用于汽车转向工况模拟的球形转子底盘测功机

摘要

本发明公开一种用于汽车转向工况模拟的球形转子底盘测功机，属于汽车性能测试技术领域。其主要包括基座、球形转子总成、定子绕组总成、转子位置传感器和力传感器。本发明中球形转子总成可在定子绕组总成的作用下万向旋转，能够较为全面地模拟一个真实的地面和完全模拟汽车在平面上的X、Y方向上的运动，即不仅可以模拟汽车直线行驶，还可模拟待测车辆在底盘测功机上实验过程中运行于转向工况，甚至可以通过力传感器实时测量待测轮胎相对于转子接触层的力矩大小和方向，进而调整球形转子总成的转动方向、速度、功率等参数以满足各时刻设定的测功机的各种运动状态，达到真实模拟轮胎纵向受力和横向受力的效果，实用性强。

权利要求

1.一种用于汽车转向工况模拟的球形转子底盘测功机，其特征在于，包括：基座，所述基座顶部开设有安装凹槽；

球形转子总成，所述球形转子总成包括由内至外依次设置的转子导磁层、转子感应层和转子接触层，所述转子导磁层、所述转子感应层和所述转子接触层均为球形闭合壳体；所述转子接触层用于直接与待测轮胎接触，所述转子感应层用于受激产生涡流进而产生感应磁场，所述转子导磁层用于增强感应磁场；

定子绕组总成，所述定子绕组总成嵌置于所述安装凹槽的内壁，所述球形转子总成的底部嵌置于所述安装凹槽内，所述定子绕组总成用于容纳并托载所述球形转子总成；

多个万向轴承，多个所述万向轴承设置于所述球形转子总成与所述安装凹槽之间，所述球形转子总成能够在所述定子绕组总成内万向转动，以模拟待测汽车的转向移动；

转子位置传感器，所述转子位置传感器包括多个，所述转子位置传感器安装于所述基座上，以用于测量所述球形转子总成的运动距离和/或旋转方向；

力传感器，所述力传感器设置于所述转子接触层，以用于检测所述转子接触层施加于所述待测轮胎的力矩大小和/或力矩方向。

2.根据权利要求1所述的用于汽车转向工况模拟的球形转子底盘测功机，其特征在于，所述定子绕组总成包括定子铁芯和绕设于所述定子铁芯上的定子绕组；至少两个所述定子铁芯安装于所述安装凹槽内，且至少两个所述定子铁芯之间形成凹型托载面，以容纳并托载所述球形转子总成。

3.根据权利要求2所述的用于汽车转向工况模拟的球形转子底盘测功机，其特征在于，所述定子铁芯设置有两对，任意一对所述定子铁芯中的两个定子铁芯单体均间隔180°布置；两对所述定子铁芯分别位于相互垂直并且相交的两个竖直面内。

4.根据权利要求2所述的用于汽车转向工况模拟的球形转子底盘测功机，其特征在于，所述定子铁芯设置有两对，两对所述定子铁芯分别为第一定子铁芯对和第二定子铁芯对，并且，

所述第一定子铁芯对中的两个定子铁芯单体间隔180°布置并分别朝向第一基准面的两侧倾斜；

所述第二定子铁芯对中的两个定子铁芯单体间隔180°布置并分别朝向第二基准面的两侧倾斜。

5.根据权利要求1所述的用于汽车转向工况模拟的球形转子底盘测功机，其特征在于，所述转子接触层由若干五边形小块和若干六边形小块拼接组成；所述力传感器为切向力传感器，任一所述五边形小块和任一所述六边形小块上均设置一所述切向力传感器。

6.根据权利要求1所述的用于汽车转向工况模拟的球形转子底盘测功机，其特征在于，所述转子接触层由若干小块拼接组成；所述力传感器为压力传感器，任意相邻两个所述小块的拼接位置均设置有所述压力传感器，并且，所述小块包括六边形小块和五边形小块。

7.根据权利要求1所述的用于汽车转向工况模拟的球形转子底盘测功机，其特征在于，所述定子绕组总成包括两组定子绕组，任意一所述定子绕组均由绕组线蛇形盘布形成与所述球形转子总成形状适配的球窝状；两组所述定子绕组相互垂直嵌套后与所述球形转子总成的底部配合。

