CN101788385B - 汽车稳定性参数测试台 - Google Patents

Abstract

汽车稳定性参数测试台，属于测量技术领域。用于汽车质量参数、质心位置参数及抗侧翻角度参数的一体化测试。由测量台面，四个安装在测量台面上的由称重传感器支承的台秤。支点呈矩形顶点分布的台面支柱。承载支柱及台面的地基，台面与地基之间、能够使台面纵向或侧向倾斜的三个液压缸。固定在台面上的倾角测量装置。安装在使台面纵向倾斜的两个液压缸上下腔位置的液压传感器，连接液压缸的泵站。采集称重传感器、液压缸油压、台面倾角数据并进行运算的计算机。本发明的积极效果是：与现有测试设备相比，该设备可完成汽车总质量、轴荷、轮荷、质心位置、抗侧翻角度等各项测试。可以使这些参数测试的试验工作量及测试成本大大降低。

Description

汽车稳定性参数测试台

技术领域

本发明属于物理学中的测量技术领域，具体涉及用于汽车汽车轴荷、轮荷、整车总质量、质心高度、抗侧翻角度测试设备及测试方法。 

背景技术

汽车的轴荷、轮荷、整车总质量、质心高度、抗侧翻角度等参数是评价汽车总体性能的重要参数，同时也是汽车电子稳定控制等底盘控制系统的重要基础数据。因此汽车轴荷、轮荷、整车总质量、质心高度及抗侧翻角度等参数一直是汽车参数测试技术的重要领域，但目前这些参数的测量多是由单项专用试验台完成，导致试验工作量大而且成本很高。开发一种能同时完成这些参数测试的一体化设备一直是汽车测试领域追求的目标。因此目前出现了汽车质量参数如轴荷、轮荷、总质量等的一体化专用测试设备。但集质量参数、质心位置参数及抗侧翻能力测试于一体的设备至今还没有出现。随着汽车底盘电子控制系统越来越多的应用到汽车上，汽车质量参数、质心位置参数及抗侧翻能力的一体化测量技术已成为汽车测试领域必须解决的问题。 

发明内容

本发明的目的是提出一种汽车稳定性参数测试台及使用该测试台的测试方法，用于汽车质量参数、质心位置参数及抗侧翻角度等参数的一体化测试，克服目前上述参数测由单项专用试验台分别完成，导致试验工作量大、成本高的不足。 

本发明的汽车稳定性参数测试台由测量台面，四个安装在测量台面上的由称重传感器支承的台秤，支点呈矩形顶点分布的台面支柱，承载支柱及台面的地基，台面与地基之间、能够使台面纵向或侧向倾斜的三个液压缸，安装在使台面纵向倾斜的两个液压缸上下腔位置的液压传感器，固定在台面上的倾角测量装置，液压泵站，连接液压缸和液压泵站的油管及油路控制装置，采集称重传感器、液压缸油压、台面倾角数据并进行运算的计算机组成。其中的台秤采用现有技术中阻止平向移位的机构安装在台面上。其中的支柱与台面的四个支点中，一个是由大于半球凹面的球座与球头形成不可脱离的球铰接，其余三个支点是由等于或小于半球凹面的球座与球头形成可脱离的球铰接或由销轴与有V形开口的销轴承载块形成的可脱离的轴铰接构成的支撑机构，在使用销轴与有V形开口的销轴承载块的支撑结构中，与球头铰接点在同一矩形边线的两个销轴轴线通过球头球心。其中的三个液压缸与地基及台面的连接点连线各自呈直角三角形，两条直角边平行于支柱与台面间的支点形成的矩形的边线，液压缸沿测试台纵向的布局为靠近两个同为可脱离铰接支撑点一侧设置两个液压缸，作为台面纵向倾斜液压缸。三个液压缸与台面和地基的连接均采用球铰接或万向节连接。以上为本发明测试台基本方案。

为使台秤与台面在台面倾斜时有足够的连接强度，本发明的进一步完善是给出由固分别定在台面上和台秤秤面板下面的铰轴座和铰接在相对铰轴座之间的连杆构成的台秤在台面上的导向定位拉杆。每个台秤与台面之间设置纵、横两根导向定位拉杆。 

