CN103149037A - 多自由度悬架k＆c特性试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多自由度悬架K＆C特性试验台，主要包括支撑系统，加载系统，测量系统，运动平台系统和控制系统，所述的支撑系统支撑待测车辆和加载系统，加载系统中的六个电动缸驱动运动平台系统，实现运动平台系统的六自由度运动；加载系统中的左右墩滑动连接在运动平台系统的上方，左右墩各自内部的圆盘电机驱动墩台转动；测量系统测量待测车辆车轮的位移和受力；控制系统采集测量系统测得的信号并驱动加载系统对待测车辆进行加载。本发明采用了独特的多自由度加载形式，可以实现测试过程完全模拟真实路面的侧倾角和纵倾角；经过少量改装即可进行整车或零部件的转动惯量测量；本发明结构简单，测量范围广，具有较好的应用前景。

Description

多自由度悬架K＆C特性试验台

技术领域

本发明属于汽车悬架性能测试技术领域，具体涉及一种用于测量汽车悬架K&C特性的多自由度悬架K&C特性试验台。

背景技术

悬架系统是车辆底盘的核心，其悬架运动学与弹性运动学特性（Kinematics＆Compliance，下文简称为K＆C特性）与底盘性能直接相关，在底盘开发阶段具有重要的作用。悬架运动学特性（Kinematics,下文简称为K特性）描述的是车轮在弹簧变形和转向时的运动，是指当汽车车轮上下移动时，车轮定位参数、悬架刚度、侧倾刚度等参数相应的变化关系。而悬架弹性运动学特性（Compliance，下文简称为C特性）则是在考虑橡胶衬套等弹性连接件对悬架性能影响的情况下，轮胎和路面之间的力和力矩引起的车轮定位参数、车身姿态、悬架刚度等参数的变化关系。K&C特性是联系悬架结构设计与整车性能匹配的桥梁，对于整车性能有至关重要的影响。

汽车悬架K&C特性试验台是专门用来测量悬架K&C特性的试验设备，采用准静态加载方式，在实验室台架上模拟车辆在路面行驶时受力和位移运动，测量出车轮定位参数的变化，从而指导车辆的设计和开发。

汽车悬架K&C特性试验台包括以下测试项目：同向轮跳试验、反向轮跳试验、侧向柔度Fy试验、纵向柔度Fx试验、回正力矩Tz试验和转向运动试验。

现有技术中的悬架K＆C特性试验台包括有测量系统、加载系统、车身夹持系统、操作台以及相应的电气和软件系统等。其中的加载系统包括有垂向加载机构、纵向加载机构、侧向加载机构和回正力矩加载机构组成，每个方向的加载机构是由机械加载主体、液压缸或电动缸、力传感器和位移传感器构成。当对不同轮距的车辆进行装夹时，需要调整两侧轮距调整滑板的距离。现有的悬架K&C试验台均采用具有三个移动自由度和一个旋转自由度的左右墩实现对车轮的加载，其结构复杂，造价较高，并且需要手动调整左右墩的距离以适应不同轮距的车辆，且可调范围较小。

发明内容

本发明的目的是提供一种多自由度悬架K＆C特性试验台，使其能够更好地反映真实的路面侧倾角和纵倾角，实现轮距与轴距的调节与加载结合，并且可调范围较大。

本发明通过以下技术方案实现：

一种多自由度悬架K＆C特性试验台，主要包括支撑系统2，加载系统3，测量系统4，运动平台系统5和控制系统6，所述的支撑系统2用于支撑待测车辆1和加载系统3，加载系统3中的六个电动缸驱动运动平台系统5，实现运动平台系统5的六自由度运动；加载系统3中的左右墩滑动连接在运动平台系统5的上方，左右墩各自内部的圆盘电机驱动墩台转动；测量系统4测量待测车辆1车轮的位移和受力；控制系统6采集测量系统4测得的信号并驱动加载系统3对待测车辆1进行加载。

具体地，所述的支撑系统2包括有底座21、两个纵向电动缸支座22、横向电动缸支座23、车身夹具部分24和辅助支撑平面25；其中，底座21水平固定在坚实地基上，三个电动缸支座固定在底座21上相应位置，分别对加载系统3中的两个纵向电动缸32和一个横向电动缸33进行支撑；车身夹具部分24用于夹持待测车辆1的车身；辅助支撑平面25用于支撑待测车辆1的非测量车轮。