8.根据权利要求1所述的用于汽车转向工况模拟的球形转子底盘测功机，其特征在于，还包括测控终端，所述球形转子总成、所述定子绕组总成、所述转子位置传感器和所述力传感器均与所述测控终端通讯连接。

说明书

用于汽车转向工况模拟的球形转子底盘测功机

技术领域

[0001] 本发明属于汽车性能测试技术领域，涉及一种底盘测功机，特别是涉及一种可用于汽车转向工况模拟的球形转子底盘测功机。

背景技术

[0002] 在进行无人驾驶的开发过程中，经常需要对无人驾驶汽车进行横向和纵向控制测试。真实环境中进行测试有很多缺点，比如测试效率低，很多参数无法测量，测试的场景局
限，而且还比较危险等。如果能够在实验室中对上述场景完全模拟，以上问题都将得到解
决，因此，现有技术提出了汽车底盘测功机。

[0003] 底盘测功机目前主要分为三种，分别是传统转鼓试验台、Rototest轴耦合式底盘测功机和转向转鼓实验台。在无人驾驶的试验中横向控制往往比纵向控制更为重要，但是
在传统转鼓试验台中只能模拟车辆纵向运动(即前后方向的运动)以及纵向行驶过程中的
轮胎参数和整车动力参数的耦合工况，不能模拟车辆横向运动(即左右方向的运动)，进而
无法模拟无人驾驶车辆的横向控制。Rototest轴耦合式底盘测功机(轮毂式)虽然可模拟整
车实际行驶的道路负载，但是Rototest轴耦合式底盘测功机(轮毂式)在进行实验时必须拆
卸车辆的轮胎，然后再必须使用相配套的法兰将测功机与轮胎输出轴法兰连接，步骤繁琐，
操作效率低；而且Rototest轴耦合式底盘测功机不能模拟轮胎参数。现有的转向转鼓实验
台，比如申请号为CN201822210242.X的中国专利公开的“一种转向转鼓试验台”，既可完成
横纵向运动的模拟，也无需实验过程中拆卸轮胎；但是其无法模拟地面对轮胎的横向作用
分力，也就是说转向工况中转向转鼓试验台的转鼓只会对轮胎施加纵向分力而没有横向分
力，但是真实工况却是两个方向的分力皆存在。

[0004] 综上所述，由于缺乏对车辆横向运动的模拟，现有的传统转鼓试验台、Rototest轴耦合式底盘测功机和转向转鼓实验台均无法实现对车轮转向工况的模拟，从而无法全面真
实地模拟出车辆在正常行驶过程中轮胎参数和整车动力参数的耦合工况。因此，本发明提
出一种新型底盘测功机，以克服上述现有技术问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种用于汽车转向工况模拟的球形转子底盘测功机，以解决上述现有技术存在的问题，该测功机不仅可以实现车辆在实验过程中模拟运行于转向工
况，而且可以较为全面地模拟一个真实的地面，包括对车轮的纵向力模拟和横向力模拟。

[0006] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

[0007] 本发明提供一种用于汽车转向工况模拟的球形转子底盘测功机，主要包括：

[0008] 基座；

[0009] 球形转子总成，所述球形转子总成包括由内至外依次设置的转子导磁层、转子感应层和转子接触层，所述转子导磁层、所述转子感应层和所述转子接触层均为球形闭合壳
体；所述转子接触层用于直接与待测轮胎接触，所述转子感应层用于受激产生涡流进而产
生感应磁场，所述转子导磁层用于增强感应磁场；

[0010] 定子绕组总成，所述定子绕组总成安装于所述基座，用于容纳并托载所述球形转子总成；所述球形转子总成能够在所述定子绕组总成内万向转动，以模拟所述待测汽车的
转向移动。其中，所述“万向转动”的原理类似于万向球轴承，即所述球形转子总成能够在所
述凹型托载面内绕X轴、Y轴和Z轴中的任意轴旋转，以模拟所述待测轮胎在平面X、Y方向的
移动；其中，定义：X轴沿待测汽车的左右方向延展、Y轴沿待测汽车的前后方向延展、Z轴沿
待测汽车的高度方向延展，平面X、Y方向中的“平面”即指上述“X轴”和“Y轴”相交所形成的
平面；

