一种基于虚拟仪器和动静态垂向加载装置的电动轮综合试验台的制作方法

本发明涉及电动车台架测试技术，尤其涉及一种基于虚拟仪器和动静态垂向加载装置的电动轮综合试验台。

背景技术：

台架测试多应用在汽车及总成开发领域，在汽车开发前期，通过汽车台架试验，能够模拟汽车的起步、加速、爬坡、制动等工况，精度如能接近实车道路实验，则可提高整车及部件实验的安全性，减少对实验场地的依赖性，降低控制系统开发的成本，更可有效缩短开发周期。

电动轮电动车作为一种新型的电动车，因取消了变速器、离合器、差速器、半轴等传动部件，而提高了整车传动效率，简化了底盘结构，是新能源汽车发展的重要方向之一。

但电动轮电动车在带来上述优点的同时，也带来了如下问题：采用电动轮后整车的非簧载质量变化较大，因此车轮垂直载荷的变化对电动轮式电动车整车性能影响较大，能否精确模拟出实车行驶过程中车轮垂直载荷的变化也就成为电动轮试验台开发的关键。

技术实现要素：

基于上述问题，本发明提出一种基于虚拟仪器和动静态垂向加载装置的电动轮综合试验台方案，该试验台可以用于开发验证电动轮系统，能够提高电动轮电动车及部件实验的安全性，减少对实验场地的依赖性，降低控制系统开发成本；该试验台通过动静态垂直载荷加载装置能够准确模拟汽车行驶过程中由于加、减速以及路面不平导致的垂向动态载荷变化，可为测试电动轮性能提供接近实车试验的环境。

本发明提出一种基于虚拟仪器和动静态垂向加载装置的电动轮综合试验台，该试验台由台架主控模块和实验台架组成。

台架主控模块由上位机和PXI实时控制系统组成，上位机与PXI实时控制系统通过TCP/IP网络连接。

上位机为普通PC机，在上位机上装有LabVIEW软件和Matlab/Simulink软件，上位机上有基于Matlab/Simulink软件搭建的驾驶员模型、行驶工况模型、车辆模型、整车控制器模型、车辆行驶环境模型、测功机加载控制模型和电动轮垂直载荷加载控制模型；上位机将上述模型转化为可被LabVIEW调用的DLL文件，通过TCP/IP网络下载到PXI实时控制系统中，并在PXI实时控制系统中实时运行。

PXI实时控制系统中装有一个型号为NI PXI-8512的CAN通信卡和一个型号为NI PXI-6221的数据采集卡。

实验台架包括基座、电动轮、电动轮控制器、滚筒、动静态垂直载荷加载装置、动态载荷加载电机控制器、转速转矩传感器、测功机、测功机控制器、V/F控制器。

PXI实时控制系统中的NI PXI-8512CAN通信卡用来和试验台架中电动轮控制器构成CAN网络；PXI实时控制系统中NI PXI-8512CAN通信卡将由整车控制器模型计算出的某一电动轮电机目标驱动转矩值发送到CAN网络上，并由试验台架中的电动轮控制器接收；同时，电动轮控制器按一定周期将电流、电压、温度等电机状态信息发送到CAN网络上，相关信息由NI PXI-8512CAN通信卡接收；PXI实时控制系统中NI PXI-6221数据采集卡的任意一路DA通道将测功机加载控制模型计算出的测功机负载转矩值发送给试验台架中的测功机控制器；NI PXI-6221数据采集卡中除上述已用DA通道外的任意一路DA输出通道将电动轮垂向载荷加载控制模型计算出的动态载荷加载电机目标力矩值发送给动态载荷加载电机控制器；由转速转矩传感器测得的测功机转速值经V/F转换器转变为频率信号，通过NI PXI-6221数据采集卡的任意一路计数器通道采集试验台架中由转速转矩传感器测得的测功机转速值，并将该转速值传递给测功机加载控制模型；由转速转矩传感器测得的测功机转矩值经V/F转换器转变为频率信号，通过NI PXI-6221数据采集卡中除上述已用计数器通道外的任意一路计数器通道采集试验台架中由转速转矩传感器测得的测功机转矩值，并将该转矩值传递给测功机加载控制模型；通过NI PXI-6221数据采集卡的任意一路AD通道采集由动静态垂直载荷加载装置中静态垂直载荷压力传感器输出的电动轮静态垂直载荷值，并将其传递给电动轮垂直载荷加载控制模型；通过NI PXI-6221数据采集卡中除上述已用AD通道外的任意一路AD通道采集由动静态垂直载荷加载装置中动态垂直载荷压力传感器输出的电动轮动态垂直载荷值，并将其传递给电动轮垂直载荷加载控制模型。

动静态垂向加载装置由第一支撑架、第二支撑架、U型架、电动轮悬挂装置、静态加载装置和动态加载装置组成。

第一支撑架由L型安装底座(1)、一支撑架第一支撑臂(2)、第一支撑架支撑板(6)和一支撑架第二支撑臂(16)组成；一支撑架第一支撑臂(2)、第一支撑架支撑板(6)和一支撑架第二支撑臂(16)均为长方体结构；一支撑架第一支撑臂(2)的A端与L型安装底座(1)的A面固定连接，一支撑架第一支撑臂(2)的B端与第一支撑架支撑板(6)的B面固定连接，一支撑架第一支撑臂(2)分别与L型安装底座(1)的A面和第一支撑架支撑板(6)的B面垂直；一支撑架第二支撑臂(16)的A端与L型安装底座(1)的A面固定连接，一支撑架第二支撑臂(16)的B端与第一支撑架支撑板(6)的B面固定连接，一支撑架第二支撑臂(16)分别与L型安装底座(1)的A面和第一支撑架支撑板(6)的B面垂直；第一支撑架支撑板(6)的A面和B面之间设有第一支撑架圆形通孔(30)，第一支撑架圆形通孔(30)的轴线分别与第一支撑架支撑板(6)的A面和B面垂直。