所述的加载系统3包括有三个垂向电动缸31、两个纵向电动缸32、一个横向电动缸33、左墩34和右墩35；

其中，每个电动缸两端均安装有万向节或球轴承；三个垂向电动缸31垂直安装在底座21和运动平台系统5之间；两个纵向电动缸32纵向安装，其后端分别与纵向电动缸支座22的上部通过万向节或球轴承进行球铰连接，前端的推杆通过万向节或球轴承与运动平台系统5进行球铰连接；横向电动缸33横向安装，其后端与横向电动缸支座23的上部通过万向节或球轴承进行球铰连接，前端的推杆通过万向节或球轴承与运动平台系统5进行球铰连接。

所述的左墩34和右墩35对称布置，其结构基本相同，以左墩34为例，其包括有滑块341、墩座342、圆盘电机343、墩台344、滑轨345、驱动电机346和直线导轨副347；其中固定在墩座342底部的滑块341通过滑轨345与运动平台系统5横向滑动连接，圆盘电机343固定安装在墩座342上方，驱动墩台344旋转；墩座342底部的驱动电机346通过直线导轨副347驱动墩座342横向滑动，进而实现轮距调节和横向加载。

所述的测量系统4包括有测量臂41和六分力传感器42，其中，测量臂41固定在左右墩的墩座上，用于测量待测车辆1车轮的位移；六分力传感器42固定在左右墩的内部，用于测量待测车辆1车轮的受力；

可选地，测量装置4的测量臂41通过过渡支架411固定安装在支撑系统2上，测量臂41则不再随同左右墩横向移动，这样可以消除由于运动平台系统5、滑轨和滑块等中间环节的变形导致的测量误差。

所述的控制系统6包括驱动控制模块和信号采集模块，其中，驱动控制模块用于控制各电动缸、圆盘电机、左右墩的驱动电机等的运动，实现悬架测试的加载要求；信号采集模块采集测量臂41中各个编码器输出的角度信息、六分力传感器42输出的六分力信息以及各电机的反馈信号。

可选地，所述的加载系统3中的六个电动缸可以全部或部分地更换为液压缸。

可选地，在运动平台系统5底部垂直安装两支或多于两支油气弹簧36，用于分担垂向电动缸所受的载荷，这样就加大了整个试验台的测试载荷范围。

可选地，将两台或多台上述的试验台平行放置，并根据待测车辆的轴距调整各个试验台的距离，进而用于同时测量双轴车辆或多轴车辆的悬架K＆C特性。

可选地，将上述试验台的测量臂拆除，并在左右墩上分别安装车身固定卡具26，将待测车辆1固定在车身固定卡具26上，驱动加载系统3在三个方向的摆动，进而可以根据各个电动缸的长度信息解算出整车的转动惯量和质心位置等信息，即本实验台也可当作转动惯量试验台，进行整车或零部件的转动惯量测量。

本发明的工作过程如下：

（1）进行单轴悬架测试时，首先调整左右墩距离，使之适应于待测车辆1的轮距；其次，将待测车辆1吊装或开到试验台上方，使待测车轮与左右墩的墩台相接触，非测量车轮与辅助支撑平面25接触，车身夹具部分24夹持待测车辆1的车身；再次，控制系统6控制加载系统3的动作，实现对待测车轮的各向加载，测量系统4测量待测车轮的位移信号和受力信号；最后，控制系统6采集响应信号并进行处理，即可得到待测车辆1被测悬架的K＆C特性。

（2）进行双轴或多轴悬架测试时，首先调整各试验台的距离，使之适应于待测车辆1的轴距；其次，调整各试验台左右墩的距离，使之适应于待测车辆1各个待测轴的轮距；再次，车身夹具部分24夹持待测车辆1的车身；接下来的工作与单轴悬架测试时相同，最后可以得到待测车辆1各个被测悬架的K＆C特性。

