CN102788701B - 开放式伺服振动测功系统及实现车辆动力或道路试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开放式伺服振动测功系统，其包括：测功子系统，其用于测试被测对象的动力状况并且包括第一连接部件；伺服振动子系统，其用于实现机械振动并且包括第二连接部件，在需要为所述被测对象提供仿真振动环境时所述第二连接部件被固连接于所述第一连接部件；以及控制子系统，其用于控制所述测功子系统和所述伺服振动子系统的运行。本发明还涉及到应用上述开放式伺服振动测功系统实现车辆动力试验或车辆道路试验的方法。采用本发明所提供的系统及方法能够实现同步考察多种试验、减小设备投入、减小人力资源、减小试验周期、减小试验费用和试验可拓展等现实目的，从而有效地解决现有技术中存在的诸多问题。

Description

开放式伺服振动测功系统及实现车辆动力或道路试验方法

【技术领域】

本发明属于车辆试验技术领域，尤其涉及一种开放式伺服振动测功系统以及应用其来实现车辆动力试验或车辆道路试验的方法。

【背景技术】

车辆上动力总成系统或传动系统的动力试验、整车道路试验以及常温道路可靠性试验等方面的试验都是车辆研发设计过程中不可或缺的重要环节，然而现有技术中的这些试验都存在着一些不足或技术瓶颈。

例如，车辆动力试验方式传统单一，而且需要使用多种设备来完成相应的试验，这使得在车辆开发阶段通常要进行大量的试验工作，并且不可避免地要投入众多测试设备；设备投入大但利用率低，例如测功系统和四立柱伺服振动测试这样的“尖端”装置投入不菲，但是出于对设备的维护和使用价值考虑，又往往造成设备利用率非常低；试验周期长，例如动力总成和变速器的试验需要一次次地进行单一试验，这意味着将耗费较长的试验周期和较多的人力资源。

再如，目前的常温下道路可靠性试验也存在着周期长、费用大等问题。一般的道路可靠性试验是根据拟定的车辆实际使用周期来制定的，这意味着按照企业标准就需要实际跑车里程10万公里以上，其中很大一部分(70％以上)是在常温状态下进行跑车，因此需要很长的时间周期方可完成道路可靠性试验。既然道路可靠性试验实际跑车时间长，必然导致场地投入(或租用)、人工、工作费用等试验成本居高不下，成为新车型开发中不小的开支。特别重要的是，道路可靠性试验可能会成为制约新车型上市周期的严重羁绊因素，从而将会直接影响到汽车制造商及经销商的经济效益，不能及时满足消费者的需求。

在公开号为CN101498615A的中国专利文献中公开了一种电动式道路模拟振动台，尽管它通过采用电机驱动器、伺服电机、联轴器、执行机构、数据采集装置以及计算机等装置能够模拟进行道路振动测试，然而该发明仍然无法解决上述的问题。

【发明内容】

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种开放式伺服振动测功系统以及应用其来实现车辆动力试验或车辆道路试验的方法，以针对整车、车辆上的动力总成系统(如发动机或电动机等)和传动系统(如齿轮箱、减速器或变速器等)，以模拟方式来替代实际路面工况进行试验来达到同步考察多种试验(如动力性测试、经济性测试、道路可靠性试验等)、减小设备投入、降低人力资源耗费、缩短试验周期、减少试验费用以及提升试验可拓展性等目的，从而有效地解决了现有技术中存在的上述诸多问题。

