一种多工况路面的模拟装置及路况模拟方法与流程

本发明属于汽车试验技术领域，涉及一种多工况路面的模拟装置，还涉及一种路况模拟方法。

背景技术：

汽车底盘测功机是一种用来测试汽车动力性、多工况排放指标、燃油指标等性能的室内台架试验设备，主要由道路模拟系统、信号采集与控制系统、安全保障系统及引导系统等构成。底盘测功机是用转鼓模拟代替路面，转鼓转动相当于连续移动的路面，被测汽车的车轮在其上滚动。汽车底盘测功机有单转鼓和双转鼓之分，单转鼓底盘测功机支承每侧驱动车轮的转鼓为一个，转鼓直径较大(一般在1500～2500mm之间)，支承轴承少，台架的机械损失小。转鼓直径越大，车轮在转鼓上就越像在平路上滚动，轮胎与转鼓的滑转率小、滚动阻力小，因而测试精度高，但制造和安装费用大，一般用于制造厂和科研单位。双转鼓式底盘测功机支承每侧驱动车轮的转鼓为两个，转鼓直径小(一般在180～500mm之间)，与单转鼓底盘测功机相比，多了四个支承轴承和一个联轴器，在检测过程中，其机械损失较大。转鼓直径越小，车轮与转鼓的接触就与在平路上差别越大，轮胎与转鼓的滑转率增大、滚动阻力增大，所以测试精度较差；优点是设备成本低，使用方便，一般用于汽车使用、维修行业及汽车检测线或检测站。两种道路模拟装置主要是因为转鼓的数量和直径的不同而分别具有各自的优缺点，另外这两种底盘测功机在工作时转鼓的轴和车轮的轴是平行关系，只能模拟车轮在平直路面工况，对于汽车在转弯和上下坡道行驶时，车轮在有侧向和纵向倾斜道路上的运动情况不能模拟。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种多工况路面的模拟装置，能够准确地模拟汽车在多种路面工况上的运动和受力情况。

本发明的另一目的在于提供一种工况模拟方法。

本发明所采用的第一种技术方案是，一种多工况路面的模拟装置，包括升降装置，升降装置连接有升降工作台，升降工作台上方由上至下依次设置有相互平行的左右旋转工作台和前后旋转工作台，左右旋转工作台设置有左右倾斜调节机构，左右旋转工作台通过销轴连接有左右倾斜保持架，左右倾斜保持架与升降工作台固定连接，前后旋转工作台设置有前后倾斜调节机构，前后旋转工作台通过销轴连接有前后倾斜保持架，前后倾斜保持架与左右旋转工作台固定连接，前后旋转工作台上还设置有凹凸工况调节机构。

本发明第一种技术方案的特点还在于，

升降装置包括底座，底座上设置有与之垂直的升降丝杠，升降丝杠与升降工作台为螺纹副连接，升降丝杠上固定套合有从动锥齿轮，从动锥齿轮啮合有主动锥齿轮，主动锥齿轮固定连接有主动轴一端，主动轴另一端设置有升降旋转手柄。

主动轴通过轴承座固定在底座上，升降丝杠两侧对称设置有立柱，立柱固定在底座上。

左右倾斜机构包括与左右旋转工作台固定连接的左右旋转轴，左右旋转轴与与左右旋转工作台的宽度方向平行设置，左右旋转轴通过支撑座与升降工作台形成回转副连接，左右旋转轴同轴固定连接有蜗轮，蜗轮啮合有蜗杆，蜗杆一端设置有左右旋转手柄。

升降工作台上固定有蜗杆支撑板，蜗杆沿蜗杆支撑板的厚度方向穿过，且蜗杆与蜗杆支撑板之间设置有滚动轴承。

前后倾斜调节机构包括与前后旋转工作台连接的前后旋转轴，前后旋转轴与前后旋转工作台的长度方向平行设置，前后旋转轴分别与左右旋转工作台、前后旋转工作台形成回转副连接，前后旋转工作台设置有不完全齿轮，不完全齿轮部分啮合有小齿轮轴，小齿轮轴连接有齿轮轴支撑板，小齿轮轴与齿轮轴支撑板为回转副连接，小齿轮轴远离其齿轮的一端设置有前后旋转手柄，前后旋转手柄上活动设置有定位销，定位销随前后旋转手柄同步转动，齿轮轴支撑板靠近前后旋转手柄一侧固定有定位盘，定位盘上均匀设置有位于同一圆周的定位孔，定位孔所在圆周与定位销随前后旋转手柄转动所在圆周大小相等且相对设置，定位销可伸入定位孔中。

