CN101968403B

CN101968403B - 多自由度车辆动力学试验平台

Info

Publication number: CN101968403B
Application number: CN2010105021326A
Authority: CN
Inventors: 阮久宏; 张竹林; 李贻斌; 邱绪云; 杨福广; 荣学文
Original assignee: Shandong Jiaotong University
Current assignee: Shandong Jiaotong University
Priority date: 2010-10-11
Filing date: 2010-10-11
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2030-10-11
Also published as: CN101968403A

Abstract

本发明公开了一种多自由度车辆动力学试验平台，包括带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸、测控系统、滚筒、转盘、位置伺服液压缸、六自由度Stewart平台、外转子电机、六分力传感器等。使用本发明可以模拟道路路面几何形状和力学特性的变化及其对车轮的激励作用，对车轮施加6维路面激励力中的任何一维或多维力，可同时进行路面模拟、静载荷模拟、动载荷模拟，车轮可相对于滚筒转向，实现对车辆转弯行驶时出现的大轮胎侧偏角的模拟，并可对车轮转向角和车轮所受的6维力进行测量，对车辆实际行驶工况进行更好的模拟与测试，实现多自由度车辆动力学的全面研究，提供一种性能更优的车辆动力学试验平台。

Description

多自由度车辆动力学试验平台

技术领域

本发明涉及一种车辆动力学试验平台，尤其涉及一种同时具有路面模拟、静载荷模拟、动载荷模拟功能的多自由度车辆动力学试验平台。

背景技术

车辆动力学包括纵向、横向和垂向3个方向上平动与旋转共6个自由度的动力学。目前车辆动力学测试与研究所采用的方法主要有实车道路试验、计算机仿真和台架试验。实车道路试验需要大的试验场地，并且极限工况试验具有很大风险因而难以实施，试验测试成本也高；计算机仿真方法需要建立车辆及其部件的准确数学模型，实现难度大，同时仍需要进行实车道路试验或台架试验加以验证；台架试验方法能够在很大程度上克服实车道路试验与计算机仿真方法的不足，在车辆动力学测试与研究领域得到广泛应用。目前的车辆动力学试验平台一般以单一的纵向、横向或垂向动力学的测试与研究为主，有些试验平台可同时进行多自由度的车辆动力学测试，但无法同时模拟车辆静载荷变化、动载荷和路面激励的综合动力学效应，且无法实现对车辆转弯行驶时出现的大轮胎侧偏角的模拟，未见同时具有路面模拟、静载荷模拟、动载荷模拟功能的多自由度车辆动力学测试与研究的试验平台。

发明内容

本发明针对现有技术所存在的不足，提出一种同时具有路面模拟、静载荷模拟、动载荷模拟功能的多自由度车辆动力学测试与研究的试验平台。

本发明是通过如下技术措施实现的：一种多自由度车辆动力学试验平台，包括带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸、上角度传感器、加载支架、车轮固定支架、测控系统、滚筒、码盘、转速传感器、左滚筒支架、右滚筒支架、转盘、滚珠支架、滚珠、中桶壁、中桶面、位置伺服液压缸、连杆、下中心轴、上中心轴、六自由度Stewart平台、下角度传感器、轴承端盖、下轴承、转矩传感器、上轴承、滚筒中心轴、外转子电机、六分力传感器、内部带轴承的连接装置、左后对中滚子支架、右后对中滚子支架、左前对中滚子支架、右前对中滚子支架、对中滚子升降器、后对中滚子、前对中滚子、滑块。加载支架固定安装在地基上，滑块安装在加载支架上并可沿加载支架上的导轨移动，带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸的缸筒固定安装在滑块上，带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸的上活塞杆安装在滑块中的圆柱形滑套内并可在圆柱形滑套内做旋转和轴向移动，上角度传感器安装在带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸的上活塞杆和滑块之间，带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸的下活塞杆通过车轮固定支架与内部带轴承的连接装置连接，后对中滚子由左后对中滚子支架和右后对中滚子支架支承，前对中滚子由左前对中滚子支架和右前对中滚子支架支承，左后对中滚子支架和左前对中滚子支架均与左滚筒支架铰接，右后对中滚子支架和右前对中滚子支架均与右滚筒支架铰接，左后对中滚子支架、右后对中滚子支架、左前对中滚子支架、右前对中滚子支架可在对中滚子升降器的作用下同步运动，对中滚子升降器两端分别与左滚筒支架和左前对中滚子支架铰接，滚筒中心轴固定安装在左滚筒支架和右滚筒支架上，码盘固定安装在外转子电机的转子上，转速传感器固定安装在滚筒中心轴上，外转子电机的定子与滚筒中心轴固定连接，外转子电机的转子通过六分力传感器与滚筒固连，左滚筒支架和右滚筒支架固定安装在转盘上，转盘与中桶面之间有环形布置且可自由滚动的滚珠，滚珠放在滚珠支架的圆孔中，上中心轴与转盘同轴固定连接，上中心轴通过转矩传感器与下中心轴固定连接，中桶面与中桶壁固定连接，中桶壁与六自由度Stewart平台固定连接，六自由度Stewart平台固定安装在地基上，上中心轴与中桶面之间安装有上轴承，下中心轴与中桶面之间安装有下轴承，与下轴承配合的轴承端盖固定安装在中桶面上，下角度传感器安装在下中心轴与轴承端盖之间，下中心轴与连杆固定连接，连杆与位置伺服液压缸的活塞杆之间铰接，位置伺服液压缸与中桶壁之间铰接，转盘可在位置伺服液压缸的作用下旋转，带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸、位置伺服液压缸、上角度传感器、下角度传感器、转矩传感器、六自由度Stewart平台、对中滚子升降器、外转子电机、六分力传感器、转速传感器均与测控系统电连接。