本发明的有益效果在于：

（1）采用了独特的多自由度加载形式，可以实现测试过程完全模拟真实路面侧倾角和纵倾角，进而得到更准确的悬架特性；

（2）左右墩采用驱动电机和直线导轨副驱动，使得测试时的轮距与轴距调节与加载相结合，并且可调范围大；

（3）加装油气弹簧或多台试验台共用时，能够用于乘用车、商用车、多轴车与越野车等的单轴测量或多轴同时测量，测量载荷范围广；

（4）经过少量改装即可进行整车或零部件的转动惯量测量。

可见本发明测量更准确，并且结构简单，制造方便，测量范围广，具有较好的应用前景。

附图说明

图1为本发明进行单轴悬架测试时的整体示意图；

图2为本发明的主体示意图；

图3为本发明的左墩及测量系统示意图；

图4为本发明的仰视图（为清晰显示各电动缸，图中隐藏了底座和各电动缸支座）；

图5为本发明进行双轴悬架测试时的整体示意图；

图6为本发明的测量臂固定在支撑系统的底座上的实施例，此外，该图中安装了三支油气弹簧（为清晰显示各油气弹簧，图中隐藏了车身夹具部分和辅助支撑平面）；

图7为本发明作为转动惯量测试试验台时的整体示意图。

图中：

1.待测车辆；

2.支撑系统：21.底座，22.纵向电动缸支座，23.横向电动缸支座，24.车身夹具部分，25.辅助支撑平面，26.车身固定卡具；

3.加载系统：31.垂向电动缸，32.纵向电动缸，33.横向电动缸，34.左墩，35.右墩，36.油气弹簧，341.滑块，342.墩座，343.圆盘电机，344.墩台，345.滑轨，346.驱动电机，347.直线导轨副；

4.测量系统：41.测量臂，42.六分力传感器，411.过渡支架；

5.运动平台系统；

6.控制系统。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例进一步说明本发明的具体内容和工作过程。

本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案：

如图1所示，为本发明的一种多自由度悬架K＆C特性试验台进行单轴悬架测试时的整体示意图，可见其主要包括支撑系统2，加载系统3，测量系统4，运动平台系统5和控制系统6，所述的支撑系统2用于支撑待测车辆1和加载系统3，加载系统3中的六个电动缸驱动运动平台系统5，实现运动平台系统5的六自由度运动；加载系统3中的左右墩滑动连接在运动平台系统5的上方，左右墩各自内部的圆盘电机驱动墩台转动；测量系统4测量待测车辆1车轮的位移和受力；控制系统6采集测量系统4测得的信号并驱动加载系统3对待测车辆1进行加载。

结合图1和图2，可见所述的支撑系统2包括有底座21、两个纵向电动缸支座22、横向电动缸支座23、车身夹具部分24和辅助支撑平面25；其中，底座21水平固定在坚实地基上，三个电动缸支座固定在底座21上相应位置，分别对加载系统3中的两个纵向电动缸32和一个横向电动缸33进行支撑；车身夹具部分24用于夹持待测车辆1的车身；辅助支撑平面25用于支撑待测车辆1的非测量车轮。

结合图2和图4，可见所述的加载系统3包括有三个垂向电动缸31、两个纵向电动缸32、一个横向电动缸33、左墩34和右墩35；

其中，每个电动缸两端均安装有万向节或球轴承；三个垂向电动缸31垂直安装在底座21和运动平台系统5之间；两个纵向电动缸32纵向安装，其后端分别与纵向电动缸支座22的上部通过万向节或球轴承进行球铰连接，前端的推杆通过万向节或球轴承与运动平台系统5进行球铰连接；横向电动缸33横向安装，其后端与横向电动缸支座23上部分通过万向节或球轴承进行球铰连接，前端的推杆通过万向节或球轴承与运动平台系统5进行球铰连接。

所述的左墩34和右墩35对称布置，其结构基本相同，以左墩34为例，如图3所示，其包括有滑块341、墩座342、圆盘电机343、墩台344、滑轨345、驱动电机346和直线导轨副347；其中固定在墩座342底部的滑块341通过滑轨345与运动平台系统5横向滑动连接，圆盘电机343固定安装在墩座342上方，驱动墩台344旋转；墩座342底部的驱动电机346通过直线导轨副347驱动墩座342横向滑动，进而实现轮距调节和横向加载。

如图4所示，所述的测量系统4包括有测量臂41和六分力传感器42，其中，测量臂41固定在左右墩的墩座上，用于测量待测车辆1车轮的位移；六分力传感器42固定在左右墩的内部，用于测量待测车辆1车轮的受力；

可选地，如图6所示测量装置4的测量臂41通过过渡支架411固定安装在支撑系统2上，测