[0011] 转子位置传感器，所述转子位置传感器包括多个，所述转子位置传感器安装于所述基座上，用于测量所述球形转子总成的运动距离和/或旋转方向；

[0012] 力传感器，所述力传感器设置于所述转子接触层，用于检测所述转子接触层施加于所述待测轮胎的力矩大小和/或力矩方向。

[0013] 可选的，所述基座顶部开设有安装凹槽，所述定子绕组总成嵌置于所述安装凹槽的内壁，所述球形转子总成的底部嵌置于所述安装凹槽内。

[0014] 可选的，还包括多个万向轴承，多个所述万向轴承设置于所述球形转子总成与所述安装凹槽之间。其中，多个所述万向轴承分布于所述球形转子总成的外表面，并固定于所
述安装凹槽的内壁。万向轴承用于对所述球形转子总成进行限位。

[0015] 可选的，所述定子铁芯为弧形定子铁芯。

[0016] 可选的，所述定子铁芯为定子硅钢片铁芯。

[0017] 可选的，所述定子铁芯设置有两对，任意一对所述定子铁芯中的两个定子铁芯单体均间隔180°布置；两对所述定子铁芯分别位于相互垂直并且相交的两个竖直面内。此处
定子铁芯的安装方式还可以解释为：所述定子铁芯平行于所述球形转子总成的竖直方向的
经线设置，4个所述定子铁芯沿所述球形转子总成的水平方向的纬线均匀布置，即4个所述
定子铁芯正交设置，以将所述球形转子总成的底部包络在内。

[0018] 可选的，所述定子铁芯设置有两对，两对所述定子铁芯分别为第一定子铁芯对和第二定子铁芯对，并且，所述第一定子铁芯对中的两个定子铁芯单体间隔180°布置并分别
朝向第一基准面的两侧倾斜；所述第二定子铁芯对中的两个定子铁芯单体间隔180°布置并
分别朝向第二基准面的两侧倾斜；其中，所述第一基准面和所述第二基准面为相互垂直并
且相交的两个竖直面。此处定子铁芯的安装方式还可以解释为：所述定子铁芯与所述球形
转子总成的竖直方向的经线之间形成有0°以上的夹角，4个所述定子铁芯沿所述球形转子
总成的水平方向的纬线均匀布置，以将所述球形转子总成的底部包络在内。因为所述定子
铁芯与所述球形转子总成的经线呈夹角布置，形成斜置，故该定子可以对所述球形转子总
成同时产生经线方向和纬线方向的分力，从而更方便控制所述球形转子总成的绕X、Y、Z轴
的自由度运动。

[0019] 可选的，所述基座内壁均布有2‑5个所述转子位置传感器。理论上来说单个球形转子测功机设置两个所述转子位置传感器即可感知球形转子总成的所有运动状态，但考虑测
量可靠性和鲁棒性，可将其设置为5个，分别在球形转子总成赤道的前方、后方、左方、右方
和正下方，且任意两所述转子位置传感器与球心的连线垂直正交。

[0020] 可选的，所述转子接触层由若干五边形小块和若干六边形小块拼接组成；所述力传感器为切向力传感器，任一所述五边形小块和任一所述六边形小块上均设置一所述切向
力传感器。

[0021] 可选的，所述转子接触层由若干小块拼接组成；所述力传感器为压力传感器，任意相邻两个所述小块的拼接位置均设置有所述压力传感器，并且，所述小块包括六边形小块
和五边形小块。

[0022] 可选的，所述定子绕组总成包括两组定子绕组，任意一所述定子绕组均由绕组线蛇形盘布形成与所述球形转子总成形状适配的球窝状；两组所述定子绕组相互垂直嵌套后
与所述球形转子总成的底部配合。