凹凸工况调节机构包括中间转鼓和对称设置在中间转鼓两侧的左转鼓、右转鼓，中间转鼓、左转鼓和右转鼓上缠绕有钢丝齿形带，前后旋转工作台上固定有上下调节支撑，上下调节支撑设置有凹槽，中间转鼓的中空轴一端与上下调节支撑的凹槽形成回转副连接，中间转鼓的中空轴另一端连接有中间转鼓调节螺母，且中间转鼓的中空轴另一端与中间转鼓调节螺母为回转副连接，中间转鼓调节螺母套合在中间转鼓丝杠上，且中间转鼓调节螺母与中间转鼓丝杠为螺纹副连接，中间转鼓丝杠通过轴承座与前后旋转工作台连接，中间转鼓丝杠顶端固定连接有调节手柄，中间转鼓丝杠的轴线方向与上下调节支撑的高度方向平行。

前后旋转工作台上通过轴承座固定有左右转鼓调节丝杠和光杠，左右转鼓调节丝杠和光杠平行设置，左右转鼓调节丝杠一端设置有旋转手柄，左右转鼓调节丝杠的轴线方向与固定左右转鼓调节丝杠的轴承座高度方向垂直，左转鼓的中空轴一端连接有左转鼓调节螺母，且左转鼓的中空轴一端与左转鼓调节螺母为回转副连接，左转鼓调节螺母与左右转鼓调节丝杠形成螺纹副连接，左转鼓调节螺母与光杠形成移动副连接，前后旋转工作台与左转鼓的中空轴另一端对应位置设置有左键槽，左转鼓的中空轴另一端在左键槽中可以移动和转动，右转鼓的中空轴一端连接有右转鼓调节螺母，且右转鼓的中空轴另一端与右转鼓调节螺母为回转副连接，右转鼓调节螺母与左右转鼓调节丝杠形成螺纹副连接，右转鼓调节螺母与光杠形成移动副连接，前后旋转工作台与右转鼓的中空轴另一端对应位置设置有右键槽，右转鼓的中空轴另一端在右键槽中可以移动和转动。

本发明所采用的第二种技术方案是，一种路况模拟方法，该方法使用本发明第一种技术方案的多工况路面的模拟装置实现路况的模拟，具体按照以下步骤实施：

步骤1、将底座通过地脚螺栓安装固定，并保证钢丝齿形带上表面与被测试汽车的轮胎表面的最低处留有5mm左右的间隙；

步骤2、转动升降旋转手柄，调节升降工作台的高度，保证被测试汽车的轮胎底面与钢丝齿形带接触，并保证两者之间存在压力；

步骤3、确定路况参数，路况参数包括路面纵向倾斜度、路面侧向倾斜度和路面凹凸高度；

步骤4、转动左右旋转手柄，左右旋转工作台转动，当左右旋转工作台的倾斜度与步骤3中的路面纵向倾斜度相同时，停止转动左右旋转手柄，蜗轮和蜗杆反转自锁固定左右旋转工作台的位置，纵向倾斜路面模拟完成；

步骤5、转动前后旋转手柄，前后旋转工作台绕着前后旋转轴转动，当前后旋转工作台的倾斜度与步骤3中的路面侧向倾斜度相同时，停止转动前后旋转手柄，并将定位销插入与定位盘上的对应定位孔中，侧向倾斜路面完成；

步骤6、转动调节手柄，中间转鼓向上或向下移动，转动旋转手柄，调节钢丝齿形带的张紧力，当钢丝齿形带表面凹凸高度与步骤3中的路面凹凸高度相同时，路面凹凸度调节完成。

本发明的有益效果是：

本发明一种多工况路面的模拟装置结构紧凑，应用情况广；不仅可以模拟转弯路面的工况、坡道路面的工况、减速带等凹凸不平路面的工况，同时还能模拟实际路面的不同附着系数；本发明一种路况模拟方法使用本发明的多工况路面的模拟装置提高了汽车在多种路面工况上的运动和受力情况测量的准确性。

附图说明

图1是本发明一种多工况路面的模拟装置的结构示意图；

图2是本发明一种多工况路面的模拟装置的左视图。

图中，1.升降工作台，2.底座，3.升降丝杠，4.从动锥齿轮，5.主动锥齿轮，6.主动轴，7.升降旋转手柄，8.立柱，9.左右旋转工作台，10.左右旋转轴，11.蜗轮，12.蜗杆，13.左右旋转手柄，14.左右倾斜保持架，15.蜗杆支撑板，16.前后旋转工作台，17.前后倾斜保持架，18.前后旋转轴，19.小齿轮轴，20.齿轮轴支撑板，21.前后旋转手柄，22.定位销，23.定位盘，24.定位孔，25.中间转鼓，26.左转鼓，27.右转鼓，28.钢丝齿形带，29.上下调节支撑，30.中间转鼓调节螺母，31.中间转鼓丝杠，32.调节手柄，33.左右转鼓调节丝杠，34.光杠，35.左转鼓调节螺母，36.右转鼓调节螺母，37.旋转手柄。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种多工况路面的模拟装置，如图1和图2所示，包括升降装置，升降装置连接有升降工作台1，升降工作台1上方由上至下依次设置有相互平行的左右旋转工作台9和前后旋转工作台16，左右旋转工作台9设置有左右倾斜调节机构，左右旋转工作台9通过销轴连接有左右倾斜保持架14，左右倾斜保持架14与升降工作台1固定连接，前后旋转工作台16设置有前后倾斜调节机构，前后旋转工作台16通过销轴连接有前后倾斜保持架17，前后倾斜保持架17与左右旋转工作台16固定连接，前后旋转工作台16上还设置有凹凸工况调节机构。

