CN101995339B

CN101995339B - 具有路谱模拟功能的多自由度车辆动力学试验平台

Info

Publication number: CN101995339B
Application number: CN2010105021152A
Authority: CN
Inventors: 阮久宏; 李贻斌; 邱绪云; 张竹林; 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: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2030-10-11
Also published as: CN101995339A

Abstract

本发明公开了一种具有路谱模拟功能的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、升降盘、带力和位移传感器的高频垂向加载液压缸、Stewart平台、六分力传感器等。使用本发明可以模拟道路对车轮的激励作用，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，可同时进行路谱模拟、静载荷模拟、动载荷模拟，车轮可相对于滚筒转向，模拟车辆的转弯行驶，可对车轮转向角和所受的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

具有路谱模拟功能的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谱模拟、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、动载荷变化和路谱激励的综合动力学效应，未见同时具有路谱模拟、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谱模拟、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：一种具有路谱模拟功能的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、角度传感器、加载支架、内部带轴承的连接装置、车轮固定支架、测控系统、滚筒、码盘、转速传感器、右滚筒支架、左滚筒支架、升降盘、带力和位移传感器的高频垂向加载液压缸、导向槽、六自由度Stewart平台、导向柱、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、滚筒轴、外转子电机、六分力传感器、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上的圆柱形滑套内并可在圆柱形滑套内做旋转和轴向移动，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铰接支承，前对中滚子由左前对中滚子支架和右前对中滚子支架铰接支承，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、左前对中滚子支架、右后对中滚子支架和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，滚筒轴固定安装在右滚筒支架和左滚筒支架上，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轴上，外转子电机的定子与滚筒轴固定连接，外转子电机的转子通过六分力传感器与滚筒固连，右滚筒支架和左滚筒支架固定安装在升降盘上，升降盘安装在导向槽内并可在带力和位移传感器的高频垂向加载液压缸作用下沿导向槽和导向柱上下平动，带力和位移传感器的高频垂向加载液压缸的缸筒、导向柱固定安装在导向槽上，带力和位移传感器的高频垂向加载液压缸的活塞杆通过球铰安装在升降盘上，导向槽固定安装在六自由度Stewart平台上，六自由度Stewart平台固定安装在地基上，带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸、角度传感器、转速传感器、带力和位移传感器的高频垂向加载液压缸、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，可以同时进行路谱模拟、静载荷模拟、动载荷模拟，车轮可以相对于滚筒转向，模拟车辆的转弯行驶，可测量车轮转向角和车轮所受的6维力，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。

图中：1-带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸，2-角度传感器，3-加载支架，4-内部带轴承的连接装置，5-车轮固定支架，6-测控系统，7-滚筒，8-码盘，9-转速传感器，10-右滚筒支架，10A-左滚筒支架，11-升降盘，12-带力和位移传感器的高频垂向加载液压缸，13-导向槽，14-六自由度Stewart平台，15-导向柱，16-左后对中滚子支架，16A-右后对中滚子支架，17-左前对中滚子支架，17A-右前对中滚子支架，18-对中滚子升降器，19-后对中滚子，20-前对中滚子，21-滚筒轴，22-外转子电机，23-六分力传感器，24-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所示的一种具有路谱模拟功能的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、角度传感器2、加载支架3、内部带轴承的连接装置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、右滚筒支架10、左滚筒支架10A、升降盘11、带力和位移传感器的高频垂向加载液压缸12、导向槽13、六自由度Stewart平台14、导向柱15、左后对中滚子支架16、右后对中滚子支架16A、左前对中滚子支架17、右前对中滚子支架17A、对中滚子升降器18、后对中滚子19、前对中滚子20、滚筒轴21、外转子电机22、六分力传感器23、滑块24，加载支架3固定安装在地基上，滑块24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24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24上的圆柱形滑套内并可在圆柱形滑套内做旋转和轴向移动，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24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5与内部带轴承的连接装置4连接，后对中滚子19由左后对中滚子支架16和右后对中滚子支架16A铰接支承，前对中滚子20由左前对中滚子支架17和右前对中滚子支架17A铰接支承，左后对中滚子支架16和左前对中滚子支架17均与左滚筒支架10A铰接，右后对中滚子支架16A和右前对中滚子支架17A均与右滚筒支架10铰接，左后对中滚子支架16、左前对中滚子支架17、右后对中滚子支架16A和右前对中滚子支架17A可在对中滚子升降器18的作用下同步运动，对中滚子升降器18两端分别与左滚筒支架10A和左前对中滚子支架17铰接，滚筒轴21固定安装在右滚筒支架10和左滚筒支架10A上，码盘8固定安装在外转子电机22的转子上，转速传感器9固定安装在滚筒轴21上，外转子电机22的定子与滚筒轴21固定连接，外转子电机22的转子通过六分力传感器23与滚筒7固连，右滚筒支架10和左滚筒支架10A固定安装在升降盘11上，升降盘11安装在导向槽13内并可在带力和位移传感器的高频垂向加载液压缸12作用下沿导向槽13和导向柱15上下平动，带力和位移传感器的高频垂向加载液压缸12的缸筒、导向柱15固定安装在导向槽13上，带力和位移传感器的高频垂向加载液压缸12的活塞杆通过球铰安装在升降盘11上，导向槽13固定安装在六自由度Stewart平台14上，六自由度Stewart平台14固定安装在地基上，带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸1、角度传感器2、转速传感器9、带力和位移传感器的高频垂向加载液压缸12、六自由度Stewart平台14、对中滚子升降器18、外转子电机22、六分力传感器23均与测控系统6电连接。