[0023] 可选的，还包括测控终端，所述球形转子总成、所述定子绕组总成、所述转子位置传感器和所述力传感器均与所述测控终端通讯连接。

[0024] 使用时，每个待测车辆的待测轮胎下面放置一个所述球形转子底盘测功机。所述球形转子底盘测功机与所述待测车辆的轮胎位置对应设置，以供所述待测车辆的轮胎放置
于所述球形转子底盘测功机上，并进行测功。在测试不同数量驱动轮的车辆的时候，也可根
据实际情况放置不同数量的所述球形转子底盘测功机；而且如果测量不同轮距的车辆，可
以调节所述球形转子底盘测功机的位置，尽量保证待测轮胎与地面上的接触点处于球形转
子总成最上面顶点的位置，以保证待测车辆在转向过程中待测轮胎与球形转子总成的接触
位置始终相同，方便控制。其中，所述球形转子底盘测功机在工作过程中主要工作在负载模
式下，工作在驱动模式下相对较少。所谓“负载模式”指待测轮胎对所述球形转子底盘测功
机做功，所述球形转子底盘测功机将功转化为电能，这种工况出现在模拟车辆主动驱动等
工况中；而“驱动模式”是指所述球形转子底盘测功机对轮胎做功，拖着轮胎旋转，这种工况
主要出现在模拟车辆制动等工况中。

[0025] 本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

[0026] 本发明提出的用于汽车转向工况模拟的球形转子底盘测功机，结构设计合理，主要包括基座、球形转子总成、定子绕组总成、转子位置传感器和力传感器。对于汽车轮胎运
动来说，通常情况下是在一个2维平面上运动，故其运行自由度为2；本发明中球形转子总成
可绕X、Y、Z轴旋转，能够较为全面地模拟一个真实的地面和完全模拟汽车在平面上的X、Y方
向上的运动，即不仅可以模拟汽车直线行驶，还可模拟待测车辆在底盘测功机上实验过程
中运行于转向工况，甚至可以通过力传感器实时测量待测轮胎相对于转子接触层的力矩大
小和方向，进而调整球形转子总成的转动方向、速度、功率等参数以满足各时刻设定的测功
机的各种运动状态，达到真实模拟轮胎纵向受力和横向受力的效果。

[0027] 此外，本发明还具有如下具体有益效果：

[0028] (1)相较于传统的转鼓试验台只能模拟车辆纵向运动(前后方向的运动)、不能模拟车辆横向运动(左右方向的运动)，本发明将传统转股试验台从1维运动的模拟提升到了2
维平面运动的模拟，该提升使汽车在实验室内可进行更真实的工况模拟。比如，在无人驾驶
的试验中横向控制往往比纵向控制更为重要，但是在传统的转鼓试验台中无法模拟无人驾
驶车辆的横向控制，但如果使用本发明，就可以在实验室中进行相应危险工况的硬件在环
工况模拟。

[0029] (2)相对Rototest轴耦合式底盘测功机在进行实验时必须拆卸车辆的轮胎，然后再必须使用相配套的法兰将测功机与轮胎输出轴法兰连接，本发明无需进行轮胎拆卸，将
待测车辆直接开上试验台即可测试，操作更加便捷。

[0030] (3)相对于转向工况中转向转鼓试验台的转鼓只会对轮胎施加纵向分力而没有横向分力，本发明通过设置可绕X、Y、Z轴旋转的球形转子总成，可以全面真实地模拟2维地面，
随时可以对轮胎施加平面上任意方向的力，属于一种彻底的解决方案。

[0031] (4)本发明由于不需要拆卸轮胎，故轮胎在试验过程中的一些轮胎参数可以参与实验中，从而可以模拟车辆在正常行驶过程中轮胎参数和整车动力参数的耦合工况，这在
传统转鼓试验台、Rototest轴耦合式底盘测功机和转向转鼓试验台中都无法完全实现。

