CN111656153A - 用于机动车的测功机测试的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配置为在车辆测功机系统中使用的测功机测试单元，其用于车辆的测功机测试，所述测功机测试单元被配置为连接至车辆的轮轴，所述测功机测试单元包括具有定子和转子的动力源并且被配置为在测试期间将转矩施加至被测试车辆的轮轴，所述动力源由定子支承承载，所述定子以轴颈关联于定子支承，所述测功机单元还包括用于测量转矩的装置，所述装置包括弹性带，其中所述弹性带将所述定子连接至所述定子支承，从而抑制所述定子与所述定子支承之间的相对旋转运动，并且所述弹性带被配置为传递所述定子与所述定子支承之间的力，所述弹性带在某种程度上被牢固地固定，使得其在所述弹性带的纵向方向上受到均匀的拉伸预应力。

Description

用于机动车的测功机测试的方法和装置

发明领域

本发明涉及车辆的测功机测试，尤其涉及一种在测功机测试具有至少一个轮轴和将动力施加至所述第一轮轴的动力源的车辆时使用的测功机测试单元。本发明还涉及一种用于组装此种测功机测试单元的组装方法。

发明背景

车辆的测功机测试本身是已知的，例如可以通过配备有支撑车轮的大滚筒的滚筒式(滚筒模拟路面)测功机进行，该大滚筒用于向车辆的驱动轮施加制动转矩。滚筒通常是摩擦类型的，其中测功机系统通过摩擦接合而与从动车轮的轮胎接合。轮胎与摩擦滚筒之间不可避免的通常也是不可预测的打滑和摩擦可能会导致在测试结果中出现不希望的误差。

摩擦滚筒类型的系统也可能并不总是能够提供期望的测量精度和/或测量自由度。

另一种类型的车辆测功机系统使用一种用于车辆测功机测试的装置，其中负载吸收装置(例如以流体静压泵组件的形式)具有输入轴，该输入轴用于与要测试的车辆的驱动轴接合。车辆的每个驱动轴可以固定地连接到这种单独的装置，从而可以精确地测量来自车辆的总有效转矩。

这种类型的系统既可以用于两轮驱动系统，也可以用于四个轮驱动系统或更多轮驱动系统，以执行复杂的测试。而且，车辆变速器可包括用于向车辆的轮轴提供动力的各种动力源以及多种动力源。这些动力源可以被设置成提供推进动力以及制动动力，例如用于反馈制动时。车辆变速器所增加的复杂性提出了希望也能够使用测功机测试系统来测试其他功能。另外，车辆越来越多地配备有驾驶员辅助系统，其中可以在各种情况下利用这种系统来辅助驾驶员。

车辆控制系统日益增加的复杂性可能需要在大量实际驾驶情况和条件下进行测试，以确保所需的功能。如果可以将这种实际驾驶测试的至少一部分更换为使用车辆测功机进行测试，则将是可取的。

本发明的目的和最重要的特征

本发明的目的在于提供一种车辆测功机，其当在测试期间主导条件随每次测试改变时也具有准确的测试车辆的功能。

根据本发明，提供了一种配置为在车辆测功机系统中使用的测功机测试单元，其用于车辆的测功机测试，所述测功机测试单元被配置为连接至待测试车辆的轮轴，所述测功机测试单元包括具有定子和转子的动力源并且被配置为在测试期间将转矩施加至被测试车辆的轮轴，所述动力源由定子支承承载，所述定子以轴颈关联于定子支承。所述测功机单元包括用于测量转矩的装置，所述装置包括弹性带，其中所述弹性带将所述定子连接至所述定子支承，从而抑制所述定子与所述定子支承之间的相对旋转运动，并且所述弹性带被配置为传递所述定子与所述定子支承之间的力，所述弹性带在某种程度上被牢固地固定，使得其在所述弹性带的纵向方向上受到均匀的拉伸预应力。

所述弹性带可以是细长的弹性带。

所述测功机测试单元可以形成包括一个或多个测功机测试单元的车辆测功机系统的部件。

所述定子支承可以包括地面接合支撑件，所述地面接合支撑件被配置为允许所述测功机测试单元自由站立在表面(例如执行测试的位置的地面)上。

所述地面接合支撑件可以防止测功机测试单元在承受转矩时旋转，从而经受测功机测试单元所承受的转矩。

使用系统能够在测试车辆时提供准确的测量结果，在该系统中将包括动力源的一个或多个测功机测试单元连接到车辆的轮轴上。例如，可以在快速加速过程中对车辆进行测试，并且可以以精确的方式测量整个车辆发动机速度范围内的车轮转矩。通常，转矩/负载可以被设置成通过测量装置在被测轴上直接进行测量。然而，这样的测量面临困难，例如关于旋转部件等。可替代地，如本发明中一样，可以通过测量反作用负载来测量施加在旋转轴上的转矩负载。反作用负载/转矩的测量遵循以下事实：对于每个动作，都有相等且相反的反作用力。对于测功机测量值，这意味着在这种情况下可以通过测量防止测功机测试单元转动所需的负载/转矩量来测量负载/转矩。该负载通常称为反作用负载或反作用转矩。这也是根据本发明测量的转矩。

如所提到的，所述定子以轴颈关联于定子支承，因此所述定子以及包括定子壳体的动力源相对于定子支承是可旋转的。旋转运动则受到例如细长弹性带的限制，所述细长弹性带将定子连接到定子支承。当向测功机测试单元施加转矩时，动力源将无法通过弹性带旋转，然后所述弹性带将定子所承受的转矩从定子传递到定子支承，该带形成了定子和定子支承之间的张力传递链接。