上述提到的六自由度Stewart平台可以采用六个液压伺服油缸驱动，每个液压伺服油缸上安装有轴向力传感器和位移传感器，可以测量液压输出力和活塞位移，进而计算六自由度Stewart平台的6维动、静态负载力和上平台的空间位置，这个六自由度Stewart平台是公知的。

上述提到的六分力传感器也是公知的，可以测量直角坐标系3个平动和3个旋转方向上的共6个分力。

本发明的有益效果是：使用本发明可以模拟道路路面几何形状和力学特性的变化及其对车轮的激励作用，对车轮施加6维路面激励力即纵向力、横向力、垂向力、滚动阻力矩、侧倾阻力矩和回正阻力矩中的任何一维或多维力，可以同时进行路面模拟、静载荷模拟、动载荷模拟，车轮可相对于滚筒转向，实现对车辆转弯行驶时出现的大轮胎侧偏角的模拟，并可对车轮转向角和车轮所受的6维力进行测量，对车辆实际行驶工况进行更好的模拟与测试，实现多自由度车辆动力学的全面研究，提供一种性能更优的车辆动力学试验平台。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的侧视图。

图3为本发明的俯视图。

图4为图1的A-A剖视图。

图中：1-带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸，2-上角度传感器，3-加载支架，4-车轮固定支架，5-测控系统，6-滚筒，7-码盘，8-转速传感器，9-左滚筒支架，9A-右滚筒支架，10-转盘，11-滚珠支架，12-滚珠，13-中桶壁，13A-中桶面，14-位置伺服液压缸，15-连杆，16-下中心轴，16A-上中心轴，17-六自由度Stewart平台，18-下角度传感器，19-轴承端盖，20-下轴承，21-转矩传感器，22-上轴承，23-滚筒中心轴，24-外转子电机，25-六分力传感器，26-内部带轴承的连接装置，27-左后对中滚子支架，27A-右后对中滚子支架，28-左前对中滚子支架，28A-右前对中滚子支架，29-对中滚子升降器，30-后对中滚子，31-前对中滚子，32-滑块。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合附图，对本方案进行阐述。