试验时，将被试车辆的车轮置于滚筒7上并与内部带轴承的连接装置4连接，测控系统6通过对中滚子升降器18及后对中滚子19、前对中滚子20实现车轮在滚筒7上对中；根据六分力传感器23、转速传感器9控制外转子电机22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；控制带力和位移传感器的高频垂向加载液压缸12和六自由度Stewart平台14模拟道路路面几何形状和力学特性的变化，产生车轮受到的路谱激励，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、路谱激励、任何一维或多维路面激励力可同时施加；根据角度传感器2和六自由度Stewart平台14计算车轮侧偏角信息，控制六自由度Stewart平台14产生期望的车轮侧偏角，模拟车轮受到的横向力；测控系统6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23测量车轮所受的6维力；通过角度传感器2和六自由度Stewart平台14测量车轮转向角；通过转速传感器9测量滚筒7的旋转速度；通过六自由度Stewart平台14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。从而实现多自由度车辆动力学的全面研究。

Claims

1.一种具有路谱模拟功能的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]、角度传感器[2]、加载支架[3]、内部带轴承的连接装置[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]、右滚筒支架[10]、左滚筒支架[10A]、升降盘[11]、带力和位移传感器的高频垂向加载液压缸[12]、导向槽[13]、六自由度Stewart平台[14]、导向柱[15]、左后对中滚子支架[16]、右后对中滚子支架[16A]、左前对中滚子支架[17]、右前对中滚子支架[17A]、对中滚子升降器[18]、后对中滚子[19]、前对中滚子[20]、滚筒轴[21]、外转子电机[22]、六分力传感器[23]、滑块[24]，加载支架[3]固定安装在地基上，滑块[24]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[24]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[24]上的圆柱形滑套内并可在圆柱形滑套内做旋转和轴向移动，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[24]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[5]与内部带轴承的连接装置[4]连接，后对中滚子[19]由左后对中滚子支架[16]和右后对中滚子支架[16A]铰接支承，前对中滚子[20]由左前对中滚子支架[17]和右前对中滚子支架[17A]铰接支承，左后对中滚子支架[16]和左前对中滚子支架[17]均与左滚筒支架[10A]铰接，右后对中滚子支架[16A]和右前对中滚子支架[17A]均与右滚筒支架[10]铰接，左后对中滚子支架[16]、左前对中滚子支架[17]、右后对中滚子支架[16A]和右前对中滚子支架[17A]可在对中滚子升降器[18]的作用下同步运动，对中滚子升降器[18]两端分别与左滚筒支架[10A]和左前对中滚子支架[17]铰接，滚筒轴[21]固定安装在右滚筒支架[10]和左滚筒支架[10A]上，码盘[8]固定安装在外转子电机[22]的转子上，转速传感器[9]固定安装在滚筒轴[21]上，外转子电机[22]的定子与滚筒轴[21]固定连接，外转子电机[22]的转子通过六分力传感器[23]与滚筒[7]固连，其特征在于，右滚筒支架[10]和左滚筒支架[10A]固定安装在升降盘[11]上，升降盘[11]安装在导向槽[13]内并可在带力和位移传感器的高频垂向加载液压缸[12]作用下沿导向槽[13]和导向柱[15]上下平动，带力和位移传感器的高频垂向加载液压缸[12]的缸筒、导向柱[15]固定安装在导向槽[13]上，带力和位移传感器的高频垂向加载液压缸[12]的活塞杆通过球铰安装在升降盘[11]上，导向槽[13]固定安装在六自由度Stewart平台[14]上，六自由度Stewart平台[14]固定安装在地基上，带轴向力传感器的双出杆垂向加载液压缸[1]、角度传感器[2]、转速传感器[9]、带力和位移传感器的高频垂向加载液压缸[12]、六自由度Stewart平台[14]、对中滚子升降器[18]、外转子电机[22]、六分力传感器[23]均与测控系统[6]电连接。

2.如权利要求1所述的一种具有路谱模拟功能的多自由度车辆动力学试验平台，其特征在于，测控系统[6]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；测控系统[6]控制带力和位移传感器的高频垂向加载液压缸[12]产生车轮受到的路谱激励；上述垂向载荷、路谱激励可同时施加。

3.如权利要求1所述的一种具有路谱模拟功能的多自由度车辆动力学试验平台，其特征在于，测控系统[6]根据六分力传感器[23]、转速传感器[9]控制外转子电机[22]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；控制带力和位移传感器的高频垂向加载液压缸[12]和六自由度Stewart平台[14]，产生车轮受到的路谱激励，实现道路路面对车轮纵向、横向、垂向、侧倾、横摆和滚动6个自由度中任何一维或多维路面激励力的动力学模拟；上述纵向力、垂向载荷、路谱激励、任何一维或多维路面激励力可同时施加。