所述弹性带形成了用于测量测功机测试单元所承受的转矩的装置的部件，因为弹性带也受到了该转矩。

可以通过测量弹性带受到的拉伸应力来测量转矩。

为了测量弹性带受到的拉伸应力，弹性带受到拉伸预应力。材料的应力-应变曲线通常具有成比例的部分，在该部分，材料所产生的应变与所施加的力成比例。可以将预应力控制在该应力-应变曲线上处于该成比例部分的水平，以确保所产生的应变与所施加的力成比例。

可以使该带受到足够高应力水平的预应力，以确保不会完全消除该带受到的应力，这可能导致该带可能弯曲。也可以使该带受到足够高应力水平的预应力，以确保该带当经受测功机测试单元所设计的转矩时不会是或不会离开应力-应变曲线的成比例区域。

根据本发明，所述弹性带在弹性带的纵向方向上受到均匀的拉伸预应力。这样做的优点是，弹性带中的材料特性将相同，并且所述带由此以均匀的方式对温度变化作出反应。这样，温度变化将不会以其他方式影响测量结果，例如可以通过膨胀系数容易地补偿。如果该带不会受到均匀的拉伸预应力，而是预应力会沿着该带位置的变化而变化(通常是这种情况)，则材料会受到温度变化的不同影响，从而难以补偿。

关于弹性带，其由高强度钢形成以支撑该带可能承受的高转矩。因此，根据物理定义，该带是弹性的，即，本体抵抗扭曲影响并在去除该影响或力时恢复其原始尺寸和形状的能力。

弹性带的示例性尺寸是长度为15-30cm，宽度为3-7cm，尽管其他尺寸可以是合适的，例如，取决于要吸收的转矩水平。

根据本发明的实施方式，可以使弹性带在某种程度上在弹性带的纵向方向上经受均匀的拉伸预应力，使得弹性带在被牢固地固定在定子支承上但从定子上释放时也受到均匀的拉伸预应力，或者所述弹性带在被牢固地固定至所述定子但从所述定子支承处释放时也受到拉伸预应力。也就是说，可以牢固地固定弹性带，使得在将弹性带固定到定子支承和定子上之前就已经施加了预应力。

根据本发明的实施例，例如所述细长的弹性带的两端被牢固地固定至所述定子或定子支承，其中所述弹性带的两端之间的部分被牢固地固定至所述定子或定子支承的另一者。所述弹性带仍然被牢固地固定，以使得当所述两端被牢固地固定至所述定子或定子支承时，当之间的部分从所述定子或定子支承的另一者处释放时所述弹性带在弹性带的纵向方向上受到拉伸预应力。

根据本发明的实施例，当所述测功机测试单元吸收第一预定转矩时，所述弹性带承受至少与所述弹性带所承受的应力相对应的拉伸预应力，其中所述第一预定转矩为所述测功机测试单元设计为在测试期间最多吸收和/或施加到车辆轮轴上的转矩。例如，这可以是测功机测试单元的动力源能够传递的最大转矩。

根据本发明的实施例，弹性带的两端均连接至定子支承，并且其中弹性带的中心部分牢固地固定至定子。

通过在该带的一端被固定到定子或定子支承中的一个然后施加力而另一端被固定到定子或定子支承中的所述一个之后，在组装期间作用在沿该带的纵向方向上的力的作用可以实现该带的拉伸预应力。这样，该带将变得均匀受到预应力。

所述转矩测量装置还可以包括固定至所述弹性带的至少一对应变仪，通过测量当所述测功机测试单元受到转矩时由所述应变仪施加的相对电阻差来测量所述应变。

所述带的端部分可以被牢固地固定至所述定子和定子支承的任意一个且它的中心部分可以被牢固地固定至所述定子和定子支承中的另一个。第一对应变仪可以在所述中心带部分的一侧上被固定至所述带且第二对应变仪可以在所述中心带部分的另一侧上被固定至所述带。所述应变仪被连接在电子测量电桥电路中，例如惠斯通电桥，并且可以通过测量当转矩被施加至所述测功机测试单元时由所述带的应变引起的相对电阻差来测量作用在所述带上的力。相对于中央带部分，该带的一侧将受到减小的应力，而另一侧将受到增大的应力，应力上的差值导致应变仪与所施加的力成比例的电阻差，从而应力上的差值与测功机测试单元正在承受的转矩成比例。

定子可以通过使用管状定子元件而由定子支承支撑，例如，所述管状定子元件形成定子的定子壳体的一部分，并带有轴颈以便通过包括至少两个减摩轴承的轴承组件相对于定子支架进行旋转运动。

此外，测功机测试单元的输出轴可以带有轴颈，以便通过使用位于管状定子元件内并与之同心的减摩轴承相对于定子进行旋转。

所述轴承组件被设置在或者朝向所述定子支承的端部，所述定子支承的端部在测试期间面向待测试的车辆，其中所述动力源的更大部分当被所述轴承组件承载时从所述轴承组件处以悬臂方式延伸至所述定子支承的相对侧。

地面支撑件可以被构造成在未附接到车辆时防止测功机测试单元向后倾斜。

根据本发明的实施例，至少两个平行的弹性带将定子连接到定子支承，从而限制了定子和定子支承之间的相对旋转运动，所述至少两个平行的带被构造成在定子和定子支承之间传递力。以这种方式，测功机测试单元可以被设计成吸收更高水平的扭矩。

该方法可以在车辆测功机系统中执行，其中测功机测试单元是具有电机作为动力源的那种。

测功机测试单元还可以具有用于控制制动的可控液压泵，以便在测试过程中向机动车的轮轴施加制动转矩。

根据本发明，接触测功机测试单元所放置的表面的支撑装置可以包括车轮，例如旋转轮或脚轮，但也可以包括任何其他合适的装置，以使测功机测试单元在放置的表面上可以移动。根据本发明。所述支撑装置可被设计成相对于测功机测试单元的运动提供相对低的摩擦以促进运动。