第二支撑架由二支撑架第一支撑臂(3)、第二支撑架支撑板(5)、二支撑架第二支撑臂(15)、电动轮悬挂装置第一支撑臂(22)、电动轮悬挂装置第二支撑臂(24)、第一吊耳(34)、第二吊耳(35)、第三吊耳(36)和第四吊耳(37)组成；二支撑架第一支撑臂(3)、第二支撑架支撑板(5)、二支撑架第二支撑臂(15)、电动轮悬挂装置第一支撑臂(22)和电动轮悬挂装置第二支撑臂(24)均为长方体结构；二支撑架第一支撑臂(3)的A端与L型安装底座(1)的A面固定连接，二支撑架第一支撑臂(3)的B端与第二支撑架支撑板(5)的B面固定连接，二支撑架第一支撑臂(3)分别与L型安装底座(1)的A面和第二支撑架支撑板(5)的B面垂直；二支撑架第二支撑臂(15)的A端与L型安装底座(1)的A面固定连接，二支撑架第二支撑臂(15)的B端与第二支撑架支撑板(5)的B面固定连接，二支撑架第二支撑臂(15)分别与L型安装底座(1)的A面和第二支撑架支撑板(5)的B面垂直；二支撑架第一支撑臂(3)平行于一支撑架第一支撑臂(2)，第二支撑架支撑板(5)平行于第一支撑架支撑板(6)，二支撑架第二支撑臂(15)平行于一支撑架第二支撑臂(16)，二支撑架第一支撑臂(3)、第二支撑架支撑板(5)和二支撑架第二支撑臂(15)组成的支架位于第一支撑架的内侧；电动轮悬挂装置第一支撑臂(22)的A端与L型安装底座(1)的A面固定连接，电动轮悬挂装置第一支撑臂(22)的B端与第二支撑架支撑板(5)的B面固定连接，电动轮悬挂装置第一支撑臂(22)分别垂直L型安装底座(1)的A面和第二支撑架支撑板(5)的B面；电动轮悬挂装置第二支撑臂(24)的A端与L型安装底座(1)的A面固定连接，电动轮悬挂装置第二支撑臂(24)的B端与第二支撑架支撑板(5)的B面固定连接，电动轮悬挂装置第二支撑臂(24)分别垂直L型安装底座(1)的A面和第二支撑架支撑板(5)的B面；第二支撑架支撑板(5)的A面和B面之间设有二支撑架第一方形通孔(31)、第二支撑架圆形螺纹通孔(32)和二支撑架第二方形通孔(33)，二支撑架第一方形通孔(31)的中心线、第二支撑架圆形螺纹通孔(32)的中心轴线和二支撑架第二方形通孔(33)的中心线相互平行，且均垂直于第二支撑架支撑板(5)的A面和B面；电动轮悬挂装置第一支撑臂(22)上固定安装有第三吊耳(36)和第四吊耳(37)，第三吊耳(36)和第四吊耳(37)之间的距离等于承重板第一支撑横臂(46)的厚度；电动轮悬挂装置第二支撑臂(24)上固定安装有第一吊耳(34)和第二吊耳(35)，第一吊耳(34)和第二吊耳(35)之间的距离等于承重板第二支撑横臂(49)的厚度；第一吊耳(34)、第二吊耳(35)、第三吊耳(36)和第四吊耳(37)上均设有吊耳孔(38)。

电动轮悬挂装置由承重板(25)、承重板第一支撑横臂(46)和承重板第二支撑横臂(49)组成；承重板(25)为长方体结构，承重板(25)A面中心位置设有承重板第一圆形凹槽(27)，与A面相对的平面中心位置设有承重板第二圆形凹槽(51)，承重板第一圆形凹槽(27)与承重板第二圆形凹槽(51)在正视图上的投影相互重合，且二者的轴线均垂直于承重板(25)A面，承重板第一圆形凹槽(27)和承重板第二圆形凹槽(52)之间设有6个均匀分布且轴线与两凹槽轴线平行的承重板螺纹通孔(43)；承重板(25)C面上设有承重板第一方形凹槽(41)、承重板第二方形凹槽(42)和承重板第三方形凹槽(44)，承重板第一方形凹槽(41)的中心线、承重板第二方形凹槽(42)的中心线和承重板第三方形凹槽(44)的中心线相互平行，且分别垂直于承重板(25)的C面；在承重板(25)B面与承重板第一方形凹槽(41)之间设有承重板一方形凹槽第一螺纹通孔(39)和承重板一方形凹槽第二螺纹通孔(40)，承重板一方形凹槽第一螺纹通孔(39)的中心线和承重板一方形凹槽第二螺纹通孔(40)的中心线相互平行，且垂直于承重板(25)B面；在与承重板(25)B面相对的平面和承重板第三方形凹槽(44)之间设有承重板三方形凹槽第一螺纹通孔(45)和承重板三方形凹槽第二螺纹通孔(50)，承重板三方形凹槽第一螺纹通孔(45)的中心线和承重板三方形凹槽第二螺纹通孔(50)的中心线相互平行，且垂直于承重板(25)B面；承重板第一支撑横臂(46)的A端设有承重板第一支撑横臂通孔(47)，承重板第一支撑横臂(46)与A端相对的另一端与承重板(25)的A面固定连接，承重板第一支撑横臂(46)与承重板(25)的A面垂直；承重板第二支撑横臂(49)的A端设有承重板第二支撑横臂通孔(48)，承重板第二支撑横臂(49)与A端相对的另一端与承重板(25)的A面固定连接，承重板第二支撑横臂(49)与承重板(25)的A面垂直；承重板第一支撑横臂(46)的A端置于第三吊耳(36)和第四吊耳(37)之间，且承重板第一支撑横臂通孔(47)与第三吊耳(36)的吊耳孔和第四吊耳(37)的吊耳孔对齐，承重板第一支撑横臂(46)与电动轮悬挂装置第一支撑臂(22)通过铰链连接；承重板第二支撑横臂(49)的A端置于第一吊耳(34)和第二吊耳(35)之间，且承重板第二支撑横臂通孔(48)与第一吊耳(34)的吊耳孔和第二吊耳(35)的吊耳孔对齐，承重板第二支撑横臂(49)与电动轮悬挂装置第二支撑臂(24)通过铰链连接；电动轮固定轴(65)端部放入承重板(25)上的承重板第二圆形凹槽(51)中，电动轮固定轴(65)上的6个均布的且轴线与电动轮固定轴(65)中心线平行的电动轮固定轴螺纹孔(64)与6个承重板螺纹通孔(43)对齐，通过承重板第一圆形凹槽(27)拧入6根第二螺栓(29)，将电动轮固定轴(65)和承重板(25)固定连接。