为实现上述的发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种开放式伺服振动测功系统，其包括：

测功子系统，其用于测试被测对象的动力状况并且包括第一连接部件；

伺服振动子系统，其用于实现机械振动并且包括第二连接部件，在需要为所述被测对象提供仿真振动环境时所述第二连接部件被固连接于所述第一连接部件；以及

控制子系统，其用于控制所述测功子系统和所述伺服振动子系统的运行。

在上述的开放式伺服振动测功系统中，优选地，所述被测对象包括整车、车辆动力总成系统和车辆传动系统。

在上述的开放式伺服振动测功系统中，优选地，所述系统还包括位置调整装置，其受控于所述控制子系统用于调整所述测功子系统和伺服振动子系统的水平和/或垂直位置。

在上述的开放式伺服振动测功系统中，优选地，所述系统还包括机架，所述测功子系统、伺服振动子系统和位置调整装置均装设于所述机架上。

在上述的开放式伺服振动测功系统中，优选地，所述机架上设有用于将所述被测对象定位于该机架上的定位部件。

在上述的开放式伺服振动测功系统中，优选地，所述测功子系统包括两个彼此对置的测功组件，其中每个测功组件均受控于所述控制子系统并包括：

电力测功机；

惯量匹配装置，其与所述电力测功机的输出轴相连接用于在测试时对所述被测对象进行惯量匹配；

支承装置，其一端通过双万向节连接于所述惯量匹配装置，另一端连接于所述被测对象；以及

至少一个扭矩传感器，其装设于所述电力测功机的输出轴和/或所述惯量匹配装置上用于将检测到的扭矩信号传送至所述控制子系统。

在上述的开放式伺服振动测功系统中，优选地，所述测功组件还包括装设在所述支承装置和被测对象之间的适配装置，在所述适配装置靠近所述被测对象的一端上设有至少一个导向孔且所述导向孔内设有引导锥面，以便通过插装入所述导向孔内且具有与所述引导锥面相适配的锥形部分的连接件将所述支承装置与被测对象对心接合在一起。

在上述的开放式伺服振动测功系统中，优选地，所述惯量匹配装置是法兰盘，所述支承装置是调心轴承。

在上述的开放式伺服振动测功系统中，优选地，所述第一连接部件设置于所述调心轴承的轴承座上。

在上述的开放式伺服振动测功系统中，优选地，所述伺服振动子系统包括两个与车辆左右前车轮位置相对应的第一伺服振动组件、以及两个彼此对置且与车辆左右后车轮位置相对应的第二伺服振动组件，所述第一伺服振动组件受控于所述控制子系统并包括：

第一立柱，其上设有滑道；

第一振动台，其装设于所述第一立柱上并能沿所述第一立柱上的滑道进行滑动运动，并且所述第二连接部件设置于所述第一振动台上；以及

第一动力部件，其装设于所述第一立柱上并受控于所述控制子系统用于为所述第一振动台提供运动动力；

所述第二测功组件受控于所述控制子系统并包括：

第二立柱，其上设有滑道；

第二振动台，其装设于所述第二立柱上并能沿所述第二立柱上的滑道进行滑动运动；以及

第二动力部件，其装设于所述第二立柱上并受控于所述控制子系统用于为所述第二振动台提供运动动力。

在上述的开放式伺服振动测功系统中，优选地，所述第一和第二立柱具有相同的结构；

所述第一和第二振动台具有相同的结构；并且/或者

所述第一和第二动力部件具有相同的结构。

在上述的开放式伺服振动测功系统中，优选地，所述第一动力部件和第二动力部件均包括伺服油缸、伺服阀以及连接到相应的所述第一振动台或第二振动台的推杆，所述控制子系统通过控制所述伺服阀改变液压油通道口径来调节所述伺服油缸的液压油充放速度，以便通过所述推杆带动所述第一振动台或第二振动台进行运动。

一种应用如以上任一项所述的开放式伺服振动测功系统实现车辆动力试验的方法，将车辆上的动力总成系统或传动系统作为被测对象连接于测功子系统，并且使所述测功子系统中的第一连接部件与伺服振动子系统中的第二连接部件相脱离，然后通过操作控制子系统来控制所述测功子系统进行车辆动力试验。

一种应用如以上任一项所述的开放式伺服振动测功系统实现车辆道路试验的方法，将整车作为被测对象连接于测功子系统，并且使所述测功子系统中的第一连接部件与伺服振动子系统中的第二连接部件固定连接，然后通过操作控制子系统来控制所述测功子系统和伺服振动子系统进行车辆道路试验。