在测功机测试期间，可以使用任何合适的传感器来检测测功机测试单元的输出轴的旋转速度。根据本发明的实施例，除了确定旋转速度之外，还可以确定旋转位置。例如，可以使用合适的位置确定装置来确定轴角位置，例如使用一个或多个合适的编码器来检测输出轴的旋转位置。例如，轴位置确定装置可包括一个或多个绝对旋转编码器、一个或多个光学编码器、一个或多个霍尔效应传感器或任何其他合适的传感器装置，以确定旋转速度和角位置。

例如，可以使用所述用于测量转矩的装置以高采样率，例如每秒100-100000次，来确定转矩。所确定的转矩然后可以与测功机的输出轴/轮轴的当前旋转角度相关联，该当前旋转角度可以以相应的分辨率来确定。即，对于每个转矩值，可以在确定转矩值的那一瞬间分别确定当前旋转位置。然后，例如可以利用相关值确定某些旋转轴角是否产生不同的转矩测量值。例如，如果测功机测试单元未正确设置，例如关于与轮轴的对准，测功机测试单元可能会出现不希望的振动，这可能会影响转矩测量值。轴的旋转角度与相应的转矩测量值的相关性可以被用来检测这种异常以及其他异常。

此外，可能希望测量测功机测试单元在绕偏航轴线(即，基本竖直的轴线)进行转向运动时受到的偏航力矩，例如在车辆转向机构例如通过转动车辆方向盘执行轮毂旋转向运动时，从而转动测功机测试单元而不是车轮。

根据本发明的实施例，该带也可以用于这种类型的测量。在这种情况下，除了测量例如细长带的纵向方向上的应变，该带所承受的应变也可以在横向方向上测量，并且其中偏航力矩可以由该应变确定。与上面有关转矩测量的描述类似，测功机测试单元的转向运动将上升到偏航力矩(转矩)，其结果是，该带在被附接到定子或定子支承的该带的任一侧(例如中间部分)将承受不同水平的应力。可以检测该带上的应变差值，并利用该应变差值来确定测功机测试单元(例如通过转动车辆方向盘)在转向时所承受的偏航力矩。

根据本发明的实施例，在纵向方向上的应变以及横向方向上的应变都被用来确定测功机测试单元所承受的偏航力矩。

另外，根据本发明的实施例，例如，可以在支撑测功机测试单元动力源的轴承壳体中提供转矩测量装置，以测量测功机测试单元例如通过车辆转向机构转动时所述轴承所承受的弯矩。

然后可以利用轴承所承受的弯矩来确定测功机测试单元所承受的偏航力矩。

测功机测试单元也可以是具有两个(或更多个)测功机动力源的类型，以向相同的轮轴提供动力，例如车辆的半轴，其中所述动力源中的一个可以是电机。

通过以下对示例性实施例的详细描述和附图，本发明的其他特征及其优点将变得显而易见。

附图简要说明

现在将参考附图更详细地描述本发明，其中：

图1示出了根据本发明实施例的示例性车辆测功机系统，其包括连接至车辆的从动轮轴的两个测功机测试单元；

图2示意性地示出了图1中公开的系统的测功机测试单元的侧视图；

图3更详细地示出了图2中的测功机测试单元的一部分的轴向截面侧视图；

图4示出了根据本发明实施例的包括应变仪装置的弹性条；

图5是从图2的左侧观察到的测功机测试单元的一部分；

图6示出了测量条的非均质预应力。

示例性实施例的描述

图1公开了一种设置为使用车辆测功机系统进行测试的车辆100，该车辆测功机系统包括根据本发明实施例的测功机测试单元。

所公开的车辆100为两轮(前轮)驱动车辆，并且包括前桥轮轴或半轴103、104以及后桥轮轴105、106。

所公开的车辆100还包括传动系统，根据本示例，该传动系统包括连接至变速箱102的内燃机101。例如，变速箱102可以是任何合适的类型，并且由手动变速器或自动变速器组成。也可能没有变速器，例如，如果该车辆是具有一个或多个直接为车辆的轮轴提供动力的电动机的电动汽车。车辆100的特定动力传动系统仅用于说明目的。前桥轮(驱动)轴(例如半轴103、104)从变速箱延伸到车辆100的前桥轮。图1仅公开了后桥轮107、108，而前桥轮已被拆卸，以允许测功机测试单元110、111替代车轮与半轴103、104刚性连接，如下所示。

因此，连接至车辆100的车辆测功机系统包括两个基本相同的测功机测试单元110、111。测功机测试单元110、111连接至测量和控制系统114，例如凭借该方式，可以控制具有相关显示器115的计算机测试，又例如凭借该方式，系统的操作者可以启动测试并提供进行测功机测试所需的信息。

在测试期间，测量和控制系统114可以将控制信号传输至测功机测试单元110、111，以要求分别应用到半轴103、104所需的负载(转矩)和可能所需的旋转速度。

下面将描述根据本发明实施例的转矩的测量。测功机测试单元110、111可以由基本相同的测试单元组成，并且参照图2-5进行更详细地描述。

以下描述仅针对测功机测试单元110，但是如所实现的，其同样适用于测功机测试单元111。

图2示出了测功机测试单元其中一个的侧视图，例如，当连接到要测试的车辆100时的测功机测试单元111。在测试期间，测试单元111的输出轴202被设置成刚性连接至车辆100的轮轴104(类似地，测试单元110的输出轴被设置成刚性连接至轮轴103)。这在图1中示意性地示出并且在图2中更详细地示出。刚性连接是通过拆卸车轮并将测功机测试单元的输出轴202直接连接至轮毂203来完成的，或如本示例中那样使用转接板204，从而以简单的方式获得车辆和测功机测试单元111之间的刚性连接。转接板204可以适于装配车辆100的半轴104的车轮承载端，并且可以由紧固件代替车轮的轮辋固定。