升降装置包括底座2，底座2上通过轴承座设置有与之垂直的升降丝杠3，升降丝杠3与升降工作台1为螺纹副连接，升降丝杠3两侧对称设置有立柱8，立柱8固定在底座2上，升降丝杠3上固定套合有从动锥齿轮4，从动锥齿轮4啮合有主动锥齿轮5，主动锥齿轮5固定连接有主动轴6一端，主动轴6另一端设置有升降旋转手柄7，主动轴6通过轴承座固定在底座2上。

左右倾斜机构包括与左右旋转工作台9固定连接的左右旋转轴10，左右旋转轴10与左右旋转工作台9的宽度方向平行设置，左右旋转轴10通过支撑座与升降工作台1形成回转副连接，左右旋转轴10同轴固定连接有蜗轮11，蜗轮11啮合有蜗杆12，蜗杆12一端设置有左右旋转手柄13，升降工作台1上固定有蜗杆支撑板15，蜗杆12沿蜗杆支撑板15的厚度方向穿过，且蜗杆12与蜗杆支撑板15之间设置有滚动轴承。

前后倾斜调节机构包括与前后旋转工作台16连接的前后旋转轴18，前后旋转轴18与前后旋转工作台16的长度方向平行设置，前后旋转轴18分别与左右旋转工作台9、前后旋转工作台16形成回转副连接，前后旋转工作台16设置有不完全齿轮，不完全齿轮部分啮合有小齿轮轴19，小齿轮轴19连接有齿轮轴支撑板20，小齿轮轴19与齿轮轴支撑板20为回转副连接，小齿轮轴19远离其齿轮的一端设置有前后旋转手柄21，前后旋转手柄21上活动设置有定位销22，定位销22随前后旋转手柄21同步转动，齿轮轴支撑板20靠近前后旋转手柄21一侧固定有定位盘23，定位盘23上均匀设置有位于同一圆周的定位孔24，定位孔24所在圆周与定位销22随前后旋转手柄21转动所在圆周大小相等且相对设置，定位销22可伸入定位孔24中。

凹凸工况调节机构包括中间转鼓25和对称设置在中间转鼓两侧的左转鼓26、右转鼓27，中间转鼓25、左转鼓26和右转鼓27上缠绕有钢丝齿形带28，前后旋转工作台16上固定有上下调节支撑29，上下调节支撑29设置有凹槽，中间转鼓25的中空轴一端与上下调节支撑29的凹槽形成回转副连接，中间转鼓25的中空轴另一端连接有中间转鼓调节螺母30，且中间转鼓25的中空轴另一端与中间转鼓调节螺母30为回转副连接，中间转鼓调节螺母30套合在中间转鼓丝杠31上，且中间转鼓调节螺母30与中间转鼓丝杠31为螺纹副连接，中间转鼓丝杠31通过轴承座与前后旋转工作台16连接，中间转鼓丝杠31顶端固定连接有调节手柄32，中间转鼓丝杠31的轴线方向与上下调节支撑29的高度方向平行。

前后旋转工作台16上通过轴承座固定有左右转鼓调节丝杠33和光杠34，左右转鼓调节丝杠33和光杠34平行设置，左右转鼓调节丝杠33一端设置有旋转手柄37，左右转鼓调节丝杠33的轴线方向与固定左右转鼓调节丝杠33的轴承座高度方向垂直，左转鼓26的中空轴一端连接有左转鼓调节螺母35，且左转鼓26的中空轴一端与左转鼓调节螺母35为回转副连接，左转鼓调节螺母35与左右转鼓调节丝杠33形成螺纹副连接，左转鼓调节螺母35与光杠34形成移动副连接，前后旋转工作台16与左转鼓26的中空轴另一端对应位置设置有左键槽，左转鼓26的中空轴另一端在左键槽中可以移动和转动，右转鼓27的中空轴一端连接有右转鼓调节螺母36，且右转鼓27的中空轴一端与右转鼓调节螺母36为回转副连接，右转鼓调节螺母36与左右转鼓调节丝杠33形成螺纹副连接，右转鼓调节螺母36与光杠34形成移动副连接，前后旋转工作台16与右转鼓27的中空轴另一端对应位置设置有右键槽，右转鼓27的中空轴另一端在右键槽中可以移动和转动。