为提供适应本发明的倾角测量装置，本发明进一步提供了由外壳、支架、旋转轴、摆臂、重锤、旋转盘、旋转盘支座、固定在台面上的底座组成的倾角传感器，其中各构件的连接为外壳与支架通过螺栓相连接，旋转轴与摆臂通过 螺栓相联接。摆臂的下端通过螺栓与重锤相联接。支架与旋转盘通过螺栓相连接，支座与固定在平台上的底座通过螺栓相联接。旋转盘与支座中心部分加工一配套的止口定位结构，旋转盘上加工一沿圆周方向呈90度的环形槽。限位螺钉由拧入支座上的螺钉孔并凸出支座伸入旋转盘的环形槽。中心螺栓穿过旋转盘和支座上的中心孔拧入底座上的螺栓孔。 

使用该测试台的测试方法是通过测量平台的台秤测量汽车轮荷而计算出汽车质心在水平面的位置坐标，通过液压传感器测量液压缸由水平位置举升车辆至一定角度时的举升力变化计算汽车质心距水平面的高度。其计算方法为： 

$x_{\mathrm{cg}}=\frac{m_2}{m_1+m_2}\×L---\left(1\right)$

$y_{\mathrm{cg}}=\frac{b_i(m_{1l}-m_{1r})+b_i(m_{2l}-m_{2r})}{2(m_1+m_2)}$

$h_g=\frac{(F_3-F_{03})\stackrel{\→}{\mathrm{AO}}\cos {\mathrm{\β}}_1\cos {\mathrm{\α}}_2-(F_{16}-F_{016})\stackrel{\→}{\mathrm{AO}}\cos {\mathrm{\β}}_2\cos {\mathrm{\α}}_1}{G_v(\sin {\mathrm{\α}}_2\cos {\mathrm{\α}}_1-\sin {\mathrm{\α}}_1\cos {\mathrm{\α}}_2)}-e---\left(2\right)$

$x_{\mathrm{vo}}=\frac{(F_3-F_{03})\stackrel{\→}{\mathrm{AO}}\cos {\mathrm{\β}}_1\sin {\mathrm{\α}}_2-(F_{16}-F_{016})\stackrel{\→}{\mathrm{AO}}\cos {\mathrm{\β}}_1\sin {\mathrm{\α}}_1}{G_v(\sin {\mathrm{\α}}_2\cos {\mathrm{\α}}_1-\sin {\mathrm{\α}}_1\cos {\mathrm{\α}}_2)}---\left(3\right)$

式中x_cg为汽车第一轴中心线距车辆重心的水平距离，L_i为汽车轴距，m_i为汽车第i轴轴荷，单位为kg；y_cg为为汽车纵向对称平面与汽车质心的水平距离(在左侧为正)，b_i为汽车各轴轮距，(mm)。m_il，m_ir为汽车第i轴左轮与右轮轮荷，单位(kg)。x_vo为平台水平时汽车质心至翻转轴的水平距离，α₁α₂为测量平台举升角度，F_0i为单独举升平台的举升力，F_i为举升车辆时的举升力，β为举升力方向与AO垂线的夹角。 

本发明的积极效果是测量平台的称重传感器及台秤可测出汽车轮荷、轴荷 及整车总重量。由汽车轮荷可以计算出汽车质心在水平面的坐标。通过测量测量平台纵倾一定角度时液压缸上下腔压力差即可得出由于汽车重量转移引起的液压缸支承压力变化，再根据重量转移法计算出汽车质心高度，实现汽车质心三坐标的测量。通过侧倾液压缸举升平台，则可测出汽车的抗侧翻能力。与现有测试设备相比，该设备可完成汽车总质量、轴荷、轮荷、质心位置(三坐标)、抗侧翻角度等各项测试。它可使这些参数测试的试验工作量及测试成本降低。 

