转鼓试验（汽车产品开发的重要试验设备）

简介

加载装置，测量装置，转鼓组件，车轮举升装置，冷却装置，约束装置，地坑覆盖板

单转鼓：转鼓直径一般在1500mm以上，2000—2500mm以下（定位要求高，车轮对中困难，精度较高）

双转鼓：转鼓直径一般在185—400mm，随车速而定（试验精度较低，但使用方便，成本低）

在转毂试验机上测试ABS的性能，可保障ABS正常工作，避免车轮抱死事故的发生，试验汽车在试验机的转毂上模拟在路面上行驶的各种动态工况，并利用各种装置对各动态工况进行测量、分析和判断。多功能转毂试验机由计算机和可编程控制器控制：在被测试汽车加速时，通过电动机提供阻力矩模拟行驶阻力；在被测试汽车制动时，用惯性转毂和传动部件的转动惯量模拟汽车移动部件的质量和转动部件惯量。

试验设备

为了确保汽车测试的精度和准确度，在转鼓试验台投入使用前需要对转鼓试验台系统进行标定，验证转鼓试验台系统是可靠，准确的。转鼓表面牵引力是测试中一个重要参数，力传感器是间接测量滚筒表面牵引力的工具，对转鼓试验台标定完成之后，力传感器的信号会输送给计算机并显示滚筒表面的受力。这样为转鼓试验台的后续标定奠定了基础。

测量原理

由于汽车转鼓试验台结构的特殊性，测量转鼓表面牵引力时，无法在光滑的转鼓表面安装加载装置，而是通过测量转鼓表面牵引力的测试系统作用到拉力传感器上的力间接得到的。对汽车转鼓表面牵引力的标定是通过对拉力传感器的标定实现的，力传感器受到感应后，输出的是电压数字量，因此对应每个质量，都会有一个相应的电压值。

转鼓的测力装置一般分为扭矩传感器和测力传感器2种，实现对汽车牵引力矩和牵引力的测量，当前使用的大部分是电力转鼓试验台，其控制界面显示转鼓表面的牵引力，而不是牵引力矩，因此牵引力测量使用拉力传感器测量，不再使用扭矩传感器。

拉力传感器是一种将力信号转变为可测量的电信号输出的装置，由两个拉力传递部分和力敏器件组成。拉力传递部分用于力的传递，中间的力敏器件装是有压电片和压电片垫片的弹性体。弹性体在外力作用下产生弹性形变，使粘贴在它表面的电阻应变片也随同产生变形，它的阻值也将发生相应的变化，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号，从而完成将外力变换为电信号的过程，能适用于转鼓牵引力测量的各项要求。

标定方案设计

通过对拉力传感器的标定实现转鼓表面牵引力测试系统的标定。在传感器的实际使用过程中，其零点、满量程、线性度、及重复度可能会发生变化，而在汽车测试过程中，要求测试结果与真实程度不发生太大变化，这就要求对拉力传感器的零点、满量程、线性度以及重复度进行专门的标定，标定中采用双向标定臂比以往采用单向臂标定可以减小额外扭矩的影响。

标定臂是安装在电机外壳上面，在标定臂端加载固定质量的砝码，用于模拟作用在电机外壳上的力矩。以往的标定臂是单向臂，使用金属制成且是不规则的几何体，自身有一定质量，由于质心很难确定，对电机壳产生的力矩无法精确求出。双向臂可以补偿这方面引起的偏差，双向臂的质量中心位于其几何对称线上，垂直于电机外壳的上表面，并穿过电机主轴回转中心，所以双向臂的自重不对电机外壳产生力矩作用，也不会作用到拉力传感器上。砝码加载时，放置在双向臂一侧的左右两端，可以避免产生加载位置不对称而产生额外的扭矩影响牵引力测试结果。

通过双向臂宽度L与电机外壳半径R之比L/R，可以划算得到作用在转鼓电机外壳上拉力传感器上的力：F=W×L/2R，W为标定臂一端加载的砝码质量，L 为标定臂长，R为滚筒半径，F为传感器测量值。

标定前对转鼓进行20min热机，降低转鼓电机主轴与转鼓连接的轴承的摩擦力，提高系统灵敏度，使拉力传感器能够实时地采集到当前载荷数据。热机完成后启动转鼓制动，是转鼓固定在转鼓框架上，使外界的干扰不会导致转鼓产生运动和载荷。

完成转鼓试验台的开机和制动之后，在转鼓电机不加载，标定臂两端没有悬挂砝码的情况下，读取转鼓试验台控制界面上的当前牵引力值，如果牵引力值不为零，那么将当前读数设定为零点。然后在标定臂的一侧逐个加载砝码，并记录每次加载后控制界面上显示的测量结果，直到加载到满量程，检查当前的读数是否与转鼓试验台设计量程相等，若存在差异，将当前值设定为满量程刻度，再逐一卸载砝码并记录测量结果。

按照同样地方法在标定臂的另一端加载砝码并记录结果至满量程，完成对牵引力零点及满量程的标定。

在牵引力零点和满量程标定过程中，将加载和卸载砝码采集到的数据记录的平均值用一次拟合的方法进行线性拟合得到线性方程的拟合曲线，检验拉力传感器的线性度和重复度。

标定结果分析

本文采用选择标定压力的标定方法，标定点的选取是根据转鼓表面牵引力大小范围加以选择，并使标定压力的选取落在压力传感器获取最佳精度的压力范围，能比一点标定法获得较高的标定精度。用EXCEL将数据进行处理可以得到线性方程y=849.03x+29.624，得到曲线图。

获得的标定曲线表现出该传感器线性度和重复度较好，两个方向的加载误差都比较小，符合了转鼓试验台测试要求。

总结

以往的标定方法中的标定臂是单向臂，单侧加载砝码，这对电机壳产生的额外力矩无法精确求出，由此产生的误差无法弥补。

本文基于国内转鼓试验台设计采用双向臂一侧两端加砝码的标定方法，一定程度上弥补了单向臂标定产生的额外误差，标定过程中，为了拉力传感器能够实时地采集到当前载荷数。标定前需要对转鼓进行20min热机降低系统的摩擦力。加载砝码时，双向臂的轻微颤抖会对读取的数据产生较大的影响，待双向臂完全静止时读取数据。通过标定力传感器零点、满量程、线性度、及重复度实现对转鼓表面牵引力的精确标定，比采用单向臂一端加砝码标定法能有效的减少测量误差，提高转鼓试验台的测量精度，确保汽车各项性能测试的精度和准确度，为国内转鼓试验台的深入研究提供一定的标定方法参考。