附图说明

[0032] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获
得其他的附图。

[0033] 图1为实施例一中球形转子底盘测功机的轴测图；

[0034] 图2为实施例一中球形转子底盘测功机的爆炸图；

[0035] 图3为实施例一中球形转子底盘测功机的俯视图；

[0036] 图4为图3的A‑A剖面图；

[0037] 图5为图4的B‑B剖面图；

[0038] 图6为图5中区域C的局部放大图；

[0039] 图7为实施例一中转子接触层的主视图；

[0040] 图8为切向力传感器的安装示意图，即图7的D‑D剖面图；

[0041] 图9为图8中区域E的局部放大图；

[0042] 图10为压力传感器的安装示意图；

[0043] 图11为图10中区域F的局部放大图；

[0044] 图12为图11中区域H的局部放大图；

[0045] 图13为实施例一中球形转子底盘测功机的使用原理图；

[0046] 图14为图13的侧视图；

[0047] 图15为实施例二中球形转子底盘测功机的爆炸图；

[0048] 图16为实施例三中球形转子底盘测功机的爆炸图；

[0049] 图17为实施例三中球形转子底盘测功机的俯视图；

[0050] 图18为图17的G‑G剖面图；

[0051] 图19为图18的K‑K剖面图；

[0052] 图20为图19中区域L的局部放大图；

[0053] 其中，附图标记为：1、用于汽车转向工况模拟的球形转子底盘测功机；2、基座；21、安装凹槽；3、球形转子总成；31、转子导磁层；32、转子接触层；321、五边形小块；322、六边形
小块；33、转子感应层；4、定子绕组总成；41、定子铁芯；42、第一定子绕组；43、凹型托载面；
44、第二定子绕组；5、转子位置传感器；61、切向力传感器；62、压力传感器；7、万向轴承；8、
待测车辆；9、待测轮胎。

具体实施方式

[0054] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。

[0055] 本发明的目的是提供一种用于汽车转向工况模拟的球形转子底盘测功机，以实现车辆在实验过程中模拟运行于转向工况，且可以较为全面地模拟一个真实的地面，包括对
车轮的纵向力模拟和横向力模拟。

[0056] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0057] 实施例一：

[0058] 如图1‑14所示，本实施例提供一种用于汽车转向工况模拟的球形转子底盘测功机1，具体为单个球形转子测功机，其主要由如下部件组成：

[0059] 球形转子总成3，其可绕X、Y、Z轴旋转，实现模拟待测轮胎9在平面上的X、Y方向的移动，进而模拟待测轮胎9在地面上运动过程中受到地面施加的纵向力和横向力。

[0060] 定子绕组总成4，其包括定子铁芯41和绕设在定子铁芯41上的第一定子绕组42；最少使用2个定子绕组总成4即可形成凹型托载面43，以容纳并托载球形转子总成3，球形转子
总成3能够在定子绕组总成4的载荷施加作用下在凹型托载面43内万向转动，以实现待测轮
胎9在平面X、Y方向上的运动模拟功能；其中，所述“万向转动”的原理类似于万向球轴承，即
所述球形转子总成能够在所述凹型托载面内绕X轴、Y轴和Z轴中的任意轴旋转，以模拟所述
待测轮胎在平面X、Y方向的移动；其中，定义：X轴沿待测汽车的左右方向延展、Y轴沿待测汽
车的前后方向延展、Z轴沿待测汽车的高度方向延展，平面X、Y方向中的“平面”即指上述“X
轴”和“Y轴”相交所形成的平面；本实施例优选采用了正交四个定子绕组总成4，且定子铁芯
41优选为定子硅钢片铁芯。

[0061] 基座2，基座2上开设有安装凹槽21，用于嵌置安装定子绕组总成4，且其内壁固定有若干万向轴承7，用于对球形转子总成3进行限位。

[0062] 转子位置传感器5，其可感知球形转子总成3外表面，测量球形转子总成3运动距离和方向，以此来计算整个球形转子总成3的运动状态。该转子位置传感器5工作原理类似于
红外线鼠标的位置感应原理。理论上来说单个球形转子测功机在球形转子总成外周的基座
2内壁均布设置两个转子位置传感器5即可感知出球形转子总成3的所有运动状态，但考虑
测量可靠性和鲁棒性，本实施例优选将其设置为5个，5个转子位置传感器5中的四个转子位
置传感器均布于球形转子总成3的同一圆周上，且转子位置传感器5固定于基座2内壁，剩余
一个转子位置传感器5分布于球形转子总成3的外周，且该剩余转子位置传感器与球心的连
线垂直于上述圆周所在平面，该剩余转子位置传感器固定于基座2内壁，如图2和图5所示。