附图说明

图1是测试台结构示意图。 

图2是台面俯视图。 

图3台秤在台面上的导向定位拉杆结构图。 

图4球铰接头的结构图。 

图5销轴与V形开口块支承结构图。 

图6为倾角测量装置结构图。 

图7汽车质心高度测量原理图。 

图8角度β计算原理图。 

具体实施方式

1、汽车稳定性参数测试台 

参阅图1，由测量台面8，台面支承柱4、5、6、7，液压举升缸1、2、3，液压传感器22、23、25、26，试验台安装基础9，液压泵站20、数据采集计算24、测量平台倾角测量装置27组成。其中的台面支承柱4、5、6、7呈矩形分布。图1中的10、11、12、13分别是支承柱与测量平台的连接装置，其中连接装置12为图4所示的球铰接头，图4中36为球头部分，37为球座部分。连接 装置10、11、13为图5所示的圆柱销与V形开口块支承结构，图5中38为销轴支架，39为销轴，40为V形开口底座。以上支承柱与测量平台连接中，连接装置10、连接装置13中的销轴轴线通过连接装置12中球头的球心。三个液压缸中的两个安装在靠近支柱6、7位置，一个安装在靠近支柱4的位置。液压缸1、2、3在台面8和基础9之间呈直角布置，即液压缸1、2之间的连线与液压缸2、3之间的连线成直角，而且直角边分别平行于连接装置10和11、连接装置11和13的连线。图1中的17、18、19是液压缸与安装基础的连接装置，均为图4所示的球铰接头，图1中的14、15、16为液压缸与与测量平台连接装置，均为图4所示的球铰接头。27为平台倾角测量装置。 

参阅图1，液压传感器22、23与液压缸1、2下腔相连接，以测量下腔压力。液压传感器25、26、分别与液压缸1、2上腔相连接以测量上腔压力。各压力传感器与数据采集计算机24电连接，倾角测量装置中角度传感器45与数据采集计算机电连接。数据采集计算机采集压力传感器信号计算压力值，采集角度传感器值计算测量平台倾角。 

液压泵站20与三个液压缸通过液压管路相连接，并控制测量平台的前倾和侧倾运动。这里要求液压泵站要满足这样的功能要求：测量平台前倾运动时，液压缸1、2举升，液压缸3处于无载自由伸缩状态；测量平台侧倾运动时，液压缸2、3处于举升状态，液压缸1处于无载自由伸缩状态。 

参阅图2，测量平台台面由台面本体8和四个测量台秤28、29、30、31组成。参阅图3，每个台秤的四个角通过称重传感器32支承在测量平台上，台秤在台面通过固定在台秤28上的支架33、固定在平台本体8上的支架35、销轴铰接的方式分别与支架33和支架35相连接的拉杆34导向与定位。每个台秤与 台面之间设置纵、横两根导向定位拉杆。 

倾角测量装置如附图6所示，角度传感器45的外壳与支架41通过螺栓相连接，其旋转轴与摆臂42通过螺栓相联接。摆臂42的下端通过螺栓43与重锤44相联接。支架41与旋转盘51通过螺栓固定在一起，支座46与焊接在平台上底座47通过螺栓50相联接。旋转盘51与支座48中心部分加工一相互配套的止口定位结构，旋转盘上加工一沿圆周方向呈90度的环形槽。限位螺钉49拧入底座上的螺钉孔并凸出底座伸入旋转盘的环形槽，用于环形槽旋转时的定位。中心螺栓46穿过旋转盘和支座上的中心孔拧入底座上的螺栓孔。通过该结构可以实现采用一个角度传感器实现两个相互垂直方向倾角的测量。在操作时松开螺栓46，转动旋转盘到指定方位，然后拧紧螺栓46即可。 

2、试验台测试方法 

在进行测试时，测量平台处于水平位置，将汽车驶上测量平台并使每个车轮置于一个台秤上，数据采集计算机即可根据称重传感器传送的信号计算出各轮荷、轴荷及汽车总质量，由汽车各轮轮荷可以计算汽车质心在水平面内的坐标。其计算方法如下： 

$x_{\mathrm{cg}}=\frac{m_2}{m_1+m_2}\×L---\left(15\right)$

$y_{\mathrm{cg}}=\frac{b_i(m_{1l}-m_{1r})+b_i(m_{2l}-m_{2r})}{2(m_1+m_2)}$

x_cg为汽车第一轴中心线距车辆质心的距离，L_i为汽车第i轴与第i+1轴之间的轴距，单位为mm，m_i为汽车第i轴轴荷，单位为kg，y_cg为汽车纵向对称平面与质心的水平距离(在左侧为正)，b_i为汽车各轴轮距，(mm)。m_il，m_ir为汽车第i轴左轮与右轮轮荷，单位(kg)。 