转接板204进一步固定地连接到测功机测试单元111的输出轴202。例如，这可以使用圆形的联接支托205来实现，例如，圆形的联接支托205可以被焊接至夹紧在输出轴202上的轴环上，或者固定到测功机测试单元111的输出轴202上。转接板204被刚性但可拆卸地通过诸如螺栓的紧固件固定到联接支托205。转接板204还可以被设置成与联接支托205轴向对准，从而半轴104由此也与输出轴202对准或基本对准，输出轴202和半轴104由此旋转锁定到彼此。刚性连接尤其具有如下优点：可以通过合适的传感器来测量轮轴的转速，该传感器测量电机201的输出轴202的转速。

例如，可以自由地站立在地板230上的测功机测试单元110、111因此仅通过与轮轴(轮毂)的(刚性)连接(以及可能用于与车辆控制系统通信的某种电线连接)连接到车辆，并且还支撑，即代替已经取下的车轮承载车辆的重量。

根据所示的实施例，测试单元111包括呈电机218形式的动力源。在测功机测试单元中使用电机作为动力源可能是有利的，因为它既能够吸收由例如内燃机施加的转矩，又能够应用例如要被车辆的电机吸收的转矩，例如来测试再生制动。然而，根据本发明的实施例，测功机测试单元也可以用其他类型的动力吸收装置来实现，例如，静压泵组件，或一个或多个电机与一个或多个静压泵组件的组合。

电机218以本身已知的方式包括由定子壳体220包围并固定在定子壳体220中的定子，以及安装成在定子中旋转的转子。电机218的输出轴可以形成测功机测试单元111的输出轴202，或者可以将测功机测试单元111的输出轴202牢固地固定至电机218的输出轴并与之轴向对准，以连接电机的轮轴和转子。

从图2可以看出，测功机测试单元110、111还通过支撑结构207搁置在地板230上，该支撑结构207在本示例中包括框架和轮子210、211，其可以便于测功机测试单元110、111的操纵，例如将它们相对于要测试的车辆/轮轴进行定位。

在下面表示为定子支承的支撑结构207被配置为支撑电机的定子，从而将电机全部支撑在一起，并且当通过车辆动力源(例如，根据本示例的内燃机)施加动力时被配置为承载在测试期间由车辆轮轴104和电机218施加到测功机测试单元111的转矩。

因此，定子支承207承载电机218以及附接到其上的其他元件(例如，根据本示例，用于冷却电机218并由电动机226驱动的冷却风扇225)的重量。

如图2中示意性所示，定子以及由此的完整的电机218组件仅被朝向测功机测试单元的端部支撑，该测功机测试单元的端部在测试期间被配置成面向车辆100。在图3中示出了钉子以及电机218附接到定子支承的方式。

图3示出了测功机测试单元111的端部的一部分，该部分在测试期间面向要测试的车辆并且在很大程度上在图2中不可见。图3示出了在与测功机输出轴202的轴线A相交的竖直平面中沿着图2中的轴线B的竖直截面的侧视图。

图3还示出了联接支托205，该联接支托205在图2中通过转接板204连接到车辆轮毂203。如上所述，例如，联接支托205可以是焊接或用螺栓固定至夹紧在输出轴202上的轴环(未示出)上。

定子的端部在测试期间面向车辆，其由定子壳体220表示，并且电机/测功机测试单元的输出轴202从该端部延伸，该端部包括管状延伸部或轴环303，定子220通过该管状延伸部或轴环303(因此，包括电机218以及在图2中用虚线228标识并且部分地被联轴器箱229遮挡的整个组件)轴颈连接(journaled)，以通过轴承壳体307与测功机输出轴202同轴旋转运动，该轴承壳体307包括一对减摩轴承304、305。因此，电机218相对于定子支承207可旋转地轴颈连接，并且完全由定子支承207通过轴承304、305承载。因此，电机218以悬臂方式从轴承304、305突出，并由轴承304、305承载。因此，测功机测试单元111的主要部分以悬臂方式从轴承壳体307突出，从而产生较大的弯矩。因此，轴承箱307可以例如包括用作卡车中的车轮轴承的那种轴承304、305，或者是能够适应电机218施加的负载的其他适当尺寸的轴承。

测功机测试单元111的输出轴202反过来是轴颈连接的，以通过轴承308、309在定子壳体轴环303内自由旋转。因此，测功机测试单元的输出轴202相对于定子壳体自由旋转，而定子壳体又是相对于定子支承207可旋转地轴颈连接。

定子支承207包括刚性的地面接合支撑件，该地面接合支撑件通常用于承载由其支撑的测功机测试单元的元件的重量的目的，以及承载被测试汽车的一部分重量来代替车轮在测试过程中被拆卸的目的。因此，在测试期间，定子支承207承载测试单元111的大部分重量和车辆100相当一部分的重量。当测功机测试单元承受转矩时，地面接合支撑件防止测功机测试单元旋转。地面接合支撑件可以采用各种设计，并且根据所示的示例，其包括一对间隔开的支柱131、132(见图1)，该支柱131、132设置有支撑轮211。另一具有相关联的轮子210的支柱240当从车辆100处断开连接时，防止测功机测试单元111向后倾斜。

