节能竞技赛车滑行内阻测定装置及测定方法
【技术领域】
[0001]本发明属于汽车节能领域，更确切地说属于全新的节能竞技比赛领域，涉及一种测定节能竞技赛车滑行内阻测定装置及其测定方法。
【背景技术】
[0002]随着近年来经济的不断发展，能源节约、环境保护问题已经越来越被人们重视。在此背景下，节能竞技比赛应运而生。其目的是设计一辆以发动机为动力源的节能竞技赛车，用最少的油耗跑完指定路程。此类赛车的等效油耗为几百到几千公里每升汽油不等。
[0003]节能克技赛车最显著的特征是米用了“加速--滑行”的行驶策略，在不需要驱动力时关闭发动机进行滑行。传统研究将汽车的行驶阻力分为滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力。普通汽车很少有空挡滑行的状态，并且滑行时由汽车行驶系内部组件之间的相互摩擦、拖拽和由传动系、制动系等产生的滑行内阻相对其他阻力而言较小，因此设计者并不关心滑行内阻的大小。而基于此种特殊行驶策略的节能竞技赛车，滑行内阻的大小却显著影响油耗的多少。
[0004]车轮的定位参数会对滑行性能有一定影响，尤其对节能竞技赛车，此种影响更为显著。然而，目前尚没有关于此方面的资料和试验方法。
[0005]汽车的滑行性能要通过滑行试验来测得。而滑行试验只能粗略检测汽车的传动系和制动系有无阻滞现象，并测得整车状态下一个大致的滑行阻力系数，不能排除空气阻力和滚动阻力的影响，这对致力于改善滑行性能的节能竞技赛车的设计而言并不适用。
[0006]目前，对于汽车传动系阻力的试验研究一般采用底盘测功机反拖汽车驱动轮的方法。但是，节能竞技赛车体积和质量较小，相应的阻力和普通汽车相比并不在同一量级，普通汽车底盘测功机不能满足精度要求。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是为了完善现有车辆滑行内阻试验研究的不足，解决普通底盘测功机无法满足测定要求的问题，而提供一种节能竞技赛车滑行内阻测定装置及测定方法。
[0008]本发明以车辆纵向受力平衡为基础，以电动机作为拖动系统的动力源来模拟车辆的行驶状况，并利用数据采集存储模块对车速以及滑行时轮胎滚阻和底盘内阻等效成的外阻力进行测量和采集。本发明不仅可以测量滑行时由于车辆底盘内阻产生的阻力大小，还可以把阻力大小与滑行速度大小相联系。
[0009]本发明之节能竞技赛车滑行内阻测定装置是由电机拖动系统、拉力测量模块和数据采集存储模块组成；
所述的电机拖动系统包括有底座、限位板、滚筒支架、联轴器、支撑板、滚筒、传送带、电机支架和电动机，限位板用螺栓固定在底座上，限位板的上部可伸缩，便于调整宽度，在测定过程中起到限制被测节能竞技赛车横向位移的作用，限位板可以在底座的长条孔中前后移动，便于找到适于限制车辆横向位移的点。滚筒支架焊接在电机支架上，滚筒支架用于支撑滚筒，电动机用螺栓固定在电机支架上，电动机通过联轴器与滚筒连接，以带动滚筒转动，滚筒的转动方向以支撑板上部传送带张紧为准。支撑板的竖直部分焊接在电机支架上，支撑板的水平部分布置在轮胎与传送带的理论接触点下方，以便支撑车辆竖直方向的重量，支撑板的水平部分用钢板和螺栓连接到电机支架上进行加固，确保支撑板可以承受被测节能竞技赛车的重力。支撑板和传送带之间需涂有减摩涂料，以减小两者之前的滑动摩擦，防止过多热量产生。电动机的转速由专门的电机控制器控制。
[0010]所述的拉力测量模块包括滑轮支架、滑轮、连接车辆和拉力传感器的刚性绳，滑轮支架通过螺栓固定在底座的前部，滑轮支架的位置可以在底座前部长条状的孔中调整，以便找到一个合适的测量位置。滑轮支架的顶部设有轴承孔，滑轮支架通过轴承与滑轮连接，刚性绳的一端固连在车辆上，刚性绳绕过滑轮，刚性绳的另一端与拉力传感器固连，拉力传感器固定在滑轮支架上。当车辆有向后运动的趋势时，刚性绳便会对拉力传感器产生一定的拉力。
[0011]所述的数据采集存储模块C由转速测量部分、拉力测量部分、数据显示部分和数据传输部分组成，其核心部件是STC89C52单片机。转速测量部分是霍尔转速传感器，霍尔转速传感器固连在车轮上，车轮转动使霍尔转速传感器产生高低脉冲信号，传送到单片机；拉力测量部分由拉力传感器HX711AD数模转换模块组成，拉力传感器通过拉力使自身产生的应变产生模拟信号，通过HX711AD数模转换模块将模拟信号转换成数字信号传送到单片机；数据显示部分是IXD1602显示屏，IXD1602显示屏显示当前经过转速换算成的车速和当前测得的拉力值；数据传输部分是PL2302转换器，PL2302转换器将单片机产生的TTL信号转换，通过USB发送到PC端。
[0012]本发明的测定方法包括以下步骤:
1、将被测节能竞技赛车的车身去除，保证轮胎有足够的胎压，以尽量模拟节能竞技赛车滑行时的真实状况；
2、使节能竞技赛车的制动系统处于工作状态，以限制其纵向移动，之后将其安放到指定位置，使车轮恰好在支撑板的正上方，若位置有误差，调整电机支架的在底座上的位置以适应被测节能克技赛车的轴距；