如图1、图2、图3、图4所示的一种多自由度车辆动力学试验平台，包括带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸1、上角度传感器2、加载支架3、车轮固定支架4、测控系统5、滚筒6、码盘7、转速传感器8、左滚筒支架9、右滚筒支架9A、转盘10、滚珠支架11、滚珠12、中桶壁13、中桶面13A、位置伺服液压缸14、连杆15、下中心轴16、上中心轴16A、六自由度Stewart平台17、下角度传感器18、轴承端盖19、下轴承20、转矩传感器21、上轴承22、滚筒中心轴23、外转子电机24、六分力传感器25、内部带轴承的连接装置26、左后对中滚子支架27、右后对中滚子支架27A、左前对中滚子支架28、右前对中滚子支架28A、对中滚子升降器29、后对中滚子30、前对中滚子31、滑块32。加载支架3固定安装在地基上，滑块32安装在加载支架3上并可沿加载支架3上的导轨移动，带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸1的缸筒固定安装在滑块32上，带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸1的上活塞杆安装在滑块32中的圆柱形滑套内并可在圆柱形滑套内做旋转和轴向移动，上角度传感器2安装在带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸1的上活塞杆和滑块32之间，带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸1的下活塞杆通过车轮固定支架4与内部带轴承的连接装置26连接，后对中滚子30由左后对中滚子支架27和右后对中滚子支架27A支承，前对中滚子31由左前对中滚子支架28和右前对中滚子支架28A支承，左后对中滚子支架27和左前对中滚子支架28均与左滚筒支架9铰接，右后对中滚子支架27A和右前对中滚子支架28A均与右滚筒支架9A铰接，左后对中滚子支架27、右后对中滚子支架27A、左前对中滚子支架28、右前对中滚子支架28A可在对中滚子升降器29的作用下同步运动，对中滚子升降器29两端分别与左滚筒支架9和左前对中滚子支架28铰接，滚筒中心轴23固定安装在左滚筒支架9和右滚筒支架9A上，码盘7固定安装在外转子电机24的转子上，转速传感器8固定安装在滚筒中心轴23上，外转子电机24的定子与滚筒中心轴23固定连接，外转子电机24的转子通过六分力传感器25与滚筒6固连，左滚筒支架9和右滚筒支架9A固定安装在转盘10上，转盘10与中桶面13A之间有环形布置且可自由滚动的滚珠12，滚珠12放在滚珠支架11的圆孔中，上中心轴16A与转盘10同轴固定连接，上中心轴16A通过转矩传感器21与下中心轴16固定连接，中桶面13A与中桶壁13固定连接，中桶壁13与六自由度Stewart平台17固定连接，六自由度Stewart平台17固定安装在地基上，上中心轴16A与中桶面13A之间安装有上轴承22，下中心轴16与中桶面13A之间安装有下轴承20，与下轴承20配合的轴承端盖19固定安装在中桶面13A上，下角度传感器18安装在下中心轴16与轴承端盖19之间，下中心轴16与连杆15固定连接，连杆15与位置伺服液压缸14的活塞杆之间铰接，位置伺服液压缸14与中桶壁13之间铰接，转盘10可在位置伺服液压缸14的作用下旋转，带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸1、位置伺服液压缸14、上角度传感器2、下角度传感器18、转矩传感器21、六自由度Stewart平台17、对中滚子升降器29、外转子电机24、六分力传感器25、转速传感器8均与测控系统5电连接。

试验时，将被试车辆的车轮置于滚筒6上并与内部带轴承的连接装置26连接，测控系统5控制对中滚子升降器29及后对中滚子30、前对中滚子31运动，实现车轮在滚筒6上的对中；根据六分力传感器25、转速传感器8的测量信息，控制外转子电机24产生滚筒旋转力矩，模拟车轮所受的纵向力；控制带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸1产生车轮受到的垂向载荷，模拟车辆所受的静载荷变化和动载荷变化；结合上角度传感器2、下角度传感器18和六自由度Stewart平台17的测量信息，控制六自由度Stewart平台17和位置伺服液压缸14带动转盘10旋转，产生期望的车轮侧偏角，模拟车轮受到的横向力；控制六自由度Stewart平台17模拟道路路面几何形状和力学特性的变化，产生车轮受到的路面激励，实现路面对作用在车轮上纵向、横向、垂向、侧倾、横摆和滚动6维路面激励力中任何一维或多维力的模拟；上述垂向载荷、横向力和任何一维或多维路面激励力可同时施加在车轮上；测控系统5通过带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸1中的力传感器测定轮胎所受的垂向载荷大小；通过六分力传感器25测量车轮所受的6维力；通过上角度传感器2、下角度传感器18和六自由度Stewart平台17测量车轮转向角；通过转速传感器8测量滚筒6的旋转速度；通过六自由度Stewart平台17测量路面几何形状变化和路面作用在车轮上的6维路面激励力；通过控制位置伺服液压缸14产生更大的车轮侧偏角，补偿六自由度Stewart平台17产生的车轮侧偏角的不足，实现对车辆转弯行驶时出现的大轮胎侧偏角的模拟。从而实现多自由度车辆动力学的全面研究。