此外，支撑轮211、210允许车辆100和测试单元111横向移动，而没有任何明显的力由此施加到测试单元。此外，支撑轮211、210有利于测试单元111的操作，使得测试单元111可以方便地朝向和远离车辆移动。

本发明的一个目的是测量在车辆测试期间测功机测试单元/定子支承所承受的转矩。用于测量施加到定子支承207上的转矩的装置包括弹性钢带，该弹性钢带可以由宽度均匀的高强度钢制成，并且当牢固地固定到测功机测试单元上时该弹性钢带受到拉伸预应力。

转矩是通过测量该带受到转矩引起的力时所承受的应变来测量的。然后可以确定力，从而确定转矩。

在图4A中示出了根据本发明实施例的弹性带401的示例。根据非限制性的本示例，该带被拉长并设置有三组孔402-404，当将该带固定到定子和定子支承上时将使用该三组孔。

图5示出了正确安装在测功机测试单元中的带。图5示出了从图2的左侧看到的测功机测试单元的放大部分，其中图2中的截面是沿图5中的轴线D截取的。定子经由定子壳体包括也在图3中示出的支托310，该支托310与定子一起旋转并且因此相对于上述的定子支承可旋转。

此外，定子支承包括大体上U形的结构500，该结构500包括支托501、502。根据本示例，例如，带401的端部401A、401B通过合适的紧固装置(例如螺钉或螺栓)牢固地夹紧到支托501、502。该结构500形成定子支承207的整体部分或牢固地固定到定子支承207。

此外，带401的中心部分401C通过孔403和合适的紧固装置(例如定子支托310中的螺钉/螺栓以及相应的孔505)牢固地固定到定子支托310。在图3中也示出了该带。这样，带带401在电机和定子支承207之间形成了链接，该链接在定子支承和定子之间传递拉力，否则如果该带401不存在则该拉力将通过轴承壳体307以非常小的摩擦阻力相对于彼此自由旋转。当附接有条401时，所允许的相对旋转运动的量由传递的拉力引起的带的伸长来确定。由于该带是由高强度钢制成的，因此相对运动很小，但根据以下内容其可以测量。当在车辆测试期间将转矩施加到定子时，转矩将通过带401传递到定子支承，其中可以通过测量该带在受到转矩时承受的应变来测量转矩。在该带附接之后，通过将钢条503牢固地固定到定子支托，可以进一步提高系统的刚性/刚度。

根据本发明的实施例，该带401在附接至定子支托501、502的过程中在纵向方向C上受到均一的拉伸应力。例如，该带401可以固定至定子支托501、502中的其中一个，然后在固定到另一个定子支托501、502之前，特别是在固定到另一个定子支托501、502时，在纵向上承受拉伸应力。这样，该带401在连接到定子支托时已经受到了预应力，因此在附接时会在该带的纵向方向受到均匀的拉伸应力。

均匀预应力的这种建立是有利的，并且提供了一种布置，例如当进行测试时可以直接描述温度的变化。例如，可能希望在相对较高的温度以及远低于零的温度下进行车辆测试。均匀的预应力可以至少在很大程度上消除转矩测量结果中的温度依赖性。例如，当根据该带受力时所承受的应变确定所产生的力/转矩时，可以考虑膨胀系数，从而以直截了当的方式描述温度依赖性。如果拉伸应力不是均匀的，则该带的不同部分将根据特定点上的主要应力对温度变化做出不同的反应，结果是除了转矩测量已被标定的温度，在其他温度的测量结果中可能产生不确定性。

例如，一种使细长带受到拉伸应力的更明显和直接的方法，是在处于应力释放状态的同时将该带的两端牢固地固定。此后，该带通过例如该带的中心部分的横向位移而受到拉伸应力。根据本示例，通过使定子支托在横向方向上偏移例如大约1.5-2mm，这可以容易地实现。尽管当在基本上类似的条件(例如关于在测功机测试单元的组装过程中普遍存在的温度而言)下进行测试时，这种解决方案通常提供足够的测量精度，但当环境温度由于该带的不同部分(尤其是在其弯曲的地方)的应力的不均匀性而偏离这种条件时，这种设计可能会失去准确性。

这在图6中示意性地示出，其示出了该带611在定子支承和定子支托610之间的示例性附接。在图6中，该带从拉伸应力释放时已经被固定到定子支撑支托601、602，然后通过将中心部分固定至以适当距离d沿横向方向位移的定子支托610上而受到拉伸应力，使得当将该带固定至定子支托610上时的横向位移使该带受到拉伸预应力。如上所述，尽管这种设计可以提供足够的测量结果，但是在某些情况下，测量结果可能无法完全令人满意。

这是由于该带在受到预应力时会发生弯曲。从图6中可以看出，这些弯曲既发生在如圆圈604所示的该带离开定子支撑支托的地方，又发生在如圆圈605所示的该带离开定子支托的地方。带611受到的拉伸应力在这些弯曲处特别高。此外，当该带以这种不同的、非均匀的方式受到预应力时，该带在要进行测试的条件(例如关于环境温度)下发生变化时，尤其在这些弯曲处热膨胀(或者情况可能是负热膨胀/收缩)可能会是不均匀的，从而可能导致难以预测所产生的拉伸预应力的变化，从而给由转矩传感器获得的测量结果带来不确定性。

仍然需要预应力以便能够进行转矩测量，因为否则该带在受到转矩时会弯曲，从而使得代表性的测量成为不可能。

根据本发明，通过改为使该带在纵向方向上受到拉伸的预应力从而在该带中获得均匀的预应力，可以减轻这种问题。

关于施加预应力的水平，可以将对该带401施加的预应力的张力控制为至少略大于该带在工作中必须在定子和定子支承之间传递的最大张力。换句话说，拉伸预应力应足以确保该带在测试单元工作期间始终会受到拉力预应力，即使在该带受到测功机设计为要吸收的最大转矩时。