3、调整限位板的长度，使其刚好不碰到被测节能竞技赛车的车架为最佳，以限制赛车的横向位移；
4、将拉力测量模块中的刚性绳与被测的节能竞技赛车的车架固连，要保证连接的可靠性；
5、将被测节能竞技赛车传动系滑行离合器分离，使车轮与发动机的一切连接断开；
6、检查被测节能竞技赛车的制动系统是否有拖滞；
7、使被测节能竞技赛车的驾驶员坐到驾驶位置，以便尽量模拟节能竞技赛车滑行时的真实状况，并可实时操纵赛车；
8、被测节能竞技赛车满载之后，调整前轮外倾角至零，调整合适的前轮前束；
9、将数据采集存储模块与PC连接，打开数据采集存储模块并将示数清零；
10、驱动电动机工作，并注意观察显示屏示数是否正常；
11、调节电动机转速，使被测赛车获得不同的速度，以观察滑行速度不同时滑行性能的变化； 12、收集到足够的数据之后，使电动机停止工作，关闭数据采集存储模块C，待车轮停止转动之后，先将驾驶员移出驾驶位置，之后使被测节能竞技赛车的制动系统处于工作状态以限制其纵向移动；
13、将节能竞技赛车与拉力测量模块的连接解除，将被测赛车移出测量位置。
[0013]14、分析和整理数据。
[0014]本发明的有益效果是:
可以快速准确地测量出节能竞技赛车滑行时由底盘内阻转化成的滑行阻力，实现滑行内阻的定量检测，本发明可以用来进一步研究节能竞技赛车的各参数对滑行内阻的影响，从而可以保证节能竞技赛车的底盘状况良好。在节能竞技领域之外，对普通车辆燃油经济性的研究也具有指导意义，间接的经济效益巨大，对社会经济发展十分有利。
[0015]本发明的创新之处有:
1、利用电动机拖动车辆轮胎旋转，模拟车辆实际行驶状况；
2、滑行阻力和车速直接用传感器测出，并且可以一一对应并存储到PC端，方便记录，数据可以作为研究的原始数据；
3、前后电机拖动系统用螺栓活动连接在底座上，可以调节范围以适应不同轴距的车辆。
【附图说明】
[0016]图1是节能竞技赛车底盘滑行内阻测定装置的示意图。
[0017]图2是电机拖动系统的示意图。
[0018]图3是拉力测量模块的示意图；
图4是STC89C52单片机电路图。
[0019]图5是霍尔转速传感器电路图。
[0020]图6是拉力传感器电路图。
[0021 ]图7是HX71IAD数模转换模块电路图。
[0022]图8是IXD1602显示屏电路图。
[0023]图9是电源-PL2302转换器电路图。
[0024]图10是拉力测量模块的原理图。
[0025]图11是整套装置的逻辑连接图。
[0026]图12是信号采集和处理流程图。
[0027]图13是测量前轮外倾角对滑行内阻影响的原理图。
[0028]图中A.电机拖动系统B.拉力测量模块C数据采集存储模块1.底座2.限位板
3.滚筒支架4.联轴器5.支撑板6.滚筒7.传送带8.电机支架9.电动机10.滑轮支架11.滑轮12.刚性绳13.拉力传感器14.霍尔转速传感器15.轮胎16.可调角度铰链17.重物
【具体实施方式】
请参阅图1、图2和图3所示，本发明之节能竞技赛车滑行内阻测定装置是由电机拖动系统A、拉力测量模块B和数据采集存储模块C组成； 请参阅图1和图2所示，所述的电机拖动系统A包括有底座1、限位板2、滚筒支架3、联轴器4、支撑板5、滚筒6、传送带7、电机支架8和电动机9，限位板2用螺栓固定在底座I上，限位板2的上部可伸缩，便于调整宽度，在测定过程中起到限制被测节能竞技赛车横向位移的作用，限位板2可以在底座I的长条孔中前后移动，便于找到适于限制车辆横向位移的点。滚筒支架3焊接在电机支架8上，滚筒支架3用于支撑滚筒6，电动机9用螺栓固定在电机支架8上，电动机9通过联轴器4与滚筒6连接，以带动滚筒6转动，滚筒6的转动方向以支撑板5上部传送带7张紧为准。支撑板5的竖直部分焊接在电机支架8上，支撑板5的水平部分布置在轮胎15与传送带7的理论接触点下方，以便支撑车辆竖直方向的重量，支撑板5的水平部分用钢板和螺栓连接到电机支架8上进行加固，确保支撑板5可以承受被测节能竞技赛车的重力。支撑板5和传送带7之间需涂有减摩涂料，以减小两者之前的滑动摩擦，防止过多热量产生。电动机9的转速由专门的电机控制器控制。
[0029]请参阅图3所示，所述的拉力测量模块B包括滑轮支架10、滑轮11、连接车辆和拉力传感器13的刚性绳12，滑轮支架10通过螺栓固定在底座I的前部，滑轮支架10的位置可以在底座I前部长条状的孔中调整，以便找到一个合适的测量位置。滑轮支架10的顶部设有轴承孔，滑轮支架10通过轴承与滑轮11连接，刚性绳12的一端固连在车辆上，刚性绳12绕过滑轮11，刚性绳12的另一端与拉力传感器13固连，拉力传感器13固定在滑轮支架10上。当车辆有向后运动的趋势时，刚性绳12便会对拉力传感器13产生一定的拉力。
[0030]请参阅图4、图5、图6、图7、图8和图9所示，所述的数据采集存储模块C由转速测量部分、拉力测量部分、数据显示部分和数据传输部分组成，其核心部件是S