一种具有垂向加载功能的电动轮综合性能试验台技术领域
本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种具有垂向加载功能的电动
轮综合性能试验台。
背景技术
车辆在实际路面工况下，各个车轮的垂直载荷会不断的发生变化。
电动轮综合性能试验台模拟实车工况时，必须能对电动轮施加垂向载荷
以模拟车辆在真实路面上的载荷，而且这个载荷必须是可控的、随时可
以变化的。
具体而言，垂直加载通常有动态加载与静态加载之分。其中，动态
加载能在试验的过程中根据需要随时调整载荷，而根据加载方式的不
同，现有技术垂直加载装置主要采用液压加载方式。
其中，液压加载方式即采用液压油缸通过杠杆沿载荷方向直接加
载，虽然液压加载方式的实现原理简单，但是控制较不稳定，导致模拟
结果误差较大，进而影响对电动车整车的研究。
发明内容
本发明为解决上述技术问题提供一种具有垂向加载功能的电动轮
综合性能试验台，其垂向载荷的加载方式控制简单、稳定，使得垂直加
载模拟试验结果更精确，有利于对电动车整车的研究。
为解决上述技术问题，本发明提供一种具有垂向加载功能的电动轮
综合性能试验台，包括：进一步地，龙门架、主销架以及垂直加载机构，
所述主销架用于可拆卸安装用以测试的电动轮；其中，所述垂直加载机
构包括电机、设有滚珠丝杆的蜗杆箱、双向压力连接器以及拉压力传感
器；进一步地，所述龙门架横梁上设有一支架，所述垂直加载机构的蜗
杆箱固设于所述支架上，所述垂直加载机构的电机设置于所述支架上并
与所述垂直加载机构的蜗杆箱连接，所述垂直加载机构的滚珠丝杆的活
动端套入所述双向压力连接器的一端，所述双向压力连接器的另一端连
接所述拉压力传感器，所述拉压力传感器转轴连接所述主销，所述主销
与主销架通过滚针轴承相连。
进一步地，所述垂直加载机构包括短齿轮、长齿轮，所述龙门架横
梁上设有一轴承；其中，所述短齿轮转轴连接于所述拉压力传感器和所
述主销之间，所述长齿轮的中轴套入所述龙门架横梁上的轴承中并可水
平转动，并且，所述短齿轮与所述长齿轮啮合；进一步地，所述长齿轮
表面设有一角度位置传感器。
进一步地，所述垂直加载机构包括角度限位器，所述角度限位器固
设于所述长齿轮表面。
进一步地，所述垂直加载机构包括止动叉，所述止动叉包括相互交
叉的水平杆和竖直杆，所述水平杆固定在所述垂直加载机构的滚珠丝杆
上，所述竖直杆固定在所述龙门架横梁上，其中，通过所述竖直杆限制
所述水平杆只能在所述竖直杆的长度方向上运动进而限制所述垂直加
载机构的滚珠丝杆不能转动而只能在竖直方向上运动。
进一步地，所述垂直加载机构包括上下限位器，所述上下限位器固
设于所述垂直加载机构的滚珠丝杆的活动端。
进一步地，所述试验台包括转向机构，所述转向机构包括蜗杆箱、
电机、第二连接件以及转向力传感器，所述蜗杆箱一端设有第一连接件、
另一端设有滚珠丝杆；所述转向机构的蜗杆箱通过所述第一连接件万向
连接于所述龙门架，所述转向机构的电机与所述转向机构的蜗杆箱连
接，所述第二连接件一端与所述转向机构的滚珠丝杆的活动端万向连
接、另一端与所述转向力传感器活动连接，所述转向力传感器与所述主
销架固定连接。
进一步地，所述第一连接件包括一端设有固定轴套的连接架、第一
外支架、内支架以及第一销轴，其中，所述内支架通过所述第一销轴与
所述第一外支架铰接，所述内支架的垂直轴套入所述连接架的固定轴
套，所述连接架的另一端焊接于所述龙门架。
进一步地，所述第二连接件包括第二外支架、第二销轴及垫块，其
中，所述第二外支架通过所述第二销轴与所述转向机构的滚珠丝杆的活
动端铰接，并且，所述转向力传感器上焊接有一固定轴套，所述第二外
支架的垂直轴套入所述转向力传感器的固定轴套，所述垫块两端分别固
定连接于所述转向力传感器和所述主销架。
进一步地，所述试验台还包括转鼓、转矩转速传感器、第一带轮、
