并独立地控制所施加的阻力；b)对具有至少两个驱动轮的车辆进行测试；c)将所述至少两个驱动轮支撑在相应的第一和第二滚子测功器组件上d)用所述测试测量驱动所述至少两个驱动轮；e)独立地测量所述至少两个驱动轮的速度和扭矩；以及f)用所述控制器独立地控制至少一个所述第一和第二滚子测功器组件以控制其转速。
30．根据权利要求29的方法，其特征是还包括步骤用计算全部测功器功率吸收的算法测量车辆的全部功率输出，其中将在所有测功器中间的全部被吸收功率作为车辆质量、每个滚子的速度和加速度以及与车辆的空气动力和摩擦损失和在测功器之内的损失的相关值的函数来计算。
31．根据权利要求29的方法，其特征是第一和第二测功器组件被控制以模拟直线行驶状态。
32．根据权利要求29的方法，其特征是第一和第二测功器组件被控制以模拟弯曲行驶状态。
33．根据权利要求29的方法，其特征是两个所述测功器被所述控制器独立地控制。
全文摘要
本发明提供了一种滚子测功器,具有至少一个包含有一个可转动的滚子的支撑支架,和用于测量车辆输出转矩的一个连接到滚子上的测功器。支架在一个基座上是可滚动的以用于在车辆下面定位。一方面,设置多个测功器和滚子装置,以便与多个车辆车轮接合,所述装置通过一个控制装置被电连接以用于共同地控制,所述控制装置可模拟直线或弯曲的行驶状态。在另一方面,测功器被旋转安装支撑在支架上。在另一方面,滚子具有一般的沙漏的形状以允许车辆轮子自对中。
文档编号G01M17/007GK1301340SQ99806302
公开日2001年6月27日 申请日期1999年5月19日 优先权日1998年5月20日
发明者亚采克·L·罗斯科斯基, 威廉·德斯蒙德·麦戈纳格尔, 弗雷德里克·J·亨德伦, 罗曼·戈尔尼 申请人:环境部