U型架由U型架第一支撑杆(4)、U型架第二支撑杆(11)和U型架第三支撑杆(14)组成；U型架第一支撑杆(4)、U型架第二支撑杆(11)和U型架第三支撑杆(14)均为长方体结构；U型架第一支撑杆(4)的B端与U型架第二支撑杆(11)的B面固定连接，且二者相互垂直，U型架第一支撑杆(4)的A端设有U型架第一螺纹孔(59)和U型架第二螺纹孔(60)，U型架第一螺纹孔(59)的中心线和U型架第二螺纹孔(60)的中心线相互平行且平行于U型架第二支撑杆(11)的A面；U型架第三支撑杆(14)的B端与U型架第二支撑杆(11)的B面固定连接，且二者相互垂直，U型架第三支撑杆(14)的A端设有U型架第三螺纹孔(62)和U型架第四螺纹孔(63)，U型架第三螺纹孔(62)的中心线和U型架第四螺纹孔(63)的中心线相互平行且平行于U型架第二支撑杆(11)的A面；U型架第二支撑杆(11)A面上设有U型架方型凹槽(61)，U型架方型凹槽(61)的中心线垂直于U型架第二支撑杆(11)A面；U型架第一支撑杆(4)穿过第二支撑架支撑板(5)上的二支撑架第一方形通孔(31)装入承重板第三方形凹槽(44)，U型架第一支撑杆(4)上的U型架第二螺纹孔(60)与承重板三方形凹槽第一螺纹通孔(45)对齐，U型架第一支撑杆(4)上的U型架第一螺纹孔(59)与承重板三方形凹槽第二螺纹通孔(50)对齐，U型架第一支撑杆(4)与承重板(25)通过两根第一螺栓(28)固定连接；U型架第三支撑杆(14)穿过第二支撑架支撑板(5)上的二支撑架第二方形通孔(33)装入承重板第一方形凹槽(41)，U型架第三支撑杆(14)上的U型架第三螺纹孔(62)与承重板一方形凹槽第二螺纹通孔(40)对齐，U型架第三支撑杆(14)上的U型架第四螺纹孔(63)与承重板一方形凹槽第一螺纹通孔(39)对齐，U型架第三支撑杆(14)与承重板(25)通过两根第一螺栓(28)固定连接。

静态加载装置由静态加载装置旋转手柄(12)、静态加载装置丝杆(13)和静态垂直载荷压力传感器(26)组成；静态加载装置旋转手柄(12)和静态加载装置丝杆(13)固定连接，静态加载装置丝杆(13)与第二支撑架圆形螺纹通孔(32)相互配合，静态加载装置丝杆(13)的轴线与第二支撑架圆形螺纹通孔(32)的轴线相互重合，静态加载装置丝杆(13)穿过第二支撑架圆形螺纹通孔(32)垂直压在静态垂直载荷压力传感器(26)的上方，静态垂直载荷压力传感器(26)放置在电动轮悬挂装置的承重板第二方形凹槽(42)中。

动态加载装置由动态加载装置电机(9)、动态垂直载荷压力传感器(10)、动态加载装置丝杆(23)、动态加载装置蜗轮(53)和动态加载装置蜗杆(54)组成；动态加载装置蜗轮(53)和动态加载装置蜗杆(54)相互配合；电机(9)的输出轴与动态加载装置蜗杆(54)固定连接，二者轴线重合；动态加载装置蜗轮(53)与动态加载装置丝杆(23)的轴线相互重合，二者通过螺纹连接；动态加载装置丝杆(23)穿过第一支撑架支撑板(6)上的第一支撑架圆形通孔(30)垂直压在动态垂直载荷压力传感器(10)的上方，动态垂直载荷压力传感器(10)放置在U型架第二支撑杆(11)上方的U型架方型凹槽(61)中。

本发明的有益效果：一种基于虚拟仪器和动静态垂向加载装置的电动轮综合试验台能够模拟汽车在道路行驶过程中的各种行驶阻力以及车轮的垂直载荷，尤其能够针对电动轮的特点，准确模拟汽车行驶过程中由于加、减速以及路面不平而导致的车轮垂向载荷变化，为测试电动轮性能提供接近实车试验的测试环境；本发明可为电动轮电动车的开发，提供一种综合测试试验台，能够提高电动轮电动车试验的安全性，减少对实验场地的依赖性，降低控制系统开发的成本，并可有效缩短开发周期。