飞轮、离合器、第二带轮以及电力测功机；其中，所述转鼓和所述第一
带轮分别转轴连接于所述转矩转速传感器两侧，所述飞轮和所述电力测
功机分别转轴连接于所述第二带轮两侧，所述离合器设置于所述第二带
轮与所述飞轮之间，并且，所述第一带轮和所述第二带轮通过皮带连接。
进一步地，所述主销安装在所述主销架上且处于所述电动轮的正上
方使所述主销偏移距为零进而确保所述电动轮始终保持与所述转鼓的
最高点处接触。
本发明实施方式的电动轮综合性能试验台：垂直加载机构通过采用
电机驱动蜗杆箱的蜗杆，从而带动涡轮，再带动滚珠丝杆进而将垂向载
荷施加到电动轮的方式，其垂向载荷的加载方式控制简单、稳定，使得
垂直加载模拟试验结果精确，有利于对电动车整车的研究，并且，通过
设置拉压力传感器实时获取垂向载荷的大小，能够根据该垂向载荷大小
进一步动态调整施加到电动轮的垂向载荷，更贴近实际行车工况。
附图说明
图1是本发明电动轮综合性能试验台实施方式的原理图。
图2是本发明电动轮综合性能试验台另一实施方式的原理图。
图3是本发明电动轮综合性能试验台实施方式的后视图。
图4是图3所示试验台中转向机构的立体图。
图5是图3所示试验台中转向机构的主视图。
图6是本发明电动轮综合性能试验台实施方式的主视图。
图7是本发明电动轮综合性能试验台实施方式的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。
本发明实施方式的电动轮综合性能试验台主要用于纯电动汽车的
电动轮试验。参阅图1和图2，该试验台包括机架20和龙门架17-8，
还包括道路模拟机构、惯性模拟机构、动力机构、垂直加载机构17以
及转向机构18中独立的一种或多种的组合。
全文以该试验台包括机架20、设置于机架20上的龙门架17-8、道
路模拟机构、惯性模拟机构、动力机构、垂直加载机构17以及转向机
构18的组合为例进行详细说明。
道路模拟机构包括转鼓4、采集转鼓4转矩与转速的转矩转速传感
器7以及第一带轮9，转鼓4和第一带轮9分别转轴连接于转矩转速传
感器7两侧。惯性模拟机构包括飞轮13、离合器12、第二带轮10。动
力机构主要包括电力测功机14，其可以选择性处于发电模式以进行阻力
模拟，或选择性处于电机模式以进行制动模拟，具体而言，动力机构处
于电机模式时其包括电力测功机14及为该电力测功机14提供电力的电
源(图未示)；动力机构处于发电模式时其包括电力测功机14及用于消
耗电力测功机14在发电模式下所产生电能的耗能装置(图未示)，当然，
为提高资源利用率，可用蓄电池等储能装置代替该耗能装置。其中，飞
轮13和电力测功机14分别转轴连接于第二带轮10两侧，离合器12
设置于第二带轮10与飞轮13之间；其中，通过皮带连接第一带轮9和
第二带轮10将转鼓机构和动力机构连接成一体进而实现相互间动力传
输。
具体而言，道路模拟机构还包括第一轴承51、第二轴承52、第三
轴承53、第四轴承54、第一联轴器61以及第二联轴器62，其中，转
鼓4转轴连接于第一轴承51与第二轴承52之间，第一带轮9转轴连接
于第三轴承53与第四轴承54之间，第一联轴器61和第二联轴器62
分别设置于转矩转速传感器7两侧，进一步地，第一联轴器61转轴连
接于第二轴承52与转矩转速传感器7之间，第二联轴器62转轴连接于
第三轴承54与转矩转速传感器7之间。并且，动力机构包括第五轴承
55、第六轴承56及第三联轴器63，第二带轮10转轴连接于第五轴承
55与第六轴承56之间，第三联轴器63转轴连接于电力测功机14与第
五轴承55之间。
其中，机架20支撑固定道路模拟机构、惯性模拟机构及动力机构，
具体的，如图所示，通过将第一至第六轴承(51、52、53、54、55、
56)及转矩转速传感器7安装在机架20上，实现机架20对道路模拟机
构、惯性模拟机构、动力机构的支撑固定。
