模拟汽车轮胎旋转和内部气压变化的台架测试系统的制作方法

本发明属于汽车被动安全测试领域，涉及到轮胎气压监测系统（TPMS）动、静态功能的检测系统。

背景技术：

目前，对汽车轮胎气压监测系统的检测依据国家标准《基于胎压监测模块的汽车轮胎气压监测系统》（GB/T 26149），许多项目需通过实车测试完成，尤其是一部分动态测试项目需在汽车高速行驶状态下进行，其最高测试点的车速要求达到120公里/小时，且在此速度下要实现将轮胎气压持续放气至规定值后停止放气，这样的测试要求给测试人员带来极大的安全隐患，且在高速行驶下的汽车中实现对测试部件的数据采集也是极其困难和危险的。本发明提出包含模拟汽车行驶状态下的动态充放气、动态水/气密封、动态速度控制、数据扫频接收等功能的系统，实现对标准要求的实车状态下检测项目的全覆盖，测试结果准确性高且可重复比对，整个测试过程安全规范，能避免实车测试带来的安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种模拟汽车轮胎旋转和内部气压变化的台架测试系统，可调节模拟轮胎转速，仿真汽车行驶状态下轮胎内部压力环境变化，模拟高速行驶中出现轮胎欠压、胎压过高、快速漏气等情形，实现对轮胎气压监测系统（TPMS）各项功能的实验室检测。

所述模拟汽车轮胎旋转和内部气压变化的台架测试系统包括：旋转承压装置、充放气装置、水气连动密封装置、旋转驱动装置、数据采集处理和控制系统，所述旋转承压装置主体结构为带有可装卸盖板的承压容器，旋转承压装置由旋转驱动装置带动高速旋转并调节转速，模拟对应车速下的轮胎转动；

所述充放气装置包括悬臂转轴、支承壳体和加压系统，每个旋转承压装置独立安装于一根悬臂转轴的前端，通过轴心通孔使旋转承压装置内部与位于悬臂转轴中段的气室相连，所述气室由悬臂转轴外表面、支承壳体内表面及两个同轴安装并相隔一定距离的密封环构成，所述气室设有进、出气口，与加压系统相连，实现旋转承压装置在高速旋转状态下的充气或者放气；

所述水气连动密封装置包括：在气室两侧各设置一个水密室，水密室由悬臂转轴外表面、支承壳体内表面及所述密封环构成；

所述数据采集处理和控制系统包括：在气室进、出气口分别装有压力变送器和气阀，通过压力变送器感应进、出气口压力，由PLC控制气阀开度调节气压；首先由PLC控制旋转驱动装置调节所述旋转承压装置的转速，并在旋转承压装置高速运行情况下，采用预设程序或人工控制方式，通过PLC及压力变送器、气阀实现旋转承压装置内部充放气，准确控制和调节内部气压，模拟汽车在高速运动状态下的轮胎旋转和内部压力环境。模拟状态包括汽车在行驶状态下出现轮胎欠压、胎压过高、轮胎快速漏气的情形。

设备运行时，先对水密室进行充水，使水密室注满水之后再对气室进行充放气。

所述水密室的水通过循环冷却系统循环使用。

模拟轮胎的转速可以根据不同车型的路普数据扫频完成。

所述旋转驱动装置包括互相连接的电机和变频器，变频器连接PLC，悬臂转轴由电机带动，通过PLC和变频器控制电机转速，实现旋转承压装置的无级变速，根据预设程序模拟不同车型、不同行驶速度下相对应的轮胎转速；每个旋转承压装置对应的悬臂转轴都由独立电机和变频器带动和控制，能够模拟实车在个别轮胎气压出现变化时产生的转速差效果，实现对间接式胎压监测系统功能的检测。

所述承压容器内部还设置快装夹具，用于安装固定受检试样。

本发明的优点是：通过PLC及变频器调节模拟轮胎转速，并在模拟轮胎高速运行情况下，采用预设程序或人工控制方式，通过PLC及压力变送器、控制阀实现模拟轮胎内部充放气，准确控制和调节内部气压，模拟实现汽车在行驶状态下出现轮胎欠压、胎压过高、轮胎快速漏气等情形，用于检测轮胎气压监测系统的胎压监测及报警等功能。检测过程可重复比对，不仅提高了检测准确性，也提高了工作效率，同时能避免实车测试带来的安全隐患。

