汽車(chē)已成為人們生活中密不可分的重要組成部分，而汽車(chē)的“心臟”是發(fā)動(dòng)機(jī)，檢測(cè)、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(cè)功機(jī)”。因此，從某種意義上講，測(cè)功機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r決定 著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展水平。 測(cè)功機(jī)的發(fā)展歷程測(cè)功機(jī)雖然作為檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要設(shè)備，推動(dòng)了汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，但是，測(cè)功機(jī)并不是伴隨著汽車(chē) 工業(yè)的發(fā)展而誕生的，而是早于汽車(chē)，后來(lái)應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)的。測(cè)功機(jī)可分為兩類(lèi)：可倒拖式測(cè)功機(jī)和不可倒拖式測(cè)功機(jī)。      可倒拖式的測(cè)功機(jī)有：電力式和混合式；不可倒拖式的測(cè)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�，F(xiàn)在常用的是電渦流式和電力式兩種測(cè)功機(jī)。 1.1 測(cè)功機(jī)的歷史 1719 年，Graham-Desaguliers 測(cè)功機(jī)經(jīng)英國(guó)科學(xué) GeorgeGraham 發(fā)明，1763 年于倫敦首次試驗(yàn)，用 量人類(lèi)肌肉力量。1798年法國(guó)的 Regnier 發(fā)明 字命名的測(cè)功機(jī)，可以測(cè)量軍隊(duì)中馬匹的牽引力。      1821 年，Gaspard de Prony 發(fā)明了 de Prony brake 測(cè)功機(jī)用來(lái)測(cè)量蒸汽機(jī)的扭矩，后來(lái)英國(guó)用來(lái)表征發(fā) 動(dòng)機(jī)功率的“brake horse power”（馬力） 也由此得來(lái)。19 世紀(jì) 20 年代末，John Macneill Marriot專(zhuān)利的 基礎(chǔ)上，改進(jìn)了設(shè)備，用來(lái)測(cè)量不同路面上馬車(chē)所需的牽引力。 1877 WilliamFroude 發(fā)明了第一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)功機(jī)；1881 第一臺(tái)商用測(cè)功機(jī)被這家公司生產(chǎn)。水力測(cè)功機(jī)由制動(dòng) 器、測(cè)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(guò)測(cè) 力機(jī)構(gòu)的測(cè)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(jiǎn)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(guó)的 Carl Schenck 公司 生產(chǎn)了第一臺(tái)汽車(chē)用底盤(pán)轉(zhuǎn)鼓測(cè)功機(jī)，這臺(tái)測(cè)功機(jī)已經(jīng) 具有了現(xiàn)代測(cè)功機(jī)的雛形。 1931 年，Martin AnthonyWinther 兄弟發(fā)明了渦流式測(cè)功機(jī)并于1947 年注冊(cè)專(zhuān)利。此后，兩兄 Dynamatic公司，并直到 2002 年一直致力于 生產(chǎn)測(cè)功 機(jī)，1946 1995年期間，此公司還一度成 公司。而Heenan 后，也開(kāi)始生產(chǎn)電渦流測(cè)功機(jī)。電渦流測(cè)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(cè)功機(jī)主 體、測(cè)力機(jī)構(gòu)、控制柜三部分組成。 電渦流測(cè)功機(jī)經(jīng)過(guò) 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(jiǎn)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(cè)功機(jī)就 經(jīng)出現(xiàn)。       電力測(cè)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(kāi)始出現(xiàn)測(cè)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(cè)試向自動(dòng)化，智能化方向發(fā)展；80 年代， 出現(xiàn)了集檢測(cè)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(kāi)始走進(jìn)臺(tái)架測(cè)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(cè)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(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)矩傳感器 扭矩測(cè)量是測(cè)功機(jī)重要的功能。在 20 世紀(jì)初，測(cè) 由此計(jì)算出轉(zhuǎn)矩值�，F(xiàn)代測(cè)功機(jī)已經(jīng)沒(méi)有臂軸設(shè)計(jì)， Schenck 公司的電渦流測(cè)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(guò)由于浮動(dòng)支撐安裝不良，導(dǎo)致測(cè)量功率扭矩不準(zhǔn)確的事件。 99 1.3 測(cè)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(cè)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(jiǎn)單，易于安裝，使用壽命長(zhǎng)。 現(xiàn)在更多利用光學(xué)編碼器傳感器測(cè)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(cè)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(cè)功機(jī)的數(shù)據(jù)輸出及處理過(guò)程，與 測(cè)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。現(xiàn)在的數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通過(guò)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(lái)越多的處理器、傳感器等各類(lèi)設(shè) 備。測(cè)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(xiě)，在發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試發(fā)展的初級(jí)階段。 被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)量小，測(cè)試者關(guān)注的參數(shù)少，所以手寫(xiě)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(lái)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(guó)被注冊(cè)專(zhuān)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(xiàn)。這種彩色的曲線(xiàn)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(guò)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(wèn)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(lái)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(guò)編程，并且， 功機(jī)此時(shí)無(wú)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(kāi)發(fā)了第一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)功機(jī)控制軟件 PUMA。 現(xiàn)在， 大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)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(guò)另一套面板設(shè)備對(duì)測(cè)功機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī) 進(jìn)行控制。但是控制必須依賴(lài)軟件，如果軟件癱 多數(shù)臺(tái)架都無(wú)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(xiàn)形式，以便直觀發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，現(xiàn)在外 國(guó)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(cè)功機(jī)的發(fā)展過(guò)程中，也產(chǎn)生了一些軟 件用來(lái)發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)中參數(shù)無(wú)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(cè) 需要特殊的檢查。德國(guó)RA 公司的軟件可以通過(guò)CAN 等協(xié)議讀取ECU 的數(shù)據(jù)，可以在線(xiàn)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(wèn)題。       國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)功機(jī)現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)高校主要對(duì)電力測(cè)功機(jī)控制進(jìn)行了深入的研究，CY110、160 型電力測(cè)功機(jī)，并獲得 法研究比較多。電力測(cè)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(cè)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(cè)的各種算法研究。 國(guó)內(nèi)企業(yè)多采用 AVL、HORIBA、SIEMENS 等國(guó)外品 測(cè)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(lài)進(jìn)口產(chǎn)品，主要是由于國(guó)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(cè)試技術(shù)的發(fā)展。 而測(cè)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(cè) 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(cè)功機(jī)及其軟件越來(lái)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(cè)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(cè)功機(jī)軟件中，很多程序還很繁瑣，例如試驗(yàn)程序的編寫(xiě)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(lèi)軟件在國(guó)外 已經(jīng)有投入使用。而隨著無(wú)線(xiàn)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(xiàn)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(wèn)題。而發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)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(lèi)問(wèn)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(guò)預(yù)警值，則停止試驗(yàn)。