專利名稱：一種車輛液壓機械無級變速器試驗臺架與試驗系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種車輛液壓機械無級變速器試驗臺與試驗系統。
背景技術：
傳統車輛主要采用機械式多檔有級齒輪變速器，駕駛員需要頻繁換檔變速以滿足整車動力性、經濟性要求，勞動強度大，效率低。為了彌補傳統變速器的不足，自上世紀70年代，國外均展開了液壓機械無級變速器(HMCVT)的研制工作。國內對液壓機械無級變速器的研究始于20世紀70年代末，各種研究機構對液壓機械無級變速器的原理、理論特性等進行了研究。液壓機械無級變速器是一類由液壓功率流與機械功率流組合傳遞動力的雙功率流無級變速傳動形式，通過機械傳動實現高效、大功率動力傳動，通過液壓傳動實現無級變速。軍用裝甲車輛、拖拉機、工程機械等傳動功率大、速度變化范圍寬、作業條件復雜，對其動力性、燃油經濟性、地面適應性以及操作自動化水平等要求高，采用大功率自動無級變速技術顯得有必要。國內普通車輛變速器試驗臺自動化程度低、通用性差。目前沒有針對液壓機械無級變速器的專用試驗臺架，限制了對液壓機械無級變速器的各種性能、設計分析方法與控制系統的研究。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種車輛液壓機械無級變速器試驗臺架與試驗系統，以彌補現有技術中沒有專用試驗臺架的缺陷。為實現上述目的，本 實用新型的方案包括:車輛液壓機械無級變速器試驗臺架，包括用于裝配液壓機械無級變速器的變速器安裝位，變速器安裝位連接一路機械輸入、一路液壓輸入和一路機械輸出；所述一路機械輸入主要由發動機、主離合器和分動器順次連接構成，分動器包括兩個輸出端，第一輸出端用于所述一路機械輸入，第二輸出端用于所述一路液壓輸入，所述一路液壓輸入主要由分動器的第二輸出端、變量泵、定量馬達順次構成；所述一路機械輸出主要由升速箱和加載電機順次連接構成；所述主離合器和分動器之間、變速器安裝位與升速箱之間、分動器的第二輸出端與變量泵之間、定量馬達與變速器安裝位之間均設有轉速轉矩傳感器。所述主離合器和分動器之間、變速器安裝位與升速箱之間均設有扭矩限制器。車輛液壓機械無級變速器試驗系統，包括車輛液壓機械無級變速器試驗臺架和試驗控制裝置，所述車輛液壓機械無級變速器試驗臺架，包括用于裝配液壓機械無級變速器的變速器安裝位，變速器安裝位連接一路機械輸入、一路液壓輸入和一路機械輸出；所述一路機械輸入主要由發動機、主離合器和分動器順次連接構成，分動器包括兩個輸出端，第一輸出端用于所述一路機械輸入，第二輸出端用于所述一路液壓輸入，所述一路液壓輸入主要由分動器的第二輸出端、變量泵、定量馬達順次構成；所述一路機械輸出主要由升速箱和加載電機順次連接構成；所述主離合器和分動器之間、變速器安裝位與升速箱之間、分動器的第二輸出端與變量泵之間、定量馬達與變速器安裝位之間均設有轉速轉矩傳感器；所述試驗控制裝置，包括整車控制器和臺架控制系統，整車控制器用于控制發動機、液壓機械無級變速器和變量泵，臺架控制系統控制連接所述整車控制器、主離合器、分動器、升速箱和加載電機。所述試驗控制裝置還包括顯示單元。所述主離合器和分動器之間、變速器安裝位與升速箱之間均設有扭矩限制器。本實用新型能夠對液壓機械無級變速器進行試驗，最大限度的利用現有車輛的傳動和控制系統，利用分動器產生兩路輸入，并由其中一路產生液壓動力輸入，另一路產生機械動力輸入，這樣就不必再另外設置專用的液壓動力，從而大大簡化了臺架的構造，降低了設計難度。本實用新型通過控制系統對傳動系進行控制并且通過傳感器獲得傳動系的相關性能參數，實時掌控試驗。本實用新型對液壓機械無級變速器的設計、動態特性、性能試驗的研究有重要意義，對軍用裝甲車輛、拖拉機、工程機械等車輛技術的發展具有廣泛的意義。