例如，还可以将预应力控制到屈服点的一半(弹性极限)，即应力-应变曲线上指示拉伸应力表现出弹性行为的极限的点。如果施加的进一步应力超过了此点，则开始塑性行为，即：将发生永久变形，并且当移除施加的应力时，材料不再恢复到原始形状。

根据本发明的实施例，该带受到为比例极限的一半或大约一半的预应力。到这一点为止，应力与应变成正比，且到此点为止的应力-应变图基本上由一条直线表示。该比例极限低于屈服点。优选对应力-应变曲线的成比例部分进行转矩测量，因为否则可能难以或不可能确定力和应变关系。

例如，预应力也可以是大约设置为应力-应变曲线的成比例部分的中心。例如，预应力也可以被设置成在应力-应变曲线上从成比例部分的底部以一应力偏移的水平，该应力对应于当该带承受最大转矩时将受到的应力。

优选地，该带受到预应力至一应力水平，该应力水平能够确保通过从不超过弹性极限而不会发生塑性变形，而该水平同时足够高以使得该带在受到测功机测试单元设计的转矩时，该带永远不会从应力中释放到以至于该带可能弯曲或离开应力应变曲线的成比例区域的程度。

如上所述，通过测量该带在受到转矩时所承受的应变来测量转矩。当处于上述成比例区域中时，应变与该带所承受的力成比例，而该力又与转矩成比例。以这种方式，可以直接确定转矩，并且可以通过以公知的方式将至少一个应变仪元件一方面固定到带401的两个部分中的每一个上(即位于定子支托310之间)来实现应变的测量，另一方面固定到定子支撑支托501、502中的每一个上来实现应变的测量。应变仪如图4B所示，其中设置了四个应变仪元件(在两侧各两个)，并且被示为电阻器R1、R2、R3、R4。以众所周知的方式形成惠斯通电桥电路的分支。应变仪元件R1-R4位于带401的纵向中心线附近，应变仪元件R1和R4位于定子支托310的一侧上的带状部分上，并且应变仪元件R2和R3位于定子支托另一侧上的带状部分上。此外，如图5所示，元件R1、R2在带401的上侧，元件R3、R4在下侧。

当力从定子传递到定子支承时，带401的拉伸应力将在定子支托310的一侧增大，而在定子支托的另一侧减小。结果是，一对应变仪元件(例如R1、R4)的电阻将在某种意义上改变，例如增加，而另一对R2、R3的电阻会相反地变化，例如减少。在图4C中示出了连接，以公知的方式在点410处测量了所产生的电桥不平衡，并且该测量值用于确定所传递的力的大小，所传递的力的大小与定子和定子支承之间的反转力矩成比例。

此外，由于恒定的预应力，在定子与由带形成的定子支承之间的连接中没有游隙或摩擦。

根据本发明的实施例，应变仪也可以用于确保精确地获得期望的拉伸预应力。当带401的一端已经固定到定子支撑支托时，例如支托501，可以通过使用应变仪来测量应变以及由此产生的拉伸应力，因为在将该带牢牢固定到定子支撑支托502之前和同时将受到拉伸应力。当确定已经达到拉伸预应力的期望水平时，例如通过使用合适的工具拉伸该带，可以将该带的未固定的端部牢固地固定到支撑支托502。这样，就通过该带以均匀的预应力的方式获得了所需的预应力。然后可以将该带牢固地固定到定子支托310，而无需任何横向游隙，从而使该带均匀地受到预应力。

此外，可以平行地使用两个或更多个带，例如，为了增加测功机测试单元可以承受的最大转矩，每个带受到均匀的预应力，并且一个或多个或所有使用的带配备有应变仪。

最后，根据上述示例，每个测功机测试单元包括由电机组成的单个动力源。然而，如上所述，根据本发明的实施例，测功机测试单元可以包括两个或更多个可单独控制的动力源，其可以是电机、液压泵或其任何合适的组合。

以上，已经结合特定类型的车辆的测试来举例说明本发明。自然地，本发明可用于测试任何种类的车辆，例如常规的两轮或四轮驱动内燃机车辆，或除上面已经公开的以外的任何其他种类的混合动力车辆，只要被测试轮轴中的至少一个用于改变车辆的转向。因此，可以使用两个以上的测功机测试单元连接到两个以上的车轮，并且还可以想到，只有一个轮轴连接到测功机测试单元。

此外，这种转矩测量测量反作用转矩。这意味着测得的转矩包括电机惯性矩的影响。通过在测功机测试单元动力源的惯性矩对测量结果具有同步影响的情况下补偿测量结果，可以提高测量的准确性，特别是在测功机所连接的轴的加速和减速过程中。如果单个测功机测试单元使用两个或多个动力源，则可以分别确定动力源的惯性矩，以便在补偿结果时仅使用当前参与测量的惯性矩(动力源)。

从上面可以明显看出，术语动力源是指能够使轮轴受到动力(转矩)的动力源，无论是推进(正)转矩还是制动(负)转矩，或两者兼而有之。

此外，在测试期间，可以确定测功机输出轴202的旋转角度，从而确定轮轴104的旋转角度。例如，可以使用如上所述的合适的轴位置确定装置来确定旋转角度。

可以使用根据上述的带例如以高采样率来测量转矩，例如每秒100-100000次。然后可以将所确定的转矩与测功机输出轴/轮轴的当前旋转角度相关联，然后例如可以利用相关值来确定某些轴的旋转角度是否会引起不同的转矩测量。