将平台举升至一定角度，根据液压传感器测得的液压缸举升力的变化可以计算出质心距测量平台台面的高度，如附图6所示。其计算方法为： 

$h_g=\frac{(F_3-F_{03})\stackrel{\→}{\mathrm{AO}}\cos {\mathrm{\β}}_1\cos {\mathrm{\α}}_2-(F_{16}-F_{016})\stackrel{\→}{\mathrm{AO}}\cos {\mathrm{\β}}_2\cos {\mathrm{\α}}_1}{G_v(\sin {\mathrm{\α}}_2\cos {\mathrm{\α}}_1-\sin {\mathrm{\α}}_1\cos {\mathrm{\α}}_2)}-e---\left(28\right)$

$x_{\mathrm{vo}}=\frac{(F_3-F_{03})\stackrel{\→}{\mathrm{AO}}\cos {\mathrm{\β}}_1\sin {\mathrm{\α}}_2-(F_{16}-F_{016})\stackrel{\→}{\mathrm{AO}}\cos {\mathrm{\β}}_2\sin {\mathrm{\α}}_1}{G_v(\sin {\mathrm{\α}}_2\cos {\mathrm{\α}}_1-\sin {\mathrm{\α}}_1\cos {\mathrm{\α}}_2)}---\left(29\right)$

式中x_vo为平台水平时汽车质心至翻转轴的水平距离，α为测量平台举升角度，F_0i为单独举升平台的举升力，F_i为举升车辆时的举升力，β为举升力方向与AO垂线的夹角。若AO与AB保持垂直，则 

抗侧翻能力测量 

平台置于水平位置，汽车驶上测量平台，使四个车轮分别位于一个台秤上。车辆停稳后，开始使液压缸2、3举升，此时，10、12两点成为测量平台侧倾的旋转轴线。平台举升过程中监测靠近举升液压缸一侧的两个台秤的称重数值的变化，当这两个台秤示数为零时，测得的平台侧倾角度(计算机采集角度传感器数值)，即为该车的抗侧翻角度。 

汽车质心高度计算方法的推导过程 

被检车辆与平台一起举升时，系统受力如附图7、附图8所示。 

F-举升缸的举升力 

β-举升力方向与平台垂直方向的夹角 

-举升缸到翻转轴水平距离 

G_t-平台自重 

e′-平台质心至翻转轴的垂直距离 

x_t0-平台质心至翻转轴的水平距离 

ε-平台质心至翻转轴垂线与水平面的夹角 $\mathrm{\ϵ}=\arctan \frac{e^{\′}}{x_{t0}}$

举升力和平台重力G_t及汽车重力G_v对翻转轴之矩平衡，则有 

$F\cos \mathrm{\β}\·\stackrel{\↔}{\mathrm{AO}}-G_t\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\ϵ})\·\sqrt{x_{t0}^2+e^{\′2}}-G_v(x_{v0}\cos \mathrm{\α}-(h_g+e)\sin \mathrm{\α})=0$

$F=\frac{G_t\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\ϵ})\·\sqrt{x_{t0}^2+e^{\′2}}}{\cos \mathrm{\β}\·\stackrel{\↔}{\mathrm{AO}}}+\frac{G_v(x_{v0}\cos \mathrm{\α}-(h_g+e)\sin \mathrm{\α})}{\stackrel{\↔}{\mathrm{AO}}\cos \mathrm{\β}}$

$F_0=\frac{G_t\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\ϵ})\·\sqrt{x_{t0}^2+e^{\′2}}}{\cos \mathrm{\β}\·\stackrel{\↔}{\mathrm{AO}}}$

即 $F=F_0+\frac{G_v(x_{v0}\cos \mathrm{\α}-(h_g+e)\sin \mathrm{\α})}{\stackrel{\↔}{\mathrm{AO}}\cos \mathrm{\β}}$

由平台单独举升时与举升被测车辆时的任两个角度α₁，α₂取相应压力值即可解上述方程。由此可得质心高度及汽车质心距翻转轴的距离为： 

$h_g=\frac{(F_3-F_{03})\stackrel{\↔}{\mathrm{AO}}\cos {\mathrm{\β}}_1\cos {\mathrm{\α}}_2-(F_{16}-F_{016})\stackrel{\↔}{\mathrm{AO}}\cos {\mathrm{\β}}_2\cos {\mathrm{\α}}_1}{G_v(\sin {\mathrm{\α}}_2\cos {\mathrm{\α}}_1-\sin {\mathrm{\α}}_1\cos {\mathrm{\α}}_2)}---\left(28\right)$

