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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(dòng)機(jī)，檢測、修正、完善發(fā)動(dòng) 機(jī)性能、指標(biāo)、零部件使用壽命的強(qiáng)勁設(shè)備是“測功機(jī)”。因此，從某種意義上講，測功機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r決定 著汽車工業(yè)的發(fā)展水平。 測功機(jī)的發(fā)展歷程測功機(jī)雖然作為檢測汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的主要設(shè)備，推動(dòng)了汽車工業(yè)的發(fā)展，但是，測功機(jī)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(jī)可分為兩類：可倒拖式測功機(jī)和不可倒拖式測功機(jī)。      可倒拖式的測功機(jī)有：電力式和混合式；不可倒拖式的測功機(jī)有：電渦流式、磁滯制動(dòng)式、風(fēng)扇制動(dòng)式、液力 式、機(jī)械制動(dòng)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(jī)。 1.1 測功機(jī)的歷史 1719 年，Graham-Desaguliers 測功機(jī)經(jīng)英國科學(xué) GeorgeGraham 發(fā)明，1763 年于倫敦首次試驗(yàn)，用 量人類肌肉力量。1798年法國的 Regnier 發(fā)明 字命名的測功機(jī)，可以測量軍隊(duì)中馬匹的牽引力。      1821 年，Gaspard de Prony 發(fā)明了 de Prony brake 測功機(jī)用來測量蒸汽機(jī)的扭矩，后來英國用來表征發(fā) 動(dòng)機(jī)功率的“brake horse power”（馬力） 也由此得來。19 世紀(jì) 20 年代末，John Macneill Marriot專利的 基礎(chǔ)上，改進(jìn)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(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)測功機(jī)；1881 第一臺(tái)商用測功機(jī)被這家公司生產(chǎn)。水力測功機(jī)由制動(dòng) 器、測力機(jī)構(gòu)、供水系統(tǒng)組成。制動(dòng)器吸收發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩， 通過測 力機(jī)構(gòu)的測量，指示供水機(jī)構(gòu)供應(yīng)相應(yīng)水量。它具有價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡單可靠的優(yōu)點(diǎn)，所以在 20 世紀(jì) 一直被使 用并被不斷更新。但由于響應(yīng)慢、耗費(fèi)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(tái)汽車用底盤轉(zhuǎn)鼓測功機(jī)，這臺(tái)測功機(jī)已經(jīng) 具有了現(xiàn)代測功機(jī)的雛形。 1931 年，Martin AnthonyWinther 兄弟發(fā)明了渦流式測功機(jī)并于1947 年注冊(cè)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(jī)，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(jī)。電渦流測功機(jī)利用電渦 流原理平衡發(fā)動(dòng)機(jī) 的扭矩，并利用冷卻水將熱量帶走。 主要由測功機(jī)主 體、測力機(jī)構(gòu)、控制柜三部分組成。 電渦流測功機(jī)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(diǎn)，并且結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，便 于自動(dòng)化控制。 19世紀(jì)中葉電機(jī)被發(fā)明后，直流電力測功機(jī)就 經(jīng)出現(xiàn)。       電力測功機(jī)利用電力平衡發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。其特點(diǎn)為精度高，響應(yīng)快，節(jié)約了大量冷卻水，保養(yǎng)周期價(jià)格貴，變頻柜占地面積大。20 世紀(jì)中葉，隨著控制技術(shù)的發(fā)展，開始出現(xiàn)測功 機(jī)轉(zhuǎn)矩控制電路；70 年代，隨著計(jì)算機(jī)和航天技術(shù)的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)測試向自動(dòng)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(chǔ)一體的系統(tǒng)軟件；90 年代，仿真技術(shù)開始走進(jìn)臺(tái)架測試領(lǐng)域，仿真向高速化發(fā)展。發(fā)展至今，發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測試已經(jīng)涵蓋多學(xué)科知識(shí)，包括：機(jī)械工程、電學(xué)、聲學(xué)、軟件、化學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等。       1.2 測功機(jī)轉(zhuǎn)矩傳感器 扭矩測量是測功機(jī)重要的功能。在 20 世紀(jì)初，測 由此計(jì)算出轉(zhuǎn)矩值�，F(xiàn)代測功機(jī)已經(jīng)沒有臂軸設(shè)計(jì)， Schenck 公司的電渦流測功機(jī)利用兩個(gè)浮動(dòng)支撐代替了臂軸軸承。在我們的試驗(yàn)中，就發(fā)生過由于浮動(dòng)支撐安裝不良，導(dǎo)致測量功率扭矩不準(zhǔn)確的事件。 99 1.3 測功機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器 轉(zhuǎn)速傳感器最早由齒輪和一個(gè)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(jì)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(duì)兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)速分別記錄。這種傳感器的缺點(diǎn)是對(duì)灰塵敏感，使用壽命短，并且安裝要求高。 1.4 測功機(jī)數(shù)據(jù)采集方法 采集數(shù)據(jù)是發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的首要目的，數(shù)據(jù)的顯示、 輸出、管理以及儲(chǔ)存等工作，是發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)中必須 先于其他考慮的。而測功機(jī)的數(shù)據(jù)輸出及處理過程，與 測試技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)等同步發(fā)展，在最近十年中，經(jīng) 歷了突飛猛進(jìn)的發(fā)展�，F(xiàn)在的數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通過計(jì) 算機(jī)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(shí)好，所以，試驗(yàn)室必須配備標(biāo)定、備份以及 后處理手段。