圖1是車輛液壓機械無級變速器試驗系統示意圖；圖2是車輛液壓機械無級變速器試驗臺架結構圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步詳細的說明。試驗系統實施例 液壓機械無級變速器有多種形式，都至少包括一路液壓輸入、一路機械輸入和一路輸出，具體結構屬于現有技術，不再贅述。本實用新型能夠對液壓機械無級變速器進行試驗。如圖1所示的車輛液壓機械無級變速器試驗系統，包括車輛液壓機械無級變速器試驗臺架和試驗控制裝置。試驗臺架與待試驗的液壓機械無級變速器構成一個試驗用的傳動系統，試驗控制裝置由于對試驗臺架、待試驗的液壓機械無級變速器進行控制，對相關傳感器參數進行采集。車輛液壓機械無級變速器試驗臺架，包括用于裝配液壓機械無級變速器的變速器安裝位，變速器安裝位連接一路機械輸入、一路液壓輸入和一路機械輸出；一路機械輸入主要由發動機、主離合器和分動器順次連接構成，分動器包括兩個輸出端，第一輸出端用于所述一路機械輸入，第二輸出端用于所述一路液壓輸入，一路液壓輸入主要由分動器的第二輸出端、變量泵、定量馬達順次構成；一路機械輸出主要由升速箱和加載電機順次連接構成；主離合器和分動器之間、變速器安裝位與升速箱之間、分動器的第二輸出端與變量泵之間、定量馬達與變速器安裝位之間均設有轉速轉矩傳感器。試驗控制裝置，包括整車控制器和臺架控制系統，整車控制器用于控制發動機、液壓機械無級變速器和變量泵，臺架控制系統用于控制連接整車控制器主離合器、分動器、升速箱、加載電機。[0021]臺架控制系統還采樣連各轉速轉矩傳感器等試驗臺各個部件的相關數據。作為一種實施方式，為了直接觀察試驗過程，可以增加顯示裝置，用于顯示所采集的中間結果等。一次試驗的具體步驟包括:發動機準備:安裝發動機，設置油門執行器、發動機中冷空氣恒溫控制系統、離合器操縱機構總成、發動機機油恒溫控制系統、發動機水溫恒溫控制系統、發動機排氣系統、燃油供給系統、冷卻水系統、發動機線束等。液壓機械無級變速器準備:安裝液壓機械無級變速器、變速器控制器、變速器三維支架；設置變速器變量泵一定量馬達液壓系統、變速器液壓站、液壓管路系統、變速器線束。傳動軸及連接法蘭準備:設置連接發動機、分動器、液壓機械無級變速器、加載電機、轉矩轉速傳感器、轉矩保護裝置等。加載電機準備:安裝加載電機、加載電機支架；設置冷卻系統、加載電機線束。安裝、調試:如圖2所示為試驗臺架具體結構,將發動機2、分動箱11、液壓機械無級變速器18、加載電機26等安裝在三維可調支架I上；油門執行器4、離合器操縱機構總成5等與發動機2連接；發動機用萬向傳動軸6與安裝在分動箱支座總成27的分動箱11連接；發動機輸出動力經分動箱11分流:一路經傳動軸輔助支撐裝置總成7、第一扭矩限制器
8、第一轉矩轉速傳感器9、聯軸器10、萬向傳動軸12流入液壓機械無級變速器18機械輸入端，另一路經第一聯軸器28、第二轉矩轉速傳感器29、第二聯軸器30、變速器變量泵31、定量馬達13、第三聯軸器 14、第二轉矩轉速傳感器15、第四聯軸器16、精密萬向聯軸器17進入液壓機械無級變速器液壓輸入端；匯流動力由液壓無級變速器輸出軸輸出經第五聯軸器