本发明的有益效果在于：本发明的开放式伺服振动测功系统设计合理、结构紧凑并且通用性强，它能够提供良好的试验条件并以高仿真的模拟方式非常便捷地针对整车、车辆上的动力总成系统与传动系统的工作性能进行多种类型的试验测试工作。此外，通过本发明的应用该开放式伺服振动测功系统来实现车辆动力试验或车辆道路试验的方法，能够显著减少在试验设备、测试时间、人力等方面的投入，从而可以降低试验费用或者在同等投入条件下能获得更多、更佳的试验成果，显然这对于汽车制造商、汽车研发部门等都具有重大意义，并且有利于汽车终端消费者能更快速地获得质量更佳、安全性能更好的汽车产品。因此，本发明具有良好的实用价值。

【附图说明】

以下将结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。其中：

图1为本发明的开放式伺服振动测功系统的一个实施例的组成示意图，在图中示意性地显示出了其中的一部分结构；

图2为采用图1中的实施例进行车辆道路试验时，将车辆右前轮与该实施例中的第一伺服振动组件进行连接的结构示意图；

图3为采用图1中的实施例进行车辆道路试验时，将车辆左后轮与该实施例中的第二伺服振动组件进行连接的结构示意图；以及

图4为本发明的开放式伺服振动测功系统中的适配装置与连接件的接合示意图。

附图标记说明：

1    电力测功机    2    法兰盘

3    扭矩传感器    4    测功机活动台

5    法兰盘        6    双万向节

7    立柱活动台    8    滑道

9    振动台        10   轮胎

11   位部件        12   立柱

13   二连接部件    14   举升机

15   动力部件      16   滑块

17   移动梁        18   机架

19   连接件        19a  锥形部分

20   适配装置      20a  导向孔

20b  引导锥面      21   定垫片螺母组

22   支承装置      23   轴承座

24   花键轴        25   板簧

26   丝杆          27   轮毂连接法兰

28   转动套        29   固定销

30   第一连接部件  31   第三连接部件

【具体实施方式】

请参考图1，在该图中示出了本发明的开放式伺服振动测功系统的一个实施例的主要组成结构，并且由于具有对称构造而仅在图1中示意性地图示出了整个系统中的一部分，下面将对这些主要组成部分进行详细说明。

概括而言，在本发明的开放式伺服振动测功系统中，它包括测功子系统、伺服振动子系统和控制子系统，其中的测功子系统是用来测试被测对象(例如，整车、车辆动力总成系统、车辆传动系统或者其他可能测试装置等)的动力状况，而伺服振动子系统是用来实现机械振动的，控制子系统则是用来控制上述的测功子系统和伺服振动子系统的运行。由于可以通过现有技术中任何适宜的部件、模块或装置等来实现控制子系统的功能，其具体实现是能够被本领域技术人员了解或熟知的，并且由于其在本发明中并不是作为重点，因而在本文中不会进行过多介绍。此外，涉及测功子系统中对试验数据的采集和处理部分的内容，也基于相同理由而不多描述。

请再结合图2和图3，在上述的测功子系统、伺服振动子系统中还分别设置有第一连接部件30和第二连接部件13。提供上述连接部件的目的在于，当需要为被测对象提供仿真振动环境时，通过将第二连接部件13固定连接到第一连接部件30上即可加以实现；否则，可以使得第二连接部件13、第一连接部件30保持彼此脱离状态。关于以上的第一连接部件30、第二连接部件13在本开放式伺服振动测功系统中的具体设置位置，将在下文中逐一进行说明。

以下将进一步地分别介绍测功子系统和伺服振动子系统的基本组成情况，以便能够更为清楚地理解本发明的结构特点及其优点。

在图1示出的实施例中，测功子系统包括两个彼此对置的测功组件(如前所述，由于对称并且为了简化图面而省略了其中一侧的测功组件)，这两个测功组件都是接受控制子系统的控制，并且每一个测功组件都包括下列组成部分：电力测功机1、惯量匹配装置、支承装置22、扭矩传感器3和适配装置20。