本实施方式中，增设飞轮13能够实现惯性模拟，模拟汽车有加速
度时的惯性力。增设电力测功机14，通过对电力测功机14的双向模式
的运用，具体的，电力测功机14在发电模式时，电力测功机14作为吸
能装置，进行阻力模拟，通过电加载的动态加载形式，模拟汽车行驶时
电动轮所受的除滚动阻力之外的其它各种阻力之和，同时可以与飞轮13
协调实现汽车惯量的无极调节；电力测功机14在电机模式时，电力测
功机14驱动整个试验台(包括转鼓4和飞轮13)运行，并通过转鼓4
进一步带动电动轮运行到某一工况，然后停止给电力测功机14供电，
模拟汽车制动工况，开展各种制动模拟试验，如可以开展机械制动、电
回馈制动以及机械与电回馈耦合制动模拟试验。另外，因为电动轮自身
电机的额定功率有限，如模拟制动时，不足以带动整个试验台工作，并
且，电动轮本身是待测试的，即需要测试的各项参数的实际情况是未知
的，而电力测功机14是已知且可调的，电动轮本身的电机也不适用于
替代电力测功机14在整个试验台中的功能，尤指制动模拟时。
进一步地，继续参阅图1，电动轮包括车轮3、轮毂电机1以及刹
车盘2，其中，轮毂电机1固定在车轮3内，刹车盘1安装在车轮3上，
主销架15通过直线轴承(图未示)与车轮3的车轮轴(图未示)连接。
结合电动轮自身结构特性，该试验台可以结合电动轮自带的刹车盘1模
拟机械制动，还可进行电回馈制动、进行电回馈制动-机械制动耦合模拟
试验。
在具体应用实施方式中，继续参阅图1，试验台包括用于可拆卸安
装用以测试的电动轮的主销架15，主销架15设置于转鼓4上方并活动
连接在龙门架17-8上。如图3所示，为简便设计，主销架15可以采用
倒L型结构，具体的，该主销架15包括相互连接的顶壁和侧壁，其中，
主销架15的侧壁用于安装测试用电动轮，主销16设置于主销架15上
同时与该主销架15通过滚针轴承(图未示)连接。
进一步地，结合图3-图5进行参阅，试验台包括转向机构18，转
向机构18的活动端上固设有一用于检测转向力大小的转向力传感器
18-9，并且，该转向机构18的活动端还通过转向力传感器18-9固定连
接至主销架15，该转向机构18用于通过主销架15施加转向力至安装
于主销架15的电动轮进而驱动电动轮转向。具体而言：
转向机构18包括一端设有第一连接件、另一端设有滚珠丝杆18-7
的蜗杆箱18-3、电机18-1、第二连接件以及转向力传感器18-9；转向
机构18的蜗杆箱18-3通过第一连接件万向连接于龙门架17-8，转向机
构18的电机18-1与转向机构18的蜗杆箱18-3连接，具体的，该电机
18-1与蜗杆箱18-3之间通过一连接支架18-2固定相对位置，第二连接
件一端与转向机构18的滚珠丝杆18-7的活动端万向连接、另一端与转
向力传感器18-9活动连接，转向力传感器18-9与第二连接件固定连接。
在一具体应用实施方式中，第一连接件包括一端设有固定轴套(图
未示)的连接架18-11、第一外支架18-4、内支架18-6以及第一销轴
18-51，其中，内支架18-6通过第一销轴18-51与第一外支架18-4铰
接，内支架18-6的垂直轴套入连接架18-11的固定轴套，连接架18-11
的另一端焊接于龙门架17-8。而第二连接件包括第二外支架18-8、第
二销轴18-52及垫块18-10，其中，第二外支架18-8通过第二销轴18-52
与转向机构18的滚珠丝杆18-7的活动端铰接，并且，转向力传感器18-9
上焊接有一固定轴套(图未示)，第二外支架18-8的垂直轴套入转向力
传感器18-9的固定轴套，垫块18-10两端分别焊接于转向力传感器18-9
和主销架15。内支架18-6和第二外支架18-8可以选用羊角叉，第一连
接件中的第一外支架18-4、内支架18-6及第一销轴18-51构成万向支
架结构；第二连接件中的第二外支架18-8、滚珠丝杆18-7的活动端及
第二销轴18-52也构成万向支架结构。
