在汽车工业的研发与生产环节，发动机的性能测试是至关重要的一步。测试的准确性与可靠性直接关系到最终产品的动力表现、效率与耐久性。其中，扭矩作为衡量发动机输出性能的核心参数，其测量精度要求极高。传统的接触式扭矩测量方法存在安装复杂、可能引入额外负载、在高速旋转下可靠性降低等局限。近年来，非接触式扭矩测量技术因其独特的优势，在业内得到了越来越多的应用。本文将以一个具体的测试案例为背景，阐述非接触扭矩传感器如何为汽车发动机测试提供精准的数据支撑。
本次案例的实施地点位于制造业集聚的东莞，测试主体为一家专注于高端测试测量设备研发与生产的企业——南力。其提供的非接触扭矩传感器被应用于某新型汽车发动机的台架测试中，旨在获取发动机在不同工况下的实时、真实扭矩数据。
一、测试背景与核心挑战
该测试项目针对的是一款处于研发末期的新型汽油发动机，需要进行优秀的性能标定与验证。测试团队需要获取从怠速到额定转速全区间内，发动机输出轴的瞬时扭矩值，并分析其与转速、节气门开度、燃油喷射参数等多变量的关联关系。测试面临几个主要挑战：
1.高精度要求：扭矩数据的微小偏差，可能导致对发动机动力曲线、创新扭矩点、燃油经济性地图标定的误判，影响后续的整车匹配。
2.动态响应要求高：测试包含瞬态工况，如急加速、负载突变等，要求扭矩测量系统能快速、无滞后地响应扭矩变化。
3.环境适应性：台架测试环境存在电磁干扰、振动、油污等潜在因素，测量系统需保持稳定。
4.安装与集成便捷性：测试周期紧张，希望测量设备能够快速安装，且不影响原有台架传动系统的结构与刚性。
基于以上挑战，传统的滑环式或应变片式扭矩测量方案在安装便捷性、长期稳定性及动态响应方面存在不足，因此测试方决定采用南力的非接触扭矩传感器方案。
二、非接触扭矩传感器的技术原理与方案特点
南力非接触扭矩传感器基于磁电或相位差原理进行工作。其核心组件包括传感器轴、信号发生器及非接触式信号拾取单元。当传感器轴在传递扭矩时发生微小的扭转变形，这种变形会被转换为相位差或磁场变化，并被附近的拾取单元以无线方式捕获，最终解算为扭矩值。
在此次发动机测试中，所采用的方案具体特点体现在：
1.完全非接触信号传输：传感器与读数单元之间无物理接触，避免了磨损，保证了长期测试的可靠性，特别适合高速旋转和长期耐久测试。
2.高精度与高分辨率：该传感器提供了满足测试需求的精度等级，能够分辨极小的扭矩变化，为精细标定提供了可能。
3.优异的动态特性：由于其测量原理基于物理形变的直接转换，响应频率高，能够准确捕捉发动机扭矩的快速波动。
4.坚固耐用与强抗干扰能力：传感器整体结构坚固，密封性好，能够抵御油污、潮湿环境。内部信号处理电路具有良好的电磁兼容性，能有效抑制台架现场其他设备产生的干扰。
5.安装简便：传感器以串联方式安装在发动机输出轴与测功机负载之间。其结构紧凑，无需对原有台架进行大幅改动，节省了安装调试时间。
三、测试实施与数据获取过程
测试实施过程遵循了系统化的步骤，确保了数据的有效性与可靠性：
1.系统集成：将选定量程的非接触扭矩传感器通过高精度联轴器，连接在发动机飞轮端与水力测功机之间。同步安装转速编码器，并与传感器的信号一同接入数据采集系统。
2.系统标定与零点校准：在安装完成后，进行了严格的静态标定和旋转状态下的动态零点校准，以消除安装应力及旋转离心力可能带来的零点漂移。
3.测试工况执行：按照预设的测试程序，发动机依次运行了包括：怠速稳定性测试、外特性测试（测量全油门下不同转速的扭矩输出）、负荷特性测试（固定转速下改变负载）、以及瞬态加减速测试等。
4.实时数据采集：在整个测试过程中，扭矩、转速信号被实时、同步地采集并记录。数据采集系统以高采样率工作，确保了瞬态数据的完整性。
四、精准数据支撑的具体体现与分析
南力非接触扭矩传感器在此次测试中提供的数据，在多个维度上展现了其价值：
1.稳态工况下的精确映射：在外特性测试中，传感器清晰地描绘出发动机扭矩随转速变化的完整曲线。数据平滑，噪声极小，准确指出了创新扭矩点及其对应的转速区间，为发动机的动力性能评估提供了无可争议的量化依据。在负荷特性测试中，不同负荷下的扭矩值精确对应，助力构建了准确的发动机万有特性地图。
2.瞬态工况下的真实还原：在急加速测试中，传感器捕捉到了扭矩快速上升的细节，包括上升斜率、超调量及稳定时间。这些动态数据对于评估发动机电控单元的控制策略、涡轮增压器的响应特性至关重要。同样，在突然卸负载时，扭矩的下降过程也被清晰记录，反映了发动机的内部阻尼和控制系统调节特性。
3.细微波动的有效识别：在高分辨率的数据曲线上，测试人员能够观察到某些特定转速区间内存在的、极其细微的扭矩周期性波动。经过分析，这些波动与发动机的燃烧循环、曲轴连杆机构的运动特性相关。这种识别能力对于优化发动机平衡、降低振动噪声提供了有价值的数据线索。
4.长期测试的稳定性验证：在超过连续数十小时的耐久性测试环节中，扭矩测量信号的零点稳定，输出值未出现可观察的漂移。这证明了该非接触传感器在长时间、高负荷工作环境下的稳定性，确保了测试周期内所有数据基准的一致性。
五、案例总结
本次汽车发动机测试案例表明，采用如南力这样的非接触扭矩传感器，能够有效应对高精度、高动态、环境复杂的现代发动机测试需求。其提供的扭矩数据具有精度高、响应快、稳定性好的特点，为发动机的研发与验证工作提供了坚实的数据基础。
精准的扭矩测量数据，使得工程师能够更深入地理解发动机的实际工作状态，更准确地评估设计更改的效果，更高效地完成控制参数的标定。它从数据源头保障了测试结果的可信度，缩短了研发周期，降低了因测量误差导致后续问题的风险。在汽车工业不断向电动化、智能化迈进，对传统内燃机效率与性能要求愈发严苛的背景下，可靠、精准的测试测量技术及其提供的数据支撑，将继续扮演不可或缺的角色。非接触扭矩测量技术，凭借其独特优势，无疑将在其中发挥越来越重要的作用。
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