19、第三轉矩轉速傳感器20、第二扭矩限制器21流入升速箱22，經第六聯軸器23、轉向器24、第七聯軸器25與加載電機26連接。調整發動機2、分動器11、液壓機械無級變速箱18、升速箱22、轉向器24、加載電機26、轉矩轉速傳感器9、15、20、29、第一轉矩保護裝置8等部件的三維可調支架高度，使中心線高度保持一致；安裝各個控制器單元，布置發動機和控制器線束，組建CAN網絡，連接整體顯示裝置；調試車輛液壓機械無級變速器臺架系統通信。利用此車輛液壓機械無級變速器實驗臺架可以完成以下試驗:液壓機械無級傳動的原理、理論特性、設計分析方法、動態特性、控制系統等相關實驗；發動機與液壓機械無級傳動系統的匹配實驗；液壓機械無級傳動系統動態特性和性能試驗。車輛液壓機械無級變速器臺架整個控制系統由整車控制器、顯示單元及臺架控制系統組成。整車控制系統由兩個E⑶分別控制整車部件工作，分別是E⑶I控制發動機；ECT2控制液壓機械無級變速器及其變量泵-定量馬達系統；臺架控制系統除協調控制整車控制器控制的各個汽車部件，同時控制整個試驗臺各個部件，包括所有的轉矩轉速傳感器，扭矩限制器，分動器，升速箱以及加載電機等，同時也能夠反饋試驗臺各個部件試驗中的各種數據、狀態和中間結果等。顯示單元用于顯示整個臺架所有部件的控制情況、運行情況、實驗過程及實驗結果等。整個控制系統組成CAN網絡，臺架所有功能均通過CAN網絡實現控制。發動機為試驗系統提供必要的動力源；測功機用于吸收發動機經傳動系傳遞的功率，模擬被試傳動系的工作環境，并將吸收的功率轉換為電能回饋給電網；扭矩限制器將試驗臺架各機械部分有機結合起來，形成一個具有一定功能的整體，同時起到限扭作用；升速箱實現對傳動系最終傳動的升速降扭，使得測功機的輸入端轉矩轉速與測功機轉矩特性相匹配；拐角器使整個試驗臺更加對稱緊湊，減少實驗平臺占地空間；實驗室輔助支持系統為各種機械構件提供必要的工作環境。試驗控制裝置主要由工業控制計算機(上位機)、PLC可編程序控制器(下位機)、數據采集板、各類傳感器、控制臺、儀表柜、試驗臺現場報警監視設備等硬件設備以及測控軟件組成，能夠實現對整個試驗臺進行集中控制，對試驗參數進行監測、采集、顯示、記錄、分析及圖表打印輸出，并對試驗過程進行監視和記錄。試驗控制裝置可以采集的數據包括轉速、轉矩、壓力、流量、溫度、發動機油門開度等。選用發動機作為試驗臺的動力源，盡量使被試件的試驗情況與實車使用狀況最接近。發動機油門執行器根據主控計算機設定的油門位置，自動調節油門開度，穩定發動機轉速。負載模擬裝置采用直流電機作為加載器，用來模擬履帶車輛工作路況負載阻力，配合整流回饋單元，構成的測功機系統具有兩種運行模式，既可運行在發電狀態，也可運行在電動狀態，過程自動轉換，回饋完全符合電網回饋質量要求的電能。同時，利用專門的控制系統實現模擬車輛動力傳動系統功率的傳遞變化，從而提高傳動系統試驗能力、擴大適用范圍的要求。在主控計算機的控制下，直流電機可以運行在不同的工作模式:(I)恒轉矩模式。該模式下的電機在控制系統的調節下，轉矩的給定值與實測值進行比較，比較后的 差值經PID調節，按給定的控制方式自動調整其電樞電流，改變測功機的輸出轉矩，使之不隨轉速的變化而改變，維持在給定值。這種模式是本試驗系統運行的基本模式。(2)恒轉速模式。控制系統控制直流電機的加載轉速，將其設定值與實測值進行比較，比較后的差值經PID調節，按給定的控制方式自動調節電機電樞電流，改變測功機的轉速使其維持在給定值。這種模式下，即可以進行傳動系與發動機的匹配試驗，又可以單獨對發動機進行性能測試試驗。(3)恒功率模式。控制系統使直流電機的加載功率(轉速與轉矩的乘積)維持在給定值。此模式下可用于模擬車輛加速行駛工況。試驗系統的數據信息傳遞采用CAN總線通信技術，使上位機與下位機的數據傳輸更加方便、快捷、可靠。