在上述测功组件中的电力测功机1可以采用现有技术中的变频电机，而惯量匹配装置则是采用与电力测功机1的输出轴相连接的法兰盘2和法兰盘5来实现的以便在测试时对被测对象进行惯量匹配。对于车辆而言，这样的惯量匹配应该包括车辆质量和旋转运动件质量，同时还需要加上道路行驶阻力。支承装置22的一端是通过双万向节6连接到惯量匹配装置上，而它的另一端则被连接到适配装置20上。如图2所示，支承装置22与双万向节6之间的连接可以采用花键轴24来实现，而通过固定垫片螺母组21可以实现支承装置22与适配装置20之间的连接。支承装置22具体可采用调心轴承，并且如图2所示的可将前述的第一连接部件30直接设置在调心轴承的轴承座23上。在本实施例中，特别设置适配装置20的目的在于能实现快速装配，以下将结合图2和图4来对适配装置20以及相应的连接件19进行说明。

如图2所示，适配装置20是上述测功组件的组成部件之一，它是被装设在支承装置22和被测对象之间。请参阅4，在该图中示意性地图示出了适配装置20的部分结构。在图4中，在适配装置20靠近被测对象的一端上设有导向孔20a，并且在导向孔20a内还特别设置了引导锥面20b，以便通过插装入连接件19而将支承装置22与被测对象上的相应处(在图2的示例中显示为在轮胎10中心部位的导向孔)进行对心接合，从而将它们接合在一起。同时，在图4中还可以发现，在连接件19上设置有与引导锥面20b相适配的锥形部分19a以便能够完成以上的对心接合操作。显然，由于适配装置20和连接件19的上述配合结构设计，能够实现针对被测对象的快速、准确的装配，而且这种装配的另一个重要优点在于它可以允许较大范围的对心误差并能长期使用。

扭矩传感器3也是测功组件中的一个重要组成部件，可以将它装设在电力测功机1的输出轴或惯量匹配装置上以便用来检测扭矩信号并将其传送给控制子系统。当然，根据实际试验需要还可以设置多个扭矩传感器3，并且将它们同时装设在电力测功机1的输出轴和惯量匹配装置上。

在图1示出的实施例中，开放式伺服振动测功系统还包括位置调整装置，它是受到控制子系统的控制以便用来根据试验需要而灵活地调整测功子系统和伺服振动子系统的水平和/或垂直位置。具体而言，这样的位置调整装置可以通过设置诸如分别在图1-3进行图示的举升机14、滑道8、滑块16、移动梁17、测功机活动台4、立柱活动台7、板簧25、丝杆26等众多部件来实现。

在本实施例中，测功子系统、伺服振动子系统和位置调整装置等都是被装设在机架18上，而如图1所示，该机架18在整体上呈T型。当然，在其他一些未示出的实施例中还可以将上述的机架改为设置成例如矩形、方形等其他任何适用形状。为了方便被测对象在开放式伺服振动测功系统中的定位，还可以在机架18上设置定位部件11，例如可以采用定位槽等形式。

请参阅图1、2和3来进一步理解本发明中的伺服振动子系统的基本构成情况。

在本实施例中，伺服振动子系统包括两个第一伺服振动组件和两个第二伺服振动组件，前者是被设置成与车辆左、右前车轮位置相对应，而后者则被设置成彼此对置并且与车辆左、右后车轮位置相对应。

第一伺服振动组件是接受控制子系统控制的，并且它具体包括第一立柱、第一振动台和第一动力部件。其中，在第一立柱上设置有滑道，第一振动台是被装设在该第一立柱上并且可以沿着上述滑道进行滑动运动，而第一动力部件是被装设在第一立柱上并且也受控于控制子系统以便第一振动台提供运动动力。另外，请参考图2，前述的第二连接部件13在本实施例中是被设置在第一振动台上，从而可以非常方便地将其与设在调心轴承的轴承座23上的第一连接部件30进行固定连接、或者解除二者之间的连接关系。

第二测功组件同样是接受控制子系统控制，并且它与上述第一伺服振动组件的基本构成相类似而包括：第二立柱、第二振动台和第二动力部件。同样类似地，在第二立柱上设置滑道，将第二振动台装设在该第二立柱上并使其沿着第二立柱上的滑道能够进行滑动运动，并且将第二动力部件装设在第二立柱12上且使其受控于控制子系统，以便根据试验需要来为第二振动台提供运动动力。