附图说明

图1是一种基于虚拟仪器和动静态垂向加载装置的电动轮综合试验台的结构组成和工作原理示意图。

图2是电动轮动静态垂向加载装置轴侧图。

图3是电动轮动静态垂向加载装置正视图。

图4是电动轮动静态垂向加载装置后视图。

图5是电动轮动静态垂向加载装置第一支撑架轴侧图。

图6是电动轮动静态垂向加载装置第一支撑架正视图。

图7是电动轮动静态垂向加载装置第一支撑架侧视图。

图8是电动轮动静态垂向加载装置第二支撑架轴侧图。

图9是电动轮动静态垂向加载装置第二支撑架正视图。

图10是电动轮动静态垂向加载装置第二支撑架俯视图。

图11是电动轮动静态垂向加载装置电动轮悬挂装置第一支撑臂或电动轮悬挂装置第二支撑臂侧视图。

图12是电动轮动静态垂向加载装置承重板轴侧图。

图13是电动轮动静态垂向加载装置承重板正视图。

图14是电动轮动静态垂向加载装置承重板俯视图。

图15是电动轮动静态垂向加载装置承重板左侧视图。

图16是电动轮动静态垂向加载装置承重板右侧视图。

图17是电动轮动静态垂向加载装置第二支撑架与承重板安装后的轴侧图。

图18是电动轮动静态垂向加载装置第二支撑架、承重板与静态加载装置安装后的轴侧图。

图19是电动轮动静态垂向加载装置动态加载装置结构图。

图20是电动轮动静态垂向加载装置动态加载装置传动装置轴侧图。

图21是电动轮动静态垂向加载装置U型架轴侧图。

图22是电动轮动静态垂向加载装置U型架正视图。

图23是电动轮动静态垂向加载装置U型架俯视图。

图24是电动轮动静态垂向加载装置U型架左侧视图。

图25是电动轮动静态垂向加载装置U型架右侧视图。

图26是电动轮动静态垂向加载装置电动轮轴侧图。

图27是电动轮动静态垂向加载装置电动轮、承重板、静态加载装置和U型架装配后的轴侧图。

图中：1.L型安装底座；2.一支撑架第一支撑臂；3.二支撑架第一支撑臂；4.U型架第一支撑杆；5.第二支撑架支撑板；6.第一支撑架支撑板；7.蜗轮密封桶；8.蜗杆密封桶；9.动态加载装置电机；10.动态垂直载荷压力传感器；11.U型架第二支撑杆；12.静态加载装置旋转手柄；13.静态加载装置丝杆；14.U型架第三支撑杆；15.二支撑架第二支撑臂；16.一支撑架第二支撑臂；17.电动轮；18.滚筒；19.滚筒支撑轴；20.滚筒支撑板；21.滚筒支撑轴轴承；22.电动轮悬挂装置第一支撑臂；23.动态加载装置丝杆；24.电动轮悬挂装置第二支撑臂；25.承重板；26.静态垂直载荷压力传感器；27.承重板第一圆形凹槽；28.第一螺栓；29.第二螺栓；30.第一支撑架圆形通孔；31.二支撑架第一方形通孔；32.第二支撑架圆形螺纹通孔；33.二支撑架第二方形通孔；34.第一吊耳；35.第二吊耳；36.第三吊耳；37.第四吊耳；38.吊耳孔；39.承重板一方形凹槽第一螺纹通孔；40.承重板一方形凹槽第二螺纹通孔；41.承重板第一方形凹槽；42.承重板第二方形凹槽；43.承重板螺纹通孔；44.承重板第三方形凹槽；45.承重板三方形凹槽第一螺纹通孔；46.承重板第一支撑横臂；47.承重板第一支撑横臂通孔；48.承重板第二支撑横臂通孔；49.承重板第二支撑横臂；50.承重板三方形凹槽第二螺纹通孔；51.承重板第二圆形凹槽；52.联轴器；53.动态加载装置蜗轮；54.动态加载装置蜗杆；55.蜗杆第一轴承；56.蜗杆第二轴承；57.蜗轮第一推力轴承；58.蜗轮第二推力轴承；59.U型架第一螺纹孔；60.U型架第二螺纹孔；61.U型架方型凹槽；62.U型架第三螺纹孔；63.U型架第四螺纹孔；64.电动轮固定轴螺纹孔；65.电动轮固定轴。

具体实施方式

本发明目的在于提供一种基于虚拟仪器和动静态垂向加载装置的电动轮综合试验台，该试验台能够模拟汽车在道路行驶过程中的各种行驶阻力以及车轮的垂直载荷，尤其能够针对电动轮的特点，准确模拟汽车行驶过程中由于加、减速以及路面不平导致的垂向动态载荷变化，为测试电动轮性能提供接近实车试验的测试环境，从而可提高实验的安全性，减少对实验场地的依赖性，并可有效缩短电动轮及电动轮式电动车的开发周期。

下面结合附图对本发明技术方案做进一步说明。

一种基于虚拟仪器和动静态垂向加载装置的电动轮综合试验台包括台架主控模块和试验台架；台架主控模块由上位机和PXI实时控制系统组成，上位机与PXI实时控制系统通过TCP/IP网络连接。