Claims

1.一种多自由度车辆动力学试验平台，包括带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸[1]、上角度传感器[2]、加载支架[3]、车轮固定支架[4]、测控系统[5]、滚筒[6]、码盘[7]、转速传感器[8]、左滚筒支架[9]、右滚筒支架[9A]、转盘[10]、滚珠支架[11]、滚珠[12]、中桶壁[13]、中桶面[13A]、位置伺服液压缸[14]、连杆[15]、下中心轴[16]、上中心轴[16A]、六自由度Stewart平台[17]、下角度传感器[18]、轴承端盖[19]、下轴承[20]、转矩传感器[21]、上轴承[22]、滚筒中心轴[23]、外转子电机[24]、六分力传感器[25]、内部带轴承的连接装置[26]、左后对中滚子支架[27]、右后对中滚子支架[27A]、左前对中滚子支架[28]、右前对中滚子支架[28A]、对中滚子升降器[29]、后对中滚子[30]、前对中滚子[31]、滑块[32]，加载支架[3]固定安装在地基上，滑块[32]安装在加载支架[3]上并可沿加载支架[3]上的导轨移动，带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸[1]的缸筒固定安装在滑块[32]上，带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸[1]的上活塞杆安装在滑块[32]中的圆柱形滑套内并可在圆柱形滑套内做旋转和轴向移动，上角度传感器[2]安装在带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸[1]的上活塞杆和滑块[32]之间，带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸[1]的下活塞杆通过车轮固定支架[4]与内部带轴承的连接装置[26]连接，后对中滚子[30]由左后对中滚子支架[27]和右后对中滚子支架[27A]支承，前对中滚子[31]由左前对中滚子支架[28]和右前对中滚子支架[28A]支承，左后对中滚子支架[27]和左前对中滚子支架[28]均与左滚筒支架[9]铰接，右后对中滚子支架[27A]和右前对中滚子支架[28A]均与右滚筒支架[9A]铰接，左后对中滚子支架[27]、右后对中滚子支架[27A]、左前对中滚子支架[28]、右前对中滚子支架[28A]可在对中滚子升降器[29]的作用下同步运动，对中滚子升降器[29]两端分别与左滚筒支架[9]和左前对中滚子支架[28]铰接，滚筒中心轴[23]固定安装在左滚筒支架[9]和右滚筒支架[9A]上，码盘[7]固定安装在外转子电机[24]的转子上，转速传感器[8]固定安装在滚筒中心轴[23]上，外转子电机[24]的定子与滚筒中心轴[23]固定连接，外转子电机[24]的转子通过六分力传感器[25]与滚筒[6]固连，左滚筒支架[9]和右滚筒支架[9A]固定安装在转盘[10]上，转盘[10]与中桶面[13A]之间有环形布置且可自由滚动的滚珠[12]，滚珠[12]放在滚珠支架[11]的圆孔中，上中心轴[16A]与转盘[10]同轴固定连接，上中心轴[16A]通过转矩传感器[21]与下中心轴[16]固定连接，其特征在于，中桶面[13A]与中桶壁[13]固定连接，中桶壁[13]与六自由度Stewart平台[17]固定连接，六自由度Stewart平台[17]固定安装在地基上，上中心轴[16A]与中桶面[13A]之间安装有上轴承[22]，下中心轴[16]与中桶面[13A]之间安装有下轴承[20]，与下轴承[20]配合的轴承端盖[19]固定安装在中桶面[13A]上，下角度传感器[18]安装在下中心轴[16]与轴承端盖[19]之间，下中心轴[16]与连杆[15]固定连接，连杆[15]与位置伺服液压缸[14]的活塞杆之间铰接，位置伺服液压缸[14]与中桶壁[13]之间铰接，转盘 [10]可在位置伺服液压缸[14]的作用下旋转，带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸[1]、位置伺服液压缸[14]、上角度传感器[2]、下角度传感器[18]、转矩传感器[21]、六自由度Stewart平台[17]、对中滚子升降器[29]、外转子电机[24]、六分力传感器[25]、转速传感器[8]均与测控系统[5]电连接。

2.如权利要求1所述的一种多自由度车辆动力学试验平台，其特征在于，通过控制位置伺服液压缸[14]产生更大的车轮侧偏角，补偿六自由度Stewart平台[17]产生的车轮侧偏角的不足，实现对车辆转弯行驶时出现的大轮胎侧偏角的模拟。

3.如权利要求1所述的一种多自由度车辆动力学试验平台，其特征在于，测控系统[5]根据六分力传感器[25]、转速传感器[8]的测量信息，控制外转子电机[24]产生滚筒旋转力矩，模拟车轮所受的纵向力；控制带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸[1]产生车轮受到的垂向载荷，模拟车辆所受的静载荷变化和动载荷变化；结合上角度传感器[2]、下角度传感器[18]和六自由度Stewart平台[17]的测量信息，控制位置伺服液压缸[14]和六自由度Stewart平台[17]带动转盘[10]旋转，产生期望的车轮侧偏角，模拟车轮受到的横向力；控制六自由度Stewart平台[17]模拟道路路面几何形状和力学特性的变化，产生车轮受到的路面激励，实现路面对作用在车轮上纵向、横向、垂向、侧倾、横摆和滚动6维路面激励力中任何一维或多维力的模拟；上述纵向力、垂向载荷、横向力和任何一维或多维路面激励力可同时施加在车轮上。