毫无疑问地是，在本发明中完全可以将上述的第一立柱和第二立柱设置成具有相同或不同的结构，这样的情形当然也同样适用于第一第二振动台和第二振动台、第一动力部件和第二动力。例如，在本实施例中，针对第一和第二伺服振动组件，基本上采用了相同的结构设计，并且在图1、2和3中都是以立柱12、振动台9、滑道8、动力部件15等来进行统一标示。又如，在本实施例中的第一和第二伺服振动组件之间也可以存在着某些局部差异。如前所述并参阅图2，在第一振动台上专门设置了第二连接部件13，而参阅图3就可以发现在第二振动台上虽然也设置了第三连接部件31，但是其结构与第二连接部件13确实稍有不同，在图3中是通过第三连接部件31、轮毂连接法兰27、转动套28、固定销29等部件来实现与轮胎10的固定连接的。

当然，需要特别指出的是，事实上还可以对根据以上情形所形成的、具有相同或不同结构的各种部件再进行组配，从而进一步提供灵活多变的组合设计，以便能够更有效、更全面地满足各种试验的实际需要。

以下将再结合图2和图3来说明应用本发明的开放式伺服振动测功系统来实现车辆道路试验的方法。

在图2、3中分别示出了采用前述实施例进行车辆道路试验时将车辆的右前轮与第一伺服振动组件进行连接、车辆左后轮与第二伺服振动组件进行连接的结构示意图。具体的连接过程，由于通过参见前述关于结构方面的详细描述即能被清楚地理解和实现，所以在此将不再赘述。当将车辆作为被测对象与测功子系统进行连接，并且同时将第一连接部件30与第二连接部件13固定连接后，就可以通过操作前述的控制子系统来对测功子系统、伺服振动子系统进行控制，从而开始进行车辆道路试验。

此外，本发明的开放式伺服振动测功系统还能够被应用于实现车辆动力试验，以测试诸如发动机或电动机等车辆动力总成系统，或者如齿轮箱、减速器或变速器等车辆传动系统的性能。在测试前，需要使第一连接部件30与第二连接部件13脱离，并将被测对象连接到测功子系统，然后通过操作控制子系统来控制测功子系统进行相应的车辆动力试验。

毋庸置疑，以上所举示例仅是用来说明本发明的开放式伺服振动测功系统在各种可能的试验中的两个例子，由于本发明的前述构造特点而完全可以将其直接或稍加改造而应用在其他地试验中。

最后需要强调的是，根据具体应用场合以及试验需求，还可以针对本发明进行更多的灵活变形处理，以下仅就其中一些情形进行示例性的说明，这些示例都不能被用作对本发明的任何限制。

在另一个实施例中，将第一动力部件和第二动力部件均设置成包括基本相同的组成部件，即它们都包括伺服油缸、伺服阀以及连接到振动台的推杆，通过操作控制子系统来控制伺服阀以根据试验所需来改变液压油的通道口径，从而调节伺服油缸的液压油充放速度来通过推杆带动振动台上下高速运动。

在又一个实施例中，尽管在本发明中将动力部件15进行上装以减小土建费用并且方便了维护、满足了试验拓展性要求，但是仍然可以在某些情形下将其装设到工作地面以下的坑道内。

在再一个实施例中，为了简化结构或节省制造成本等各种可能原因，还可以不必设置适配装置20以及相应的连接件19而直接采用现有的已知方式将支承装置22的另一端直接连接到被测对象上。

以上以列举若干具体实施例的方式来详细阐明开放式伺服振动测功系统以及应用其来实现车辆动力试验或车辆道路试验的方法，所述个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。

Claims (13)