以这种方式，可以检测到异常，例如，由测功机测试单元未正确安装引起的异常，或由其他原因引起的异常，例如车辆内部不平衡。轴的旋转角度与相应的转矩测量值之间的相关性可用于检测这种异常。

此外，如上所述，可能希望测量当测功机测试单元受到其绕偏航轴线(即，基本垂直的轴线)旋转运动时所经受的偏航力矩，即转矩。图7示出了这种旋转运动的示例。

图7公开了图1的测力计测试单元111，其因此仅通过联接至轮轴(轮毂)的(刚性)联接器(以及可能用于与车辆控制系统进行通信的某种电线连接)，并且还可以支撑车辆的重量，即代替已卸下的车轮承载车辆的重量。

可以在不改变车辆的转向角的情况下执行车辆的测试，但是如上所述，在某些情况下，可能需要在测试期间进行车轮转向角的改变。例如，车辆通常具有防滑系统或类似功能，和/或自动驻车功能，和/或旋转弯道灯，该旋转弯道灯至少在一定程度上遵从车轮转向角和/或在操作过程中受车轮转向角影响或者影响车轮转向角的各种其他可能类型的系统。

如果转向角改变被应用到前轮轴上，例如通过转动车辆100的方向盘，这将在安装时转动轮毂203和车轮。在这种情况下，测功机测试单元111和轮轴104之间的刚性连接将使测功机测试单元111经受旋转运动以跟随轮毂的转向角的变化。

该旋转运动将围绕相对垂直的轴线(在图5中用“E”表示，例如由穿过弹簧支柱的上部支撑件290的中心和中心立轴/转向关节/转向主轴的接头291的轴线限定)发生，从而允许轮毂203转动。

该接头在图1中由280示意性地从上方示出。轮毂的旋转运动，例如模拟转向角的变化，将因此致使测功机测试单元111在其停放的地板上进行重新定位，因为测试单元111绕着由轴线E定义的旋转中心旋转。因此，在图7中示出了由于轮毂的转动而旋转引起的测功机测试单元111的重新定位(旋转)，其中测功机测试单元111已经从由轴线A表示的位置处以轴线A和轴线A’之间的角度表示的角度围绕旋转中心280进行旋转了。

因此，以这种方式允许测功机测试单元具有机动性的可能性可以在测试车辆时提供额外的可能性，因为还可以测试受车辆转向角影响的车辆系统，例如在车辆转向机构执行轮毂转向运动时，例如通过转动车辆方向盘而不是车轮来转动测功机测试单元。

如所提到的，在运动期间测功机测试单元收到偏航力矩，并且根据本发明的实施例，基本上示出的类型的该带也可以用于确定偏航力矩。

在这种情况下，除了如上所述地测量沿纵向方向的应变之外，带(诸如图4A-C所示的带)可以包括沿横向方向布置的应变仪元件，例如，布置成垂直于图4A-C所示的应变仪元件R1-R4，或者至少相对于应变仪元件R1-R4成一定角度。

类似于上面关于转矩测量的描述，测功机测试单元的旋转运动会产生偏航力矩，该偏航力矩产生的结果是，该带在将该带附接到定子支托310上的任一侧的横向方向上将受到不同水平的应力。使用额外的横向应变仪，可以测量由该应力引起的横向应变，其中可以从该应变确定偏航力矩，并且还可以另外使用由应变仪R1-R4检测到的应变。

根据本发明的实施例，转矩测量设备也可以设置在轴承壳体307中，且尤其设置成当例如通过车辆转向机构转动测功机测试单元时测量减摩轴承304、305之一或两者受到的弯矩。然后可以利用轴承所受到的弯矩来确定测功机测试单元所受到的偏航力矩。

最后，应该理解，本发明不限于上述实施例，而是涉及并结合了所附独立权利要求范围内的所有实施例。例如，考虑了使用带将定子支承连接到定子的其他设计，例如，通过将该带的端部附接到定子并且将其间的一部分附接到定子支承。

Claims (19)

1.配置为在车辆测功机系统中使用的测功机测试单元，其用于车辆的测功机测试，所述测功机测试单元被配置为连接至车辆的轮轴，所述测功机测试单元包括具有定子和转子的动力源并且被配置为在测试期间将转矩施加至被测试车辆的轮轴，所述动力源由定子支承承载，所述定子以轴颈关联于定子支承，其中用于测量转矩的装置包括例如细长的弹性带，其中所述弹性带将所述定子连接至所述定子支承，从而抑制所述定子与所述定子支承之间的相对旋转运动，并且所述弹性带被配置为传递所述定子与所述定子支承之间的力，所述弹性带在某种程度上被牢固地固定，使得其在所述弹性带的纵向方向上受到均匀的拉伸预应力。

2.根据权利要求1所述的测功机测试单元，其特征在于，所述弹性带在某种程度上在所述弹性带的纵向方向上受到拉伸预应力，使得所述弹性带在被牢固地固定至所述定子支承但从所述定子处释放时也受到拉伸预应力，或者所述弹性带在被牢固地固定至所述定子但从所述定子支承处释放时也受到拉伸预应力。