上位机为普通PC机，在上位机上装有LabVIEW软件和Matlab/Simulink软件，基于Matlab/Simulink软件，上位机中搭建有驾驶员模型、行驶工况模型、车辆模型、整车控制器模型、车辆行驶环境模型、测功机加载控制模型和电动轮垂直载荷加载模型；上位机将上述模型转化为可被LabVIEW调用的DLL文件，通过TCP/IP网络下载到PXI实时控制系统中，并在PXI实时控制系统中实时运行；上位机可实现如下功能：(1)基于上位机的Matlab/Simulink软件搭建驾驶员模型、行驶工况模型、车辆模型、整车控制器模型、车辆行驶环境模型、测功机加载控制模型和电动轮垂直载荷加载模型；(2)转化为可被LabVIEW调用的DLL文件并下载到基于PXI的实时控制系统中；(3)利用上位机中的LabVIEW软件搭建监控界面，以监控整个试验过程和对目标机进行实时控制。

PXI实时控制系统中装有一个型号为NI PXI-8512的CAN通信卡和一个型号为NI PXI-6221的数据采集卡；PXI实时控制系统包括机箱、系统控制器和外设模块；所述机箱为整个PXI系统提供了坚固的模块化封装结构；所述系统控制器包含CPU、内存等PC组件，在本试验平台的系统控制器中安装LabVIEW的实时操作系统LabVIEW-RT，当控制器工作于RT模式时，PXI便成为一个远程终端，可通过以太网和安装有LabVIEW软件的普通电脑进行通讯；所述上位机与PXI实时控制系统通过TCP/IP进行数据交互，对台架运行过程进行监控；所述的PXI实时控制系统实现如下功能：(1)实时运行驾驶员模型、行驶工况模型、车辆模型、整车控制器模型、车辆行驶环境模型、测功机加载控制模型和电动轮垂直载荷加载模型；(2)PXI实时控制系统作为数据采集卡的载体，使得台架主控模块能够完成与试验台架中控制器和传感器之间信号的采集与发送；(3)将实时的实验数据通过TCP/IP网络发送给上位机。

PXI实时控制系统中型号为PXI-6221的数据采集卡具有16路单端或8路查分模拟量输入通道，2路12位模拟量输出通道，24路数字量通道和两个32位计数器/定时器；PXI实时控制系统中型号为PXI-8512的CAN通信卡是一款具有灵活数据速率的高速控制器局域网(CAN)接口，通过NI-XNET驱动完成应用程序开发；PXI-8512非常适合高速实时操作的应用，如硬件在环仿真、快速控制原型、总线监控、自动化控制等；NI-XNET设备驱动的DMA引擎使得板载处理器无需中断CPU就能在接口和用户程序之间传输CAN帧和信号，从而最小化消息延迟，使主机处理器有时间处理复杂的模型和应用程序。

对台架主控模块中搭建的模型具体介绍如下：

行驶工况模型：规定了汽车的目标行驶速度，行驶工况的输出为目标车速；驾驶员模型：为了使汽车能够按目标车速行驶，建立基于目标车速和实际车速的PI控制器模型，车辆模型输出的实际车速与目标车速的差值是驾驶员模型的输入，驾驶员模型的输出为加速踏板开度、制动踏板开度和方向盘转角；整车控制器模型的输入包括驾驶员模型输出的加速踏板开度、制动踏板开度，车辆模型输出的车速、质心侧偏角、纵向加速度、侧向加速度、横摆角速度、车轮滑移率等信息；整车控制器模型计算得到前左轮驱动转矩、前右轮驱动转矩、后左轮驱动转矩、后右轮驱动转矩，并将其传给车辆模型；车辆模型接收驾驶员模型输出的方向盘转角、整车控制器模型输出的四个车轮驱动转矩，根据计算得到车速、质心侧偏角、纵向加速度、侧向加速度、横摆角速度、车轮滑移率，其中车速、质心侧偏角、纵向加速度、侧向加速度、横摆角速度、车轮滑移率传递给整车控制器模型，纵向加速度、侧向加速度传递给电动轮垂直载荷加载模型，车速、纵向加速度传递给测功机加载控制模块；电动轮垂直载荷加载模型根据纵向加速度、侧向加速度及相关的车辆参数计算得到动静态垂直加载装置的动态载荷加载电机目标力矩；测功机加载控制模型根据车速、纵向加速度和道路坡度角计算得到测功机控制器所需的负载转矩；环境模型包括一些道路信息，如路面附着系数和道路坡度角等，环境模型将这些道路信息传递给车辆模型。

垂直载荷加载模型：汽车行驶过程中，车轮垂直载荷受到汽车纵向加速度、侧向加速度的影响，各个车轮的垂直载荷根据下式计算得到：

上式中，m为整车质量，和分别为车辆的纵向加速度和侧向加速度，g为重力加速度，hg为质心离地高度，lf为质心到前轴的距离，lr为质心到后轴的距离，L为轴距，B为轮距，Fzi为车轮所受的垂向力(下标1、2、3、4分别表示左前、右前、左后、右后车轮)，其中m、g、hg、lf、lr、L、B为常数。

由上述公式知，汽车在行驶过程中，由于汽车加、减速以及转向引起的轮荷转移使得每个车轮的垂直载荷不断变化，但在规定行驶工况下，垂直载荷的变化范围可根据车辆行驶中的纵向加速度和侧向加速度算出；即可得到汽车行驶过程中车轮的垂向载荷区间[Fmin,Fmax]；动静态垂直载荷加载装置中的静态载荷加载装置需要施加给电动轮的垂向受力为Fmin，剩余部分则由动静态垂直载荷加载装置中的动态载荷加载装置施加给电动轮。

测功机加载控制模型：汽车在道路上行驶时受到的阻力包括滚动阻力、空气阻力、加速阻力(也常说为惯性阻力)和坡度阻力。

滚动阻力方程：

Ff＝mgf

空气阻力方程：

坡度阻力方程：

Fi＝mgsinα

加速阻力方程：

其中：m为整车质量，f为滚动阻力系数，Cd为空气阻力系数，A为汽车迎风面积，g为重力加速度，u为行驶车速，δ为旋转质量换算系数，α为坡度角，f、Cd、A、g、δ为常数。