1.一种开放式伺服振动测功系统，所述开放式伺服振动测功系统包括：

测功子系统，其用于测试被测对象的动力状况并且包括第一连接部件；

伺服振动子系统，其用于实现机械振动并且包括第二连接部件，在需要为所述被测对象提供仿真振动环境时所述第二连接部件被固连接于所述第一连接部件；以及

控制子系统，其用于控制所述测功子系统和所述伺服振动子系统的运行，

其特征在于，所述测功子系统包括两个彼此对置的测功组件，其中每个测功组件均受控于所述控制子系统并包括：

电力测功机；

惯量匹配装置，其与所述电力测功机的输出轴相连接用于在测试时对所述被测对象进行惯量匹配；

支承装置，其一端通过双万向节连接于所述惯量匹配装置，另一端连接于所述被测对象；以及

至少一个扭矩传感器，其装设于所述电力测功机的输出轴和/或所述惯量匹配装置上用于将检测到的扭矩信号传送至所述控制子系统。

2.根据权利要求1所述的开放式伺服振动测功系统，其特征在于，所述被测对象包括整车、车辆动力总成系统和车辆传动系统。

3.根据权利要求1或2所述的开放式伺服振动测功系统，其特征在于，所述开放式伺服振动测功系统还包括位置调整装置，其受控于所述控制子系统用于调整所述测功子系统和伺服振动子系统的水平和/或垂直位置。

4.根据权利要求3所述的开放式伺服振动测功系统，其特征在于，所述开放式伺服振动测功系统还包括机架，所述测功子系统、伺服振动子系统和位置调整装置均装设于所述机架上。

5.根据权利要求4所述的开放式伺服振动测功系统，其特征在于，所述机架上设有用于将所述被测对象定位于该机架上的定位部件。

6.根据权利要求1所述的开放式伺服振动测功系统，其特征在于，所述测功组件还包括装设在所述支承装置和被测对象之间的适配装置，在所述适配装置靠近所述被测对象的一端上设有至少一个导向孔且所述导向孔内设有引导锥面，以便通过插装入所述导向孔内且具有与所述引导锥面相适配的锥形部分的连接件将所述支承装置与被测对象对心接合在一起。

7.根据权利要求1或6所述的开放式伺服振动测功系统，其特征在于，所述惯量匹配装置是法兰盘，所述支承装置是调心轴承。

8.根据权利要求7所述的开放式伺服振动测功系统，其特征在于，所述第一连接部件设置于所述调心轴承的轴承座上。

9.根据权利要求1所述的开放式伺服振动测功系统，其特征在于，所述伺服振动子系统包括两个与车辆左右前车轮位置相对应的第一伺服振动组件、以及两个彼此对置且与车辆左右后车轮位置相对应的第二伺服振动组件，所述第一伺服振动组件受控于所述控制子系统并包括：

第一立柱，其上设有滑道；

第一振动台，其装设于所述第一立柱上并能沿所述第一立柱上的滑道进行滑动运动，并且所述第二连接部件设置于所述第一振动台上；以及

第一动力部件，其装设于所述第一立柱上并受控于所述控制子系统用于为所述第一振动台提供运动动力；

所述第二伺服振动组件受控于所述控制子系统并包括：

第二立柱，其上设有滑道；

第二振动台，其装设于所述第二立柱上并能沿所述第二立柱上的滑道进行滑动运动；以及

第二动力部件，其装设于所述第二立柱上并受控于所述控制子系统用于为所述第二振动台提供运动动力。

10.根据权利要求9所述的开放式伺服振动测功系统，其特征在于，所述第一立柱和第二立柱具有相同的结构；

所述第一振动台和第二振动台具有相同的结构；并且/或者

所述第一动力部件和第二动力部件具有相同的结构。

11.根据权利要求10所述的开放式伺服振动测功系统，其特征在于，所述第一动力部件和第二动力部件均包括伺服油缸、伺服阀以及连接到相应的所述第一振动台或第二振动台的推杆，所述控制子系统通过控制所述伺服阀改变液压油通道口径来调节所述伺服油缸的液压油充放速度，以便通过所述推杆带动所述第一振动台或第二振动台进行运动。

12.一种应用如权利要求1-11中任一项所述的开放式伺服振动测功系统实现车辆动力试验的方法，其特征在于，将车辆上的动力总成系统或传动系统作为被测对象连接于测功子系统，并且使所述测功子系统中的第一连接部件与伺服振动子系统中的第二连接部件相脱离，然后通过操作控制子系统来控制所述测功子系统进行车辆动力试验。

13.一种应用如权利要求1-11中任一项所述的开放式伺服振动测功系统实现车辆道路试验的方法，其特征在于，将整车作为被测对象连接于测功子系统，并且使所述测功子系统中的第一连接部件与伺服振动子系统中的第二连接部件固定连接，然后通过操作控制子系统来控制所述测功子系统和伺服振动子系统进行车辆道路试验。