3.根据权利要求1或2所述的测功机测试单元，其特征在于，例如所述细长的弹性带的两端被牢固地固定至所述定子或定子支承，其中所述弹性带的两端之间的部分被牢固地固定至所述定子或定子支承的另一者，其中所述弹性带被牢固地固定以使得当所述两端之间的部分从所述定子或定子支承的另一者处释放时所述带在纵向方向上也受到拉伸预应力。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的测功机测试单元，其特征在于，在测试期间所述测功机测试单元被设计为最多吸收第一预定转矩当所述测功机测试单元吸收所述第一预定转矩时，所述弹性带受到的拉伸预应力至少与所述弹性带受到所述应力对应。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的测功机测试单元，其特征在于，所述弹性带的两端均被牢固地固定至所述定子支承，其中所述弹性带的中心部分被牢固地固定至所述定子。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的测功机测试单元，其特征在于，所述带在作用在所述带的纵向方向上的力的作用下受到预应力，这通过所述带在组装期间将一端固定至所述定子或定子支承并受到所述力同时将另一端固定至所述定子或定子支承来实现。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的测功机测试单元，其特征在于，所述转矩测量装置还包括固定至例如所述细长带的至少一对应变仪(R1/R4；R2/R3)，通过测量当所述测功机测试单元受到转矩时由所述带的应变引起的相对电阻差来测量所述应变。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的测功机测试单元，其特征在于，所述带的端部分被牢固地固定至所述定子和定子支承的任意一个且它的中心部分被牢固地固定至所述定子和定子支承中的另一个，并且第一对应变仪(R1/R4；R2/R3)在所述中心带部分的一侧上被固定至所述带且第二对应变仪(R1/R4；R2/R3)在所述中心带部分的另一侧上被固定至所述带，所述应变仪被连接在电子测量电桥电路中，并且通过测量当转矩被施加至所述测功机测试单元时由所述应变引起的相对电阻差来测量作用在所述带上的力。

9.根据权利要求8所述的测功机测试单元，其特征在于，第三对应变仪在包括所述第一对应变仪(R1/R4；R2/R3)的所述中心带部分的一侧上被固定至所述带，并且相对于所述第一对应变仪(R1/R4；R2/R3)以一角度设置，例如垂直，并且

第四对应变仪在包括所述第二对应变仪(R1/R4；R2/R3)的所述中心带部分的一侧上被固定至所述带，并且相对于所述第二对应变仪以一角度设置，例如垂直，所述第三对应变仪和所述第四对应变仪被连接在电子测量电桥电路中，并且通过测量当转矩施加至所述测功机测量单元时由所述带的应变引起的相对电阻差来测量作用在所述带上的力。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的测功机测试单元，其特征在于，所述定子通过管状定子元件由所述定子支承支撑，所述管状定子元件带有轴颈以便通过轴承组件相对于所述定子支承进行旋转运动，所述轴承组件包括至少两个减摩轴承，其中所述测功机测试单元的输出轴带有轴颈以便在管状定子元件内并与管状定子元件同心的减摩轴承上相对于所述定子旋转。

11.根据权利要求10所述的测功机测试单元，其特征在于，所述轴承组件被设置在或者朝向所述定子支承的端部，所述定子支承的端部被设置为在测试期间连接至轮轴，其中所述动力源的更大部分当被所述轴承组件承载时从所述轴承组件处以悬臂方式延伸至所述定子支承的相对侧。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的测功机测试单元，其特征在于，所述定子支承包括地面接合支撑件，所述地面接合支撑件防止所述测功机测试单元受到转矩时旋转。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的测功机测试单元，其特征在于，所述测功机测试单元(110、111)被设置为自由站立在表面上且通过刚性联接器联接至所述轮轴的方式连接至所述车辆，同时通过所述刚性联接器支撑所述车辆的重量。

14.用于车辆的测功机测试的车辆测功机系统，包括根据权利要求1-13任一项所述的至少一个测功机单元。

15.根据权利要求14所述的车辆测功机系统，其特征在于，在测量转矩时测量：

-确定所述第一测功机动力源的第一反作用转矩的第一测量值，

-确定惯性矩对所述第一反作用转矩的所述第一测量值的影响，以及

-通过所述确定的惯性矩的影响补偿所述第一反作用转矩的所述第一测量值。

16.根据权利要求14或15所述的车辆测功机系统，其特征在于：

-所述车辆测功机系统被配置为给所述测功机测试单元的输出轴的每一转确定多次转矩值，以及

-所述车辆测功机系统包括用于将所述确定的转矩值与所对应的测功机的输出轴和/或轮轴的旋转角相关联的装置。

17.根据前述权利要求中任一项所述的车辆测功机系统，其特征在于：

-所述车辆测功机系统被配置为测量当所述测功机测试单元被附件至被测试车辆时围绕基本上垂直轴线进行转向运动时所受到的转矩。

18.组装测功机测试单元的组装方法，所述测功机测试单元被配置为在用于车辆的测功机测试的车辆测功机系统中使用，所述测功机测试单元被配置为连接至车辆的轮轴，所述测功机测试单元包括具有定子和转子的动力源并且被配置为在测试期间将转矩施加至所述被测试车辆的轮轴，所述动力源由定子支承承载，所述定子以轴颈关联于所述定子支承，其中测量转矩的装置包括例如细长的弹性带，其中所述弹性带将所述定子连接至所述定子支承，从而限制定子与定子支承之间的相对旋转运动，并且所述弹性带被配置为传递所述定子与定子支承之间的力，所述弹性带的一端被牢固地固定至所述定子和所述定子支承中的一个，其中在附接所述第一端之后，所述第二端的在所述纵向方向上受到拉伸应力时被附接至所述定子或定子支承中的所述一个，以使得所述牢固地固定的弹性带因而在所述弹性带的纵向方向上受到均匀的拉伸预应力。

19.根据权利要求18所述的组装方法，所述弹性带还包括固定至例如所述细长带的至少一对应变仪(R1/R4；R2/R3)，通过测量当所述测功机测试单元受到转矩时由所述带的应变所引起的相对电阻差来测量所述应变，所述组装方法还包括：

通过使用所述应变仪测量所述带受力时的拉伸应力，从而在所述带被牢固地固定住的时候确定预定的拉伸预应力。

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