由上述方程知，要模拟汽车行驶过程中受到的阻力，需要实时算出车辆的行驶车速、坡度角和加速度值；由于动静态垂直载荷加载装置将电动轮压在滚筒上，所以可用电动轮和滚筒之间的摩擦力模拟实车道路行驶中的滚动阻力，加速阻力、空气阻力和坡度阻力则由测功机模拟。

实验台架包括基座、电动轮、电动轮控制器、滚筒、动静态垂直载荷加载装置、动态载荷加载电机控制器、转速转矩传感器、测功机、测功机控制器、V/F控制器。

动静态垂直载荷加载装置将电动轮压在滚筒上，滚筒的一端通过联轴器和转速转矩传感器的一端连接，转速转矩传感器的另一端通过联轴器和测功机的输出轴连接；电动轮电机控制器和测功机控制器分别控制电动轮和测功机的转矩。

动静态垂向加载装置由第一支撑架、第二支撑架、U型架、电动轮悬挂装置、静态加载装置和动态加载装置组成。

第一支撑架由L型安装底座(1)、一支撑架第一支撑臂(2)、第一支撑架支撑板(6)和一支撑架第二支撑臂(16)组成；一支撑架第一支撑臂(2)、第一支撑架支撑板(6)和一支撑架第二支撑臂(16)均为长方体结构；一支撑架第一支撑臂(2)的A端与L型安装底座(1)的A面固定连接，一支撑架第一支撑臂(2)的B端与第一支撑架支撑板(6)的B面固定连接，一支撑架第一支撑臂(2)分别与L型安装底座(1)的A面和第一支撑架支撑板(6)的B面垂直；一支撑架第二支撑臂(16)的A端与L型安装底座(1)的A面固定连接，一支撑架第二支撑臂(16)的B端与第一支撑架支撑板(6)的B面固定连接，一支撑架第二支撑臂(16)分别与L型安装底座(1)的A面和第一支撑架支撑板(6)的B面垂直；第一支撑架支撑板(6)的A面和B面之间设有第一支撑架圆形通孔(30)，第一支撑架圆形通孔(30)的轴线分别与第一支撑架支撑板(6)的A面和B面垂直。

第二支撑架由二支撑架第一支撑臂(3)、第二支撑架支撑板(5)、二支撑架第二支撑臂(15)、电动轮悬挂装置第一支撑臂(22)、电动轮悬挂装置第二支撑臂(24)、第一吊耳(34)、第二吊耳(35)、第三吊耳(36)和第四吊耳(37)组成；二支撑架第一支撑臂(3)、第二支撑架支撑板(5)、二支撑架第二支撑臂(15)、电动轮悬挂装置第一支撑臂(22)和电动轮悬挂装置第二支撑臂(24)均为长方体结构；二支撑架第一支撑臂(3)的A端与L型安装底座(1)的A面固定连接，二支撑架第一支撑臂(3)的B端与第二支撑架支撑板(5)的B面固定连接，二支撑架第一支撑臂(3)分别与L型安装底座(1)的A面和第二支撑架支撑板(5)的B面垂直；二支撑架第二支撑臂(15)的A端与L型安装底座(1)的A面固定连接，二支撑架第二支撑臂(15)的B端与第二支撑架支撑板(5)的B面固定连接，二支撑架第二支撑臂(15)分别与L型安装底座(1)的A面和第二支撑架支撑板(5)的B面垂直；二支撑架第一支撑臂(3)平行于一支撑架第一支撑臂(2)，第二支撑架支撑板(5)平行于第一支撑架支撑板(6)，二支撑架第二支撑臂(15)平行于一支撑架第二支撑臂(16)，二支撑架第一支撑臂(3)、第二支撑架支撑板(5)和二支撑架第二支撑臂(15)组成的支架位于第一支撑架的内侧；电动轮悬挂装置第一支撑臂(22)的A端与L型安装底座(1)的A面固定连接，电动轮悬挂装置第一支撑臂(22)的B端与第二支撑架支撑板(5)的B面固定连接，电动轮悬挂装置第一支撑臂(22)分别垂直L型安装底座(1)的A面和第二支撑架支撑板(5)的B面；电动轮悬挂装置第二支撑臂(24)的A端与L型安装底座(1)的A面固定连接，电动轮悬挂装置第二支撑臂(24)的B端与第二支撑架支撑板(5)的B面固定连接，电动轮悬挂装置第二支撑臂(24)分别垂直L型安装底座(1)的A面和第二支撑架支撑板(5)的B面；第二支撑架支撑板(5)的A面和B面之间设有二支撑架第一方形通孔(31)、第二支撑架圆形螺纹通孔(32)和二支撑架第二方形通孔(33)，二支撑架第一方形通孔(31)的中心线、第二支撑架圆形螺纹通孔(32)的中心轴线和二支撑架第二方形通孔(33)的中心线相互平行，且均垂直于第二支撑架支撑板(5)的A面和B面；电动轮悬挂装置第一支撑臂(22)上固定安装有第三吊耳(36)和第四吊耳(37)，第三吊耳(36)和第四吊耳(37)之间的距离等于承重板第一支撑横臂(46)的厚度；电动轮悬挂装置第二支撑臂(24)上固定安装有第一吊耳(34)和第二吊耳(35)，第一吊耳(34)和第二吊耳(35)之间的距离等于承重板第二支撑横臂(49)的厚度；第一吊耳(34)、第二吊耳(35)、第三吊耳(36)和第四吊耳(37)上均设有吊耳孔(38)。