转向时，转向机构18的电机18-1启动(正转或反转)，带动蜗杆
箱18-3的涡杆(图未示)正转或反转，再带动蜗杆箱18-3的蜗轮(图
未示)旋转，进而带动滚珠丝杆18-7的活动端向左或向右运动，将转
向力通过第二外支架18-8通过转向力传感器18-9传递给主销架15，进
而使得主销架15带动电动轮围绕主销16转动，其中，第二外支架18-8
跟随主销架15的转动在转向力传感器18-9的固定轴套内转动，同时，
由于第二外支架18-8的跟随转动进一步带动内支架18-6在连接架
18-11的固定轴套内转动，以此实现模拟转向。进一步地，转向力传感
器18-9实时获取转向力的大小，进而在模拟转向的过程中对转向力进
行监测。通过电动轮转向后道路试验，能够检验电动轮在转向时点及内
部元件能否长期稳定工作，同时也为进行相关的防侧滑实验提供了物质
基础和条件，使得对电动轮的整体实验更趋近于实际行车工况。另外，
本实施方式的转向机构18，通过采用电机18-1驱动蜗杆箱18-3，再带
动滚珠丝杆18-7进而将转向力通过主销架15施加到电动轮的方式，其
控制简单、稳定，转向后的道路试验产生与摩擦力平衡的侧向力由侧向
力传感器19实时获取。
在另一具体应用实施方式中，结合图6和图7进行参阅，该试验台
还包括垂直加载机构17，该垂直加载机构17通过主销16与主销架15
连接，进而依次通过主销16、主销架15的传递将载荷施加到安装于主
销架15的电动轮上。具体而言，垂直加载机构17包括电机17-1、设
有滚珠丝杆17-4的蜗杆箱17-2、双向压力连接器17-6、拉压力传感器
17-7以及轴承17-14；龙门架17-8横梁上设有一支架17-3，垂直加载
机构17的蜗杆箱17-2固设于支架17-3上，垂直加载机构17的电机
17-1设置于支架17-3上并与垂直加载机构17的蜗杆箱17-2连接，垂
直加载机构17的滚珠丝杆17-4的活动端套入双向压力连接器17-6的
一端，双向压力连接器17-6的另一端连接拉压力传感器17-7，主销16
一端穿过轴承17-14进而与拉压力传感器17-7转轴连接，主销16另一
端与主销架15通过滚针轴承连接。
施加垂直载荷时，电机17-1启动(正或反转)，带动蜗杆箱17-2
的涡杆(图未示)正或反转动，再带动蜗杆箱17-2的涡轮旋转，进而
带动滚珠丝杆17-4上或下运动，通过双向压力连接器17-6、拉压力传
感器17-7传递给主销16，再通过主销架15将垂直载荷施加到电动轮
上。其中，滚珠丝杆17-4向上运动，垂直载荷减小，滚珠丝杆17-4向
下运动，垂直载荷增加。通过采用电动加载垂直载荷的垂直加载机构17，
能够模拟电动轮在路面行驶时的上下跳动，试验检查电动轮的电机内部
元件是否可以在有振动冲击的情况下长期稳定工作，并且配合制动系统
进行ABS试验，复合制动试验等一系列试验，模拟实际行车工况中汽
车自重和载重等垂直载荷。另外，本实施方式的垂直加载机构17，通过
采用电机17-1驱动蜗杆箱17-2，再带动滚珠丝杆17-4进而将垂向载荷
施加到电动轮的方式，其控制简单、稳定，使得垂直加载模拟试验结果
精确，有利于对电动车整车的研究，并且，通过设置拉压力传感器17-7
实时获取垂向载荷的大小，能够根据该垂向载荷大小进一步动态调整施
加到电动轮的垂向载荷，更贴近实际行车工况。
结合上文转向机构18中第一连接件和第二连接件的万向支架结构
设计，在垂直加载机构17进行垂直加载时，随着载荷的增加或减少，
主销架15会在竖直方向上发生位移，与所述主销架15固定的第二外支
架18-8以第二销轴18-52为轴心转动，同时，第二外支架18-8在竖直
方向上的跟随转动进一步带动内支架18-6以第一销轴18-51为轴心转
动，进而使得垂直加载机构17的垂直加载不影响转向机构18的转向。
优选地，垂直加载机构17包括止动叉17-13，止动叉17-13包括