本发明一种多工况路面的模拟装置的工作过程具体如下：

通过转动升降旋转手柄7，使主动锥齿轮5驱动从动锥齿轮4转动，进而带动升降丝杠3也转动，实现升降工作台1上升或者下降，完成升降工作台1的高度调节，保证被测试汽车轮胎底面与钢丝齿形带28接触，并保证两者之间存在一定的压力。在升降工作台1升降过程中，升降丝杠3两侧的立柱3用于保证升降工作台1上升或下降的平稳性。

左右旋转工作台9的旋转过程：转动左右旋转手柄13，使蜗杆12驱动蜗轮11转动，左右旋转轴10随蜗轮11同步转动，左右旋转工作台9随左右旋转轴10转动，左右倾斜保持架14用来保证左右旋转工作台9转动的平稳性，并且在左右旋转工作台9转动到需要的角度时，蜗轮11和蜗杆12的反转自锁性保证左右旋转工作台9的位置固定，完成左右旋转工作台9转动一定角度。

前后旋转工作台16的旋转过程：转动前后旋转手柄21，小齿轮轴19同步转动，并带动前后旋转工作台16绕着前后旋转轴18转动一定角度，前后倾斜保持架17用来保证前后旋转工作台16转动的平稳性，在前后旋转工作台16转动到需要的角度时，将定位销22插入与定位盘23上的对应定位孔24中，完成前后旋转工作台16转动一定角度。

左转鼓26和右转鼓27的距离调节过程：左右转鼓调节丝杠33与左转鼓调节螺母35连接处为左旋螺纹，与右转鼓调节螺母36连接处为右旋螺纹。转动旋转手柄37，左右转鼓调节丝杠33带动左转鼓调节螺母35、右转鼓调节螺母36同时相互靠近或相互远离，实现左转鼓26和右转鼓27之间中心距的调节，实现不同直径的车轮与中间转鼓25、左转鼓26、右转鼓27的充分接触，保证较小的滑转率。

中间转鼓25的上下位置调节：光杠34分别和左转鼓调节螺母35、右转鼓调节螺母36形成移动副，用来保证左转鼓26和右转鼓27之间中心距的调节的平稳性。通过转动调节手柄32，使中间转鼓丝杠31随之转动，进而中间转鼓调节螺母30带着中间转鼓25上下移动，上下调节支撑29用来保证中间转鼓25上下移动的平稳性。

本发明一种路况模拟方法，该方法使用本发明的多工况路面的模拟装置实现路况的模拟，具体按照以下步骤实施：

步骤1、将底座2通过地脚螺栓安装固定，并保证钢丝齿形带28上表面与被测试汽车的轮胎表面的最低处留有5mm左右的间隙；

步骤2、转动升降旋转手柄7，调节升降工作台1的高度，保证被测试汽车的轮胎底面与钢丝齿形带28接触，并保证两者之间存在压力；

步骤3、确定路况参数，路况参数包括路面纵向倾斜度、路面侧向倾斜度和路面凹凸高度；

步骤4、转动左右旋转手柄13，左右旋转工作台9转动，当左右旋转工作台9的倾斜度与步骤3中的路面纵向倾斜度相同时，停止转动左右旋转手柄13，蜗轮11和蜗杆12反转自锁固定左右旋转工作台9的位置，纵向倾斜路面模拟完成；

步骤5、转动前后旋转手柄21，前后旋转工作台16绕着前后旋转轴18转动，当前后旋转工作台16的倾斜度与步骤3中的路面侧向倾斜度相同时，停止转动前后旋转手柄21，并将定位销22插入与定位盘23上的对应定位孔24中，侧向倾斜路面完成；

步骤6、转动调节手柄32，中间转鼓25向上或向下移动，转动旋转手柄37，调节钢丝齿形带28的张紧力，当钢丝齿形带28表面凹凸高度与步骤3中的路面凹凸高度相同时，路面凹凸度调节完成。

通过上述方式，本发明一种多工况路面的模拟装置结构紧凑，应用情况广；利用左右旋转工作台9转动不同角度来模拟转弯路面的工况；利用前后旋转工作台16转动不同角度来模拟坡道路面的工况；左转鼓26和右转鼓27的间距以及中间转鼓25的上下位置调节，可以实现改变滑转率，改变滚动阻力的目的，同时还能模拟减速带等凹凸不平路面的工况；钢丝齿形带28外表面可以更换不同材料用于模拟实际路面的不同附着系数；；本发明一种路况模拟方法使用本发明的多工况路面的模拟装置提高了汽车在多种路面工况上的运动和受力情况测量的准确性。