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汽車已成為人們生活中密不可分的重要組成部分，而汽車的“心臟”是發(fā)動機，檢測、修正、完善發(fā)動 機性能、指標、零部件使用壽命的強勁設(shè)備是“測功機”。因此，從某種意義上講，測功機的發(fā)展狀況決定 著汽車工業(yè)的發(fā)展水平。 測功機的發(fā)展歷程測功機雖然作為檢測汽車發(fā)動機的主要設(shè)備，推動了汽車工業(yè)的發(fā)展，但是，測功機并不是伴隨著汽車 工業(yè)的發(fā)展而誕生的，而是早于汽車，后來應(yīng)用于汽車工業(yè)的。測功機可分為兩類：可倒拖式測功機和不可倒拖式測功機。      可倒拖式的測功機有：電力式和混合式；不可倒拖式的測功機有：電渦流式、磁滯制動式、風(fēng)扇制動式、液力 式、機械制動力式、水力式。現(xiàn)在常用的是電渦流式和電力式兩種測功機。 1.1 測功機的歷史 1719 年，Graham-Desaguliers 測功機經(jīng)英國科學(xué) GeorgeGraham 發(fā)明，1763 年于倫敦首次試驗，用 量人類肌肉力量。1798年法國的 Regnier 發(fā)明 字命名的測功機，可以測量軍隊中馬匹的牽引力。      1821 年，Gaspard de Prony 發(fā)明了 de Prony brake 測功機用來測量蒸汽機的扭矩，后來英國用來表征發(fā) 動機功率的“brake horse power”（馬力） 也由此得來。19 世紀 20 年代末，John Macneill Marriot專利的 基礎(chǔ)上，改進了設(shè)備，用來測量不同路面上馬車所需的牽引力。 1877 WilliamFroude 發(fā)明了第一臺發(fā)動機測功機；1881 第一臺商用測功機被這家公司生產(chǎn)。水力測功機由制動 器、測力機構(gòu)、供水系統(tǒng)組成。制動器吸收發(fā)動機扭矩， 通過測 力機構(gòu)的測量，指示供水機構(gòu)供應(yīng)相應(yīng)水量。它具有價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單可靠的優(yōu)點，所以在 20 世紀 一直被使 用并被不斷更新。但由于響應(yīng)慢、耗費資源、 精度差，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用。1928 年，德國的 Carl Schenck 公司 生產(chǎn)了第一臺汽車用底盤轉(zhuǎn)鼓測功機，這臺測功機已經(jīng) 具有了現(xiàn)代測功機的雛形。 1931 年，Martin AnthonyWinther 兄弟發(fā)明了渦流式測功機并于1947 年注冊專利。此后，兩兄 Dynamatic公司，并直到 2002 年一直致力于 生產(chǎn)測功 機，1946 1995年期間，此公司還一度成 公司。而Heenan 后，也開始生產(chǎn)電渦流測功機。電渦流測功機利用電渦 流原理平衡發(fā)動機 的扭矩，并利用冷卻水將熱量帶走。 主要由測功機主 體、測力機構(gòu)、控制柜三部分組成。 電渦流測功機經(jīng)過 近百年的發(fā)展，具有低慣量、高精 度、高穩(wěn)定性的優(yōu) 點，并且結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，便 于自動化控制。 19世紀中葉電機被發(fā)明后，直流電力測功機就 經(jīng)出現(xiàn)。       電力測功機利用電力平衡發(fā)動機扭矩。其特點為精度高，響應(yīng)快，節(jié)約了大量冷卻水，保養(yǎng)周期價格貴，變頻柜占地面積大。20 世紀中葉，隨著控制技術(shù)的發(fā)展，開始出現(xiàn)測功 機轉(zhuǎn)矩控制電路；70 年代，隨著計算機和航天技術(shù)的發(fā)展，發(fā)動機測試向自動化，智能化方向發(fā)展；80 年代， 出現(xiàn)了集檢測操作、數(shù)據(jù)采集、打印和存儲一體的系統(tǒng)軟件；90 年代，仿真技術(shù)開始走進臺架測試領(lǐng)域，仿真向高速化發(fā)展。發(fā)展至今，發(fā)動機臺架測試已經(jīng)涵蓋多學(xué)科知識，包括：機械工程、電學(xué)、聲學(xué)、軟件、化學(xué)、計算機科學(xué)等。       1.2 測功機轉(zhuǎn)矩傳感器 扭矩測量是測功機重要的功能。在 20 世紀初，測 由此計算出轉(zhuǎn)矩值。現(xiàn)代測功機已經(jīng)沒有臂軸設(shè)計， Schenck 公司的電渦流測功機利用兩個浮動支撐代替了臂軸軸承。在我們的試驗中，就發(fā)生過由于浮動支撐安裝不良，導(dǎo)致測量功率扭矩不準確的事件。 99 1.3 測功機轉(zhuǎn)速傳感器 轉(zhuǎn)速傳感器最早由齒輪和一個脈沖傳感器測量。齒 輪有固定齒數(shù)，系統(tǒng)利用傳感器從齒輪得到的脈沖計算 轉(zhuǎn)速。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝，使用壽命長。 現(xiàn)在更多利用光學(xué)編碼器傳感器測量轉(zhuǎn)速。并且有統(tǒng)可以對兩個方向的轉(zhuǎn)速分別記錄。這種傳感器的缺點是對灰塵敏感，使用壽命短，并且安裝要求高。 1.4 測功機數(shù)據(jù)采集方法 采集數(shù)據(jù)是發(fā)動機試驗的首要目的，數(shù)據(jù)的顯示、 輸出、管理以及儲存等工作，是發(fā)動機臺架試驗中必須 先于其他考慮的。而測功機的數(shù)據(jù)輸出及處理過程，與 測試技術(shù)，計算機技術(shù)等同步發(fā)展，在最近十年中，經(jīng) 歷了突飛猛進的發(fā)展。