相互交叉的水平杆17-131和竖直杆17-132，水平杆17-131固定在垂
直加载机构17的滚珠丝杆17-4上，竖直杆17-132固定在龙门架17-8
横梁上，其中，竖直杆17-132限制水平杆17-131只能在竖直杆17-132
的长度方向上运动，使得垂直加载机构17的滚珠丝杆17-4不能转动而
只能在上下方向上运动，进而保证垂直加载机构17的滚珠丝杆17-4的
活动端只能上下运动，能够更好地模拟施加垂直载荷，提高垂直载荷模
拟(即车重模拟)结果的精确度。
优选地，垂直加载机构17包括长齿轮17-9和短齿轮17-10，龙门
架17-8的横梁上还设有一轴承17-15，长齿轮17-9的中轴套入该轴承
17-15内可水平转动，其中，短齿轮17-10位于轴承17-14上，该短齿
轮17-10中轴的一端与拉压力传感器17-7连接、另一端与主销16转轴
连接，并且，长齿轮17-9与短齿轮17-10啮合，该长齿轮17-9表面固
设有一角度位置传感器17-11，该角度位置传感器用于在电动轮转向过
程中采集电动轮的转向角度。另外，通过设置长齿轮17-9、以及将角度
位置传感器固设于该长齿轮17-9表面，能够在不影响垂直加载机构17
对电动轮施加垂直载荷的基础上，获取电动轮的转向角度。
并且，在实际行车工况中，电动轮的转向角度并非是无限大的，为
模拟实际行车工况，在长齿轮17-9表面还固设一角度限位器17-11，与
该角度限位器17-11相配合，例如可以在龙门架17-8立柱的水平方向
上设一滑槽(图未示)，滑槽可设计为呈圆弧形，该圆弧的弧度可根据
电动汽车转向时电动轮实际可以转过的角度设计，当转向机构18施加
的转向力经一系列元件最终传递到主销架15上的电动轮时，即使该转
向力足够大，通过该角度限位器17-11将电动轮限定为只能在预设转动
角度范围内转动，以更接近实际行车工况。
优选地，垂直加载机构17包括上下限位器17-5，上下限位器17-5
固设于垂直加载机构17的滚珠丝杆17-4的活动端，当然，为配合该上
下限位器17-5对滚珠丝杆17-4运动行程的限制，例如通常可以在龙门
架17-8的立柱上设置一滑槽(图未示)，该滑槽沿龙门架17-8立柱的
高度方向设置，并且，在该滑槽上下两端分别设置一触点(图未示)，
当上下限位器17-5接触到触点时，滚珠丝杆17-4立即停止继续向该触
点方向运动。
上述实施方式中，优选地，主销16安装在主销架15上，且在电动
轮安装于主销架15时，该主销16处于该电动轮的正上方使得主销16
偏移距为零，进而确保电动轮始终保持与转鼓4的最高点处接触，即直
线和转向时，该电动轮均会与转鼓4的最高点接触，能够避免因为主销
16偏移距不为零时，电动轮的转向角度过大使得轮胎脱离转鼓4的最高
点所导致的试验误差。
综上所述，本发明实施方式的试验台具有如下优点：
(1)能够进行道路模拟、阻力模拟、车重模拟、惯性模拟；
(2)制动模拟能够进行机械制动、电回馈制动以及机械与电回馈
耦合制动模拟。
(3)转向机构能够实现实际行车工况中电动轮转向时受到侧向力
的模拟。
(4)垂直加载机构能够实现实际行车工况中电动轮受到自重和载
重等的垂直载荷模拟。
(5)由上述(1)、(2)、(3)和(4)，能够同时实现对电动轮的双
向加载模拟试验、惯性模拟以及制动模拟，其试验台的意义大于仅存在
(1)、(2)、(3)或(4)单一的情况，更贴近于实际行车工况，有利于
提高试验结果的准确性。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡
是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直
接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护
范围内。