电动轮悬挂装置由承重板(25)、承重板第一支撑横臂(46)和承重板第二支撑横臂(49)组成；承重板(25)为长方体结构，承重板(25)A面中心位置设有承重板第一圆形凹槽(27)，与A面相对的平面中心位置设有承重板第二圆形凹槽(51)，承重板第一圆形凹槽(27)与承重板第二圆形凹槽(51)在正视图上的投影相互重合，且二者的轴线均垂直于承重板(25)A面，承重板第一圆形凹槽(27)和承重板第二圆形凹槽(52)之间设有6个均匀分布且轴线与两凹槽轴线平行的承重板螺纹通孔(43)；承重板(25)C面上设有承重板第一方形凹槽(41)、承重板第二方形凹槽(42)和承重板第三方形凹槽(44)，承重板第一方形凹槽(41)的中心线、承重板第二方形凹槽(42)的中心线和承重板第三方形凹槽(44)的中心线相互平行，且分别垂直于承重板(25)的C面；在承重板(25)B面与承重板第一方形凹槽(41)之间设有承重板一方形凹槽第一螺纹通孔(39)和承重板一方形凹槽第二螺纹通孔(40)，承重板一方形凹槽第一螺纹通孔(39)的中心线和承重板一方形凹槽第二螺纹通孔(40)的中心线相互平行，且垂直于承重板(25)B面；在与承重板(25)B面相对的平面和承重板第三方形凹槽(44)之间设有承重板三方形凹槽第一螺纹通孔(45)和承重板三方形凹槽第二螺纹通孔(50)，承重板三方形凹槽第一螺纹通孔(45)的中心线和承重板三方形凹槽第二螺纹通孔(50)的中心线相互平行，且垂直于承重板(25)B面；承重板第一支撑横臂(46)的A端设有承重板第一支撑横臂通孔(47)，承重板第一支撑横臂(46)与A端相对的另一端与承重板(25)的A面固定连接，承重板第一支撑横臂(46)与承重板(25)的A面垂直；承重板第二支撑横臂(49)的A端设有承重板第二支撑横臂通孔(48)，承重板第二支撑横臂(49)与A端相对的另一端与承重板(25)的A面固定连接，承重板第二支撑横臂(49)与承重板(25)的A面垂直；承重板第一支撑横臂(46)的A端置于第三吊耳(36)和第四吊耳(37)之间，且承重板第一支撑横臂通孔(47)与第三吊耳(36)的吊耳孔和第四吊耳(37)的吊耳孔对齐，承重板第一支撑横臂(46)与电动轮悬挂装置第一支撑臂(22)通过铰链连接；承重板第二支撑横臂(49)的A端置于第一吊耳(34)和第二吊耳(35)之间，且承重板第二支撑横臂通孔(48)与第一吊耳(34)的吊耳孔和第二吊耳(35)的吊耳孔对齐，承重板第二支撑横臂(49)与电动轮悬挂装置第二支撑臂(24)通过铰链连接；电动轮固定轴(65)端部放入承重板(25)上的承重板第二圆形凹槽(51)中，电动轮固定轴(65)上的6个均布的且轴线与电动轮固定轴(65)中心线平行的电动轮固定轴螺纹孔(64)与6个承重板螺纹通孔(43)对齐，通过承重板第一圆形凹槽(27)拧入6根第二螺栓(29)，将电动轮固定轴(65)和承重板(25)固定连接。

U型架由U型架第一支撑杆(4)、U型架第二支撑杆(11)和U型架第三支撑杆(14)组成；U型架第一支撑杆(4)、U型架第二支撑杆(11)和U型架第三支撑杆(14)均为长方体结构；U型架第一支撑杆(4)的B端与U型架第二支撑杆(11)的B面固定连接，且二者相互垂直，U型架第一支撑杆(4)的A端设有U型架第一螺纹孔(59)和U型架第二螺纹孔(60)，U型架第一螺纹孔(59)的中心线和U型架第二螺纹孔(60)的中心线相互平行且平行于U型架第二支撑杆(11)的A面；U型架第三支撑杆(14)的B端与U型架第二支撑杆(11)的B面固定连接，且二者相互垂直，U型架第三支撑杆(14)的A端设有U型架第三螺纹孔(62)和U型架第四螺纹孔(63)，U型架第三螺纹孔(62)的中心线和U型架第四螺纹孔(63)的中心线相互平行且平行于U型架第二支撑杆(11)的A面；U型架第二支撑杆(11)A面上设有U型架方型凹槽(61)，U型架方型凹槽(61)的中心线垂直于U型架第二支撑杆(11)A面；U型架第一支撑杆(4)穿过第二支撑架支撑板(5)上的二支撑架第一方形通孔(31)装入承重板第三方形凹槽(44)，U型架第一支撑杆(4)上的U型架第二螺纹孔(60)与承重板三方形凹槽第一螺纹通孔(45)对齐，U型架第一支撑杆(4)上的U型架第一螺纹孔(59)与承重板三方形凹槽第二螺纹通孔(50)对齐，U型架第一支撑杆(4)与承重板(25)通过两根第一螺栓(28)固定连接；U型架第三支撑杆(14)穿过第二支撑架支撑板(5)上的二支撑架第二方形通孔(33)装入承重板第一方形凹槽(41)，U型架第三支撑杆(14)上的U型架第三螺纹孔(62)与承重板一方形凹槽第二螺纹通孔(40)对齐，U型架第三支撑杆(14)上的U型架第四螺纹孔(63)与承重板一方形凹槽第一螺纹通孔(39)对齐，U型架第三支撑杆(14)与承重板(25)通过两根第一螺栓(28)固定连接。