采用本專利不僅可以進行車輛動力傳動裝置性能與效率的單項測試試驗，而且還可以進行車輛動力傳動裝置的混合性能測試實驗，同時還能全程模擬履帶車輛的轉向過程；通過控制程序可以實現動態加載，模擬整機實際工況或規定的循環工況；控制系統根據不同的試驗方法可以對發動機與測功機的轉速、轉矩設置不同的閉環控制模式，可以完全滿足車輛動力傳動系統相關試驗標準中規定的各項試驗內容和試驗項目；試驗過程中根據實際要求，操作人員只要按下不同的控制模式按鈕即可，各種控制方式的切換完全無擾動；試驗中的各個測試量及分析結果可以實時地顯示、處理、存儲和打印。與以往傳動的實車試驗相比，采用本試驗臺可以簡便快捷的進行各類車輛動力傳動系統試驗，節省大量的實驗時間和經費，適用于車輛傳動裝置的各項性能試驗。試驗臺架實施例試驗臺架在試驗系統實施例中已經介紹，在此不再贅述。
權利要求1.車輛液壓機械無級變速器試驗臺架，其特征在于，包括用于裝配液壓機械無級變速器的變速器安裝位，變速器安裝位連接一路機械輸入、一路液壓輸入和一路機械輸出；所述一路機械輸入主要由發動機、主離合器和分動器順次連接構成，分動器包括兩個輸出端，第一輸出端用于所述一路機械輸入，第二輸出端用于所述一路液壓輸入，所述一路液壓輸入主要由分動器的第二輸出端、變量泵、定量馬達順次構成；所述一路機械輸出主要由升速箱和加載電機順次連接構成；所述主離合器和分動器之間、變速器安裝位與升速箱之間、分動器的第二輸出端與變量泵之間、定量馬達與變速器安裝位之間均設有轉速轉矩傳感器。
2.根據權利要求1所述的車輛液壓機械無級變速器試驗臺架，其特征在于，所述主離合器和分動器之間、變速器安裝位與升速箱之間均設有扭矩限制器。
3.車輛液壓機械無級變速器試驗系統，其特征在于，包括車輛液壓機械無級變速器試驗臺架和試驗控制裝置，所述車輛液壓機械無級變速器試驗臺架，包括用于裝配液壓機械無級變速器的變速器安裝位，變速器安裝位連接一路機械輸入、一路液壓輸入和一路機械輸出；所述一路機械輸入主要由發動機、主離合器和分動器順次連接構成，分動器包括兩個輸出端，第一輸出端用于所述一路機械輸入，第二輸出端用于所述一路液壓輸入，所述一路液壓輸入主要由分動器的第二輸出端、變量泵、定量馬達順次構成；所述一路機械輸出主要由升速箱和加載電機順次連接構成；所述主離合器和分動器之間、變速器安裝位與升速箱之間、分動器的第二輸出端與變量泵之間、定量馬達與變速器安裝位之間均設有轉速轉矩傳感器； 所述試驗控制裝置，包括整車控制器和臺架控制系統，整車控制器用于控制發動機、液壓機械無級變速器和變量泵，臺架控制系統控制連接所述整車控制器、主離合器、分動器、升速箱和加載電機。
4.根據權利要求3所述的液壓機械無級變速器試驗系統，其特征在于，所述試驗控制裝置還包括顯示單元。
5.根據權利要求3所述的車輛液壓機械無級變速器試驗系統，其特征在于，所述主離合器和分動器之間、變速器安裝位`與升速箱之間均設有扭矩限制器。
專利摘要本實用新型涉及一種車輛液壓機械無級變速器試驗臺架與試驗系統，以彌補現有技術中沒有專用試驗臺架的缺陷。試驗臺架與待試驗的液壓機械無級變速器構成一個試驗用的傳動系統，試驗控制裝置由于對試驗臺架、待試驗的液壓機械無級變速器進行控制，對相關傳感器參數進行采集。本實用新型能夠對液壓機械無級變速器進行試驗，對液壓機械無級變速器的設計、動態特性、性能試驗的研究有重要意義，對軍用裝甲車輛、拖拉機、工程機械等車輛技術的發展具有廣泛的意義。
文檔編號G01M13/02GK203148674SQ201320070820
公開日2013年8月21日 申請日期2013年2月6日 優先權日2013年2月6日
發明者周志立, 郗建國, 徐立友, 牛毅, 李忠利, 張文春, 曹青梅, 侯海源 申請人:河南科技大學