現(xiàn)在的數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通過計 算機被更快速的記錄，但是，數(shù)據(jù)的精確性并不比“紙 條系統(tǒng)”時好，所以，試驗室必須配備標定、備份以及 后處理手段。針對越來越多的處理器、傳感器等各類設(shè) 備。測功機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)大致分為以下三個階段。       第一階段是手寫，在發(fā)動機測試發(fā)展的初級階段。 被測發(fā)動機數(shù)量小，測試者關(guān)注的參數(shù)少，所以手寫式記錄是最經(jīng)濟，同時最精確的方法。       第二階段是圖表記錄儀，這種記錄儀在 19 世紀中 發(fā)明初期被用來記錄星象變化，以提高記錄精度。1888 年，記錄氣壓的記錄儀在美國被注冊專利。在多通錄儀中，最多可以記錄12 個通道的連續(xù)模擬量數(shù) 據(jù)對時間的曲線。這種彩色的曲線記錄方法在計算機技術(shù)迅猛 發(fā)展的70 年代之后逐漸不被使用。       第三階段是計算機時代。首先是手動控制的計算機記錄階段。隨著需要記錄參數(shù)的增多，信號需要經(jīng)過模 擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換，這就需要計算機中的數(shù)據(jù)收集卡和信 號調(diào)節(jié)卡，計算機技術(shù)的提高解決了這個問題。計算機記錄的典型模式是 16 個壓力通道、16 個溫度通道、4 脈沖通道用來接收轉(zhuǎn)矩傳感器傳送的信號，并接收油耗 儀的輸入。手動控制，試驗不需要經(jīng)過編程，并且， 功機此時無法與計算機交互。自動化控制和數(shù)據(jù)儲存階段。1978年奧地利的 AVL 公司開發(fā)了第一個發(fā)動機測功機控制軟件 PUMA。 現(xiàn)在， 大多數(shù)發(fā)動機測功機都已實現(xiàn)計算機軟件自動控 外，臺架都可以通過另一套面板設(shè)備對測功機和發(fā)動機 進行控制。但是控制必須依賴軟件，如果軟件癱 多數(shù)臺架都無法使用。在數(shù)據(jù)的顯示方面，大多數(shù)試驗 人員選擇曲線形式，以便直觀發(fā)現(xiàn)問題，現(xiàn)在外 國一些 研發(fā)中心的控制臺已有六塊顯示器，以便關(guān)注足數(shù)變化。在發(fā)動機測功機的發(fā)展過程中，也產(chǎn)生了一些軟 件用來發(fā)現(xiàn)試驗中參數(shù)無法反映的情況。例如，“爆 震”。爆震發(fā)生時溫度、缸壓都很高，并且爆震的檢測 需要特殊的檢查。德國RA 公司的軟件可以通過CAN 等協(xié)議讀取ECU 的數(shù)據(jù)，可以在線診斷爆震。這些軟件都減輕了試驗人員的工作負擔(dān)，并能在試驗進行 中及時發(fā)現(xiàn)問題。       國內(nèi)發(fā)動機測功機現(xiàn)狀國內(nèi)高校主要對電力測功機控制進行了深入的研究，CY110、160 型電力測功機，并獲得 法研究比較多。電力測功機動態(tài)模擬控制策略的研究，電力傳動系統(tǒng)的控制算法研究是主要研究方向。北京交 通大學(xué)、清華大學(xué)等都曾對電渦流測功機控制算法進行 研究，主要研究方向為對控制扭矩進行預(yù)測的各種算法研究。 國內(nèi)企業(yè)多采用 AVL、HORIBA、SIEMENS 等國外品 測功機。并配有IMTECH 等公司的試驗室相關(guān)設(shè)備。 企業(yè)多依賴進口產(chǎn)品，主要是由于國內(nèi)試驗設(shè)備精度不 發(fā)動機臺架試驗發(fā)展方向發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展促進了發(fā)動機測試技術(shù)的發(fā)展。 而測試技術(shù)，計算機技術(shù)等領(lǐng)域的科技進步為發(fā)動機測 試技術(shù)的發(fā)展提供了條件。從目前看，發(fā)動機臺架試驗有以下三個趨勢。 3.1 集成化 測功機及其軟件越來越向高集成化方向發(fā)展。例如，現(xiàn)在的發(fā)動機臺架試驗中有油耗儀、尾氣成分分析、BlowBy 氣體測量、煙度計、色譜儀、燃燒分析 備的控制。 3.2 智能化和網(wǎng)絡(luò)化 現(xiàn)在的常用測功機軟件中，很多程序還很繁瑣，例如試驗程序的編寫和試驗數(shù)據(jù)的整理。而網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā) 展可以實現(xiàn)對臺架數(shù)據(jù)、臺架運行情況、試驗室所有可 用設(shè)備等的統(tǒng)一管理，節(jié)省人力物力。此類軟件在國外 已經(jīng)有投入使用。而隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和云計算技術(shù)的 發(fā)展，這兩方面的新科技也會為發(fā)動機臺架試驗提供更大的發(fā)展空間。 3.3 發(fā)動機在線診斷 發(fā)動機臺架試驗的目的是采集數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)問題。而發(fā)動機在運行過程中可能會發(fā)生突發(fā)故障或零件的疲 勞損壞。       現(xiàn)在有很多軟件、儀器針對這類問題，提出預(yù)警，排除由于發(fā)動機故障對臺架的損壞。例如，dA 公司的分析儀。利用對曲軸振動加速度的數(shù)據(jù)采集，得出階次分析數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)超過預(yù)警值，則停止試驗。