$x_{\mathrm{vo}}=\frac{(F_3-F_{03})\stackrel{\→}{\mathrm{AO}}\cos {\mathrm{\β}}_1\sin {\mathrm{\α}}_2-(F_{16}-F_{016})\stackrel{\→}{\mathrm{AO}}\cos {\mathrm{\β}}_2\sin {\mathrm{\α}}_1}{G_v(\sin {\mathrm{\α}}_2\cos {\mathrm{\α}}_1-\sin {\mathrm{\α}}_1\cos {\mathrm{\α}}_2)}---\left(29\right)$

式中x_vo为车质心至翻转轴的水平距离，α为举升角度，F₀₃ F₀₁₆为单独举升平台分别至一个小角度和一个较大角度时对应的举升力，F₃ F₁₆为举升车辆分别至上述相应角度时的举升力，β为举升力方向与A′O连线的垂线的夹角。AO与AB垂直，则 

$\mathrm{\β}=\frac{\mathrm{\π}}{2}-\∠{\mathrm{BA}}^{\′}O=\mathrm{\α}-\arcsin \frac{\stackrel{\↔}{\mathrm{AO}}(1-\cos \mathrm{\α})}{\stackrel{\↔}{\mathrm{AB}}}---\left(31\right)$

Claims (3)

1.汽车稳定性参数测试台，其特征是：由测量台面，四个安装在测量台面上的由称重传感器支承的台秤，支点呈矩形顶点分布的台面支柱，承载支柱及台面的地基，台面与地基之间、能够使台面纵向或侧向倾斜的三个液压缸，安装在使台面纵向倾斜的两个液压缸上下腔位置的液压传感器，固定在台面上的倾角测量装置，液压泵站，连接液压缸和液压泵站的油管及油路控制装置，采集称重传感器、液压缸油压、台面倾角数据并进行运算的计算机组成；其中的台秤采用现有技术中阻止平向移位的机构安装在台面上，其中的支柱与台面的四个支点中，一个是由大于半球凹面的球座与球头构成不可脱离的球铰接，其余三个支点是由等于或小于半球凹面的球座与球头形成可脱离的球铰接或由销轴与有V形开口的销轴承载块构成的可脱离的轴铰接构成的支撑机构，在使用销轴与有V形开口的销轴承载块的支撑结构中，与球头铰接点在同一矩形边线的两个销轴轴线通过球头球心，其中的三个液压缸与地基及台面的连接点连线各自呈直角三角形，两条直角边平行于支柱与台面间的支点形成的矩形的边线，液压缸沿测试台纵向的布局为靠近两个同为可脱离铰接支撑点一端设置两个液压缸，作为台面纵向倾斜液压缸；三个液压缸与台面和地基的连接均采用球铰接或万向节连接。

2.根据权利要求1所述的汽车稳定性参数测试台，其特征是：所述的阻止平向移位的机构有由分别固定在台面上和台秤秤面板下面的铰轴座和铰接在相对铰轴座之间的连杆构成的台秤在台面上的导向定位拉杆，每个台秤与台面之间设置纵、横两根导向定位拉杆。

3.根据权利要求1所述的汽车稳定性参数测试台，其特征是：所述的倾角测量装置有由外壳、支架、旋转轴、摆臂、重锤、旋转盘、旋转盘支座、固定在台面上的底座组成的倾角传感器，其中各构件的连接为外壳与支架通过螺栓相连接，旋转轴与摆臂通过螺栓相联接，摆臂的下端通过螺栓与重锤相联接，支架与旋转盘通过螺栓相连接，支座与固定在平台上的底座通过螺栓相联接，旋转盘与支座中心部分加工一配套的止口定位结构，旋转盘上加工一沿圆周方向呈90度的环形槽，限位螺钉由拧入支座上的螺钉孔并凸出支座伸入旋转盘的环形槽，中心螺栓穿过旋转盘和支座上的中心孔拧入底座上的螺栓孔。

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