[0063] 万向轴承7，优选为万向球轴承；多个万向轴承7均匀分布于球形转子总成3外表面，并固定在安装凹槽21的内壁上，起到支撑和限位球形转子总成3，同时减少球形转子总
成3运动摩擦的作用。

[0064] 本实施例中，如图3‑6所示，球形转子总成3包含3层，即：

[0065] 转子接触层32，其为球形转子总成3的最外层，其用于直接与待测轮胎9接触，故得名转子接触层。转子接触层32为封闭球形壳体，并由若干面积大致相等的小块组成，本实施
例采用若干五边形小块321和六边形小块322组成，其中，五边形小块321具体为一种正五边
形曲面，六边形小块322具体为一种正六边形曲面。每块五边形小块321和每块六边形小块
322的下方均设有一个切向力传感器61，或者每一小块的每个边与相邻的小块共享一个压
力传感器62，即压力传感器62设置于任意相邻小块的拼接处；

[0066] 转子感应层33，其为中间层，为封闭球形壳体，主要用于在定子绕组产生的变化的磁场作用下受激产生涡流进而产生感应磁场，故应选用导电性能好的材料，比如铜、铝等。

[0067] 转子导磁层31，其为最内层，球形闭合壳体，应选用高磁导率材料(如硅钢)可增强感应磁场；且实际应用时应尽量减少其内部的涡流，比如设计成硅钢片平行于径向方向层
叠而成的结构。

[0068] 本实施例中，如图7‑9所示，转子接触层32中的每一小块中都会包含一个切向力传感器61，切向力传感器61可以设置在转子接触层32的上表面、下表面，或以嵌置的形式安装
于转子接触层32中。切向力传感器61的具体布置方式如图8所示，切向力传感器61的外表面
与转子接触层32接触，内表面与转子导磁层31接触。在转子接触层32上的轮胎滚动过程中，
由于每一小块均受切向力形变，从而带动切向力传感器61形变，进而感受到切向力大小，根
据每一小块下方切向力传感器61感知的力的大小和方向，就可以计算出待测轮胎9相对于
转子接触层32的力矩大小和方向，进而调整球形转子总成3的转动方向、速度、功率等参数
以满足各时刻设定的测功机的各种运动状态。

[0069] 本实施例中，如图10‑12所示，转子接触层32中的每个相交边会有一个压力传感器62，其两个表面分别与转子接触层32不同的小块的边接触。在转子接触层32上的轮胎滚动
过程中，由于每一小块受切向力形变，从而带动转子接触层32受压形变，由于压力传感器62
分布于一个转子接触层32小块的一周，从而可以计算出力矩大小和方向，进而调整球形转
子总成3的转动方向、速度、功率等参数以满足各时刻设定的测功机的各种运动状态。

[0070] 本实施例中，如图13‑14所示，待测车辆8为前轮2驱车辆，故需放置2个球形转子测功机，如果需要测试不同数量驱动轮的车辆，可根据实际情况放置对应数量的球形转子测
功机。而且，如果需要测量不同轮距的车辆，则可以调节球形转子测功机的距离，尽量保证
待测轮胎9与地面上的接触点处于球形转子总成3最上面顶点的位置，以保证车辆在转向过
程中待测轮胎9与球形转子总成3的接触位置始终相同，方便控制。其中，球形转子测功机在
工作过程中主要工作在负载模式下，工作在驱动模式下相对较少。所谓“负载模式”指待测
轮胎9对球形转子测功机的球形转子总成3做功，球形转子总成3再配合定子绕组总成4将功
转化为电能，这种工况出现在模拟车辆主动驱动等工况中；而“驱动模式”是指球形转子测
功机对待测轮胎9做功，拖着待测轮胎9旋转，这种工况主要出现在模拟车辆制动等工况中。

[0071] 本实施例提出的用于汽车转向工况模拟的球形转子底盘测功机1既可以工作在发电模式也可以工作在电动模式，也即分别对应上文所述的负载模式和驱动模式，对于电动
模式工作原理具体可参考为球形轮胎、球形马达或球形电机等，而对于负载模式工作原理
可具体参考专利号为US13256939的专利“球形发电机”。本实施例中，绕组分布形式采用绕
组直列式，即第一定子绕组42和定子铁芯41组成的定子绕组总成4与球的竖直方向的经线
平行。