針對(duì)越來越多的處理器、傳感器等各類設(shè) 備。測功機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)大致分為以下三個(gè)階段。       第一階段是手寫，在發(fā)動(dòng)機(jī)測試發(fā)展的初級(jí)階段。 被測發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)，同時(shí)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(jì)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(cè)專利。在多通錄儀中，最多可以記錄12 個(gè)通道的連續(xù)模擬量數(shù) 據(jù)對(duì)時(shí)間的曲線。這種彩色的曲線記錄方法在計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)時(shí)代。首先是手動(dòng)控制的計(jì)算機(jī)記錄階段。隨著需要記錄參數(shù)的增多，信號(hào)需要經(jīng)過模 擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換，這就需要計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)收集卡和信 號(hào)調(diào)節(jié)卡，計(jì)算機(jī)技術(shù)的提高解決了這個(gè)問題。計(jì)算機(jī)記錄的典型模式是 16 個(gè)壓力通道、16 個(gè)溫度通道、4 脈沖通道用來接收轉(zhuǎn)矩傳感器傳送的信號(hào)，并接收油耗 儀的輸入。手動(dòng)控制，試驗(yàn)不需要經(jīng)過編程，并且， 功機(jī)此時(shí)無法與計(jì)算機(jī)交互。自動(dòng)化控制和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存階段。1978年奧地利的 AVL 公司開發(fā)了第一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)測功機(jī)控制軟件 PUMA。 現(xiàn)在， 大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)測功機(jī)都已實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)控 外，臺(tái)架都可以通過另一套面板設(shè)備對(duì)測功機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī) 進(jìn)行控制。但是控制必須依賴軟件，如果軟件癱 多數(shù)臺(tái)架都無法使用。在數(shù)據(jù)的顯示方面，大多數(shù)試驗(yàn) 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(tái)已有六塊顯示器，以便關(guān)注足數(shù)變化。在發(fā)動(dòng)機(jī)測功機(jī)的發(fā)展過程中，也產(chǎn)生了一些軟 件用來發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)中參數(shù)無法反映的情況。例如，“爆 震”。爆震發(fā)生時(shí)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(yàn)人員的工作負(fù)擔(dān)，并能在試驗(yàn)進(jìn)行 中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。       國內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)測功機(jī)現(xiàn)狀國內(nèi)高校主要對(duì)電力測功機(jī)控制進(jìn)行了深入的研究，CY110、160 型電力測功機(jī)，并獲得 法研究比較多。電力測功機(jī)動(dòng)態(tài)模擬控制策略的研究，電力傳動(dòng)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(duì)電渦流測功機(jī)控制算法進(jìn)行 研究，主要研究方向?yàn)閷?duì)控制扭矩進(jìn)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(jī)。并配有IMTECH 等公司的試驗(yàn)室相關(guān)設(shè)備。 企業(yè)多依賴進(jìn)口產(chǎn)品，主要是由于國內(nèi)試驗(yàn)設(shè)備精度不 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)發(fā)展方向發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了發(fā)動(dòng)機(jī)測試技術(shù)的發(fā)展。 而測試技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域的科技進(jìn)步為發(fā)動(dòng)機(jī)測 試技術(shù)的發(fā)展提供了條件。從目前看，發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)有以下三個(gè)趨勢(shì)。 3.1 集成化 測功機(jī)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(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)中有油耗儀、尾氣成分分析、BlowBy 氣體測量、煙度計(jì)、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(jī)軟件中，很多程序還很繁瑣，例如試驗(yàn)程序的編寫和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理。而網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā) 展可以實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)架數(shù)據(jù)、臺(tái)架運(yùn)行情況、試驗(yàn)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(jì)算技術(shù)的 發(fā)展，這兩方面的新科技也會(huì)為發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)提供更大的發(fā)展空間。 3.3 發(fā)動(dòng)機(jī)在線診斷 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)的目的是采集數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)問題。而發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中可能會(huì)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(duì)這類問題，提出預(yù)警，排除由于發(fā)動(dòng)機(jī)故障對(duì)臺(tái)架的損壞。例如，dA 公司的分析儀。利用對(duì)曲軸振動(dòng)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(yàn)。