附图说明

图1是本发明整体框架结构示意图。

图2是本发明旋转承压装置及水/气连动密封装置机械结构图。

图3是本发明控制结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明由4个独立控制的旋转承压装置模拟汽车的4个轮胎，通过动态充放气装置、动态水/气连动密封装置、旋转驱动装置20、安全防护装置及数据采集处理和控制系统等实现汽车行驶状态下的轮胎内部压力环境仿真，模拟高速行驶时出现轮胎欠压、胎压过高、快速漏气等情形。如图1所示，由动态充放气装置、动态水/气连动密封装置、旋转驱动装置20共同作用旋转承压装置的承压容器1。

1、旋转承压装置（模拟轮胎）。

如图2左部所示，旋转承压装置主体结构为带有可装卸盖板的承压容器1，采用42crmo一次锻造而成，确保达到足够的承压等级。承压装置由电机带动高速旋转，通过变频器可调节转速，模拟对应车速下的轮胎转动。承压容器1内部设置快装夹具结构，便于安装固定受检试样。装置的所有构件整体通过动平衡校准，确保在高速运行时平稳可靠。

2、动态充放气装置。

如图2所示，每个模拟轮胎独立安装于一根悬臂转轴7的前端，通过轴心通孔设计，使模拟轮胎内部与位于悬臂转轴7中段的气室4相连，气室4由悬臂转轴7外表面、支承壳体5内表面及两个同轴安装并相隔一定距离的密封环3构成，设有进、出气口，与加压系统相连，实现模拟轮胎在高速旋转状态下的充气或者放气。在气室4进、出气口分别装有压力变送器和气阀，通过压力变送器感应进出气口压力，由PLC控制气阀开度调节气压，实现模拟轮胎内部压力的精准控制，调压精度达到1kPa。支承壳体5固定在支架8中，支架8和悬臂转轴7之间通过轴承6连接。

3、动态水/气连动密封装置。

如图2所示，由于模拟轮胎内部的最大气压需达2.0MPa，且要求在高速运转下进行充放气，因此要求极高的动态气密封效果。为防止高气压密封装置在高速运转中产生大量热量，烧坏密封装置甚至烧坏主轴，本系统设计了同轴式水/气密封结构，即在转轴气室4的左右密封环3的外部各设置一道水密封环，使气室4外侧各增加一个水密室2，一方面起到冷却降温作用，另一方面也平衡了气压密封环两侧的受力，大大提高气室的密封效果。设备运行时，先用水泵对水密室2进行充水，使水密室2注满水，达到密封和冷却的作用，之后再对气室4进行充放气。水密室2的水通过循环冷却系统循环使用。

4、旋转驱动装置。

模拟轮胎转轴由电机带动，通过PLC和变频器控制电机转速，实现轮胎的无级变速，根据预设程序模拟不同车型、不同行驶速度下相对应的轮胎转速。每个轮胎的转轴都由独立电机和变频器带动和控制，可模拟实车在某个轮胎气压出现变化时产生的转速差效果，实现对间接式TPMS功能的检测。

5、数据采集处理和控制系统，包括上述的压力变送器和气阀，以及PC和PLC控制系统，如图3所示，PC和PLC控制系统分别连接压力变送器、气阀、变频器以及显示屏，向上位机输出电平信号。

PC和PLC控制系统由运行监控软件、运行控制器、数据采集系统及伺服控制器组成，可以实现对执行元件的动态控制。

（1）运行监控软件：运行监控软件能在wplsoft3.06以上版本中运行，具有友好的人机界面，能选择监控压力盘、刹车部件的动态运行，可根据需要调整试验条件和运行参数，软件预留自编程运行窗口。

（2）运行控制器的响应速度为20m/s，高速脉冲不低于200k，主机带有24数位点位，内建12bit。

（3）数据采集系统为二通道，配备一个RS 485接口，以实现系统的冗余控制，增加系统通讯的可靠性；通讯协议采用TCP/IP 协议，在通讯中断时，系统具有自恢复诊断功能。

6、安全防护装置。

为确保本系统稳定可靠，电器部分选用高可靠性器件，并采用低压软启动；系统配有便于人工干预的现场控制盒，包括报警、急停等。由于气体压力高，系统设置了水/气连动密封自动保护程序，在水密室充水达到正常后方可向气室加压，以保障密封结构的安全；气动回路采用铜管、不锈钢接头等耐压材料和电磁阀相连，并配有安全阀控制气体流出压力的大小，以达到安全的目的。