[0072] 本实施例的球形转子底盘测功机既可作为发电机使用，也可作为电动机使用(一般情况是将电动机与发电机等同看待，即发动机同时也具有发电机的作用)。其工作原理
为：做电动机时定子绕组总成4产生运动的磁场，从而导致定子转子感应层33切割磁感线产
生磁场，该感生磁场与定子绕组磁场产生磁力作用驱动转子转动；当作为发电机使用时，定
子绕组通电产生磁场从而转子感应层产生感应磁场，而该感应磁场再次作用定子绕组使定
子绕组产生感应电动势，实现转子上的机械能转化成定子上的电能的目的。只要控制电子
绕组的频率与转子频率的大小关系，即可实现电动机模式和发电机模式的切换。在此基础
上，通过设置力传感器，可以在工作过程中更好、更准确地保证轮胎所受力矩为测试工况中
对应的力矩，这是测功机所必需的一个传感器。

[0073] 由此可见，本实施例的球形转子底盘测功机可以较为全面地模拟一个真实的地面，完全模拟汽车在平面上的X、Y方向上的运动，即不仅可以模拟直线行驶，还可实现待测
车辆8在底盘测功机上实验过程中运行于转向工况，甚至可对待测轮胎9进行纵向力模拟和
横向力模拟，这是传统测功机所不具备的。

[0074] 实施例二：

[0075] 如图15所示，本实施例提出另一种用于汽车转向工况模拟的球形转子底盘测功机1，其实质为一种斜置定子球形转子底盘测功机，其与实施例一的区别仅在于，绕组分布形
式采用绕组斜置式，即第一定子绕组42和定子铁芯41组成的定子绕组总成4与球的竖直方
向的经线呈一定角度绕球一圈分布。相比实施例一中的绕组分布形式，本实施例通过将定
子绕组总成4与经线方向倾斜一定角度，形成斜置形式，不仅使定子绕组总成4对球形转子
总成3同时产生经线方向和纬线方向的分力，从而可方便控制球形转子总成3的绕X、Y、Z轴
的自由度运动，尤其使球形转子总成3绕Z轴的旋转更好地得到控制。其中，定义：X轴沿待测
汽车的左右方向延展、Y轴沿待测汽车的前后方向延展、Z轴沿待测汽车的高度方向延展，平
面X、Y方向中的“平面”即指上述“X轴”和“Y轴”相交所形成的平面。

[0076] 除上述区别外，本实施例球形转子底盘测功机的结构配置以及工作原理均与实施例一相同，在此不再赘述。

[0077] 实施例三：

[0078] 如图16‑20所示，本实施例提出另一种用于汽车转向工况模拟的球形转子底盘测功机1，其实质为一种垂直S形绕组球形转子底盘测功机，其与实施例一的区别仅在于，定子
绕组总成4仅设置了定子绕组，即第二定子绕组44。第二定子绕组44设置有两组，任意一组
第二定子绕组44均由绕组线蛇形盘布形成与球形转子总成3的底半球形状适配的球窝状，
即凹型托载面43，该托载面能够与球形转子总成3的底半球面完美贴合；两组第二定子绕组
44相互垂直嵌套后与球形转子总成3的底半球配合，通过在球形转子总成3的底半球面由内
至外依次布设两组(层)第二定子绕组44，且两组第二定子绕组44相互垂直，从而形成一种
面垂直绕组，以对球形转子总成3进行控制。由于每组第二定子绕组44盘布于球形转子总成
3的底半球面，所以每组第二定子绕组44整体程半球面状，单组绕组既有沿球体经线方向
的，又有沿球体纬线方向的，两组第二定子绕组44相互垂直，从而有利于将施加在球形转子
总成3的经向和纬向的力矩进行分解，使控制得以解藕。

[0079] 除上述区别外，本实施例球形转子底盘测功机的结构配置以及工作原理均与实施例一相同，在此不再赘述。

[0080] 需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本
发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明
的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义
和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及
的权利要求。

[0081] 本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依
据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容
不应理解为对本发明的限制。