静态加载装置由静态加载装置旋转手柄(12)、静态加载装置丝杆(13)和静态垂直载荷压力传感器(26)组成；静态加载装置旋转手柄(12)和静态加载装置丝杆(13)固定连接，静态加载装置丝杆(13)与第二支撑架圆形螺纹通孔(32)相互配合，静态加载装置丝杆(13)的轴线与第二支撑架圆形螺纹通孔(32)的轴线相互重合，静态加载装置丝杆(13)穿过第二支撑架圆形螺纹通孔(32)垂直压在静态垂直载荷压力传感器(26)的上方，静态垂直载荷压力传感器(26)放置在电动轮悬挂装置的承重板第二方形凹槽(42)中。

动态加载装置由动态加载装置电机(9)、动态垂直载荷压力传感器(10)、动态加载装置丝杆(23)、动态加载装置蜗轮(53)和动态加载装置蜗杆(54)组成；动态加载装置蜗轮(53)和动态加载装置蜗杆(54)相互配合；电机(9)的输出轴与动态加载装置蜗杆(54)固定连接，二者轴线重合；动态加载装置蜗轮(53)与动态加载装置丝杆(23)的轴线相互重合，二者通过螺纹连接；动态加载装置丝杆(23)穿过第一支撑架支撑板(6)上的第一支撑架圆形通孔(30)垂直压在动态垂直载荷压力传感器(10)的上方，动态垂直载荷压力传感器(10)放置在U型架第二支撑杆(11)上方的U型架方型凹槽(61)中。

一种基于虚拟仪器和动静态垂向加载装置的电动轮综合试验台工作过程介绍如下。

在试验前先将上位机中搭建的行驶工况模型、驾驶员模型、车辆模型、车辆行驶环境模型、整车控制模型、电动轮垂直载荷加载模型和测功机加载控制模型运行，计算在行驶工况下电动轮所受垂直载荷的最小值，该值即为通过旋转静态加载装置中的丝杆(13)给电动轮施加的静态垂向力，通过静态载荷压力传感器(26)测量该压力值，相应的压力值通过PXI实时控制系统中NI PXI-6221数据采集卡的A/D输入通道传送到PXI实时控制系统中。

将在上位机Matlab/Simulink软件上建立的行驶工况模型、驾驶员模型、车辆模型、车辆行驶环境模型、整车控制器模型、电动轮垂直载荷加载控制模型和测功机加载控制模型通过RTW编译成实时代码下载到PXI实时控制系统中，并实时运行。

PXI实时控制系统的车辆模型将汽车在某一工况下行驶过程中实时的纵向加速度和侧向加速度发送给电动轮垂直载荷加载控制模型，将行驶车速、坡度角和加速度值发送给测功机加载控制模型。

电动轮垂直载荷加载控制模型计算出应由动态载荷加载装置施加给电动轮的垂向加载力，通过PXI实时控制系统中PXI-6221数据采集卡的一个DA输出通道(AO0～AO1中的一个通道)发送给动静态垂直载荷加载装置的动态载荷加载电机控制器，动态载荷加载电机控制器控制动态加载装置电机(9)转动，动态加载装置电机(9)通过联轴器(52)带动动态加载装置蜗杆(54)转动，动态加载装置蜗杆(54)通过齿啮合带动动态加载装置蜗轮(53)转动，由于动态加载装置蜗轮(53)上下有蜗轮第一推力轴承(57)和蜗轮第二推力轴承(58)，所以动态加载装置蜗轮(53)只能做旋转运动，和动态加载装置蜗轮(53)内孔的螺纹配合的动态加载装置丝杆(23)随动态加载装置蜗轮(53)的转动上下移动，动态加载装置丝杆(23)的底端设有动态载荷压力传感器(10)，动态加载装置丝杆(23)将动态载荷压力传感器(10)压在U型架第二支撑杆(11)上方的U型架方型凹槽(61)中，用来测量动态加载装置施加的垂向力；由于U型架和承重板(25)通过螺栓固连为一体，动态加载装置将垂向力施加到承重板(25)上。

固连在承重板(25)上的电动轮(17)受到静态加载力和动态加载力压在滚筒(18)上；动态载荷压力传感器(10)将测得的动态压力值通过PXI实时控制系统上PXI-6221数据采集卡的A/D输入通道传送回PXI实时控制系统中的垂直载荷加载控制模型，形成动态垂向加载力的闭环控制。

测功机加载控制模型计算出测功机需要模拟的行驶阻力，通过PXI实时控制系统中PXI-6221数据采集卡的一个DA输出通道(AO0～AO1中的一个通道)发送给测功机控制器，测功机控制器控制测功机施加一定的负载转矩。

PXI实时控制系统中PXI-8512CAN通信卡和试验台架中电动轮控制器组成CAN网络，PXI实时控制系统中基于整车控制器模型计算出的某一电动轮的驱动转矩目标值发送到CAN网络上，由试验台架中电动轮控制器接收，电动轮制器在接收转矩指令后控制电动轮转动，轮毂电机控制器按一定周期向CAN网络上发送电流、电压、温度等电机状态信息，相关信息由PXI-8512CAN通信卡接收。

转速转矩传感器测得测功机的转速和转矩信号，通过V/F模块将其转换为两路频率信号，并将测得的两路频率信号(一路为转速信号，一路为转矩信号)发送给PXI实时控制系统上PXI-6221数据采集卡的计数器通道(CTR 0OUT和CTR 1OUT两个通道)。

一种基于虚拟仪器和动静态垂向加载装置的电动轮综合试验台能够模拟汽车在道路行驶过程中的各种行驶阻力以及车轮的垂直载荷力，可为开发电动轮电动车及测试电动轮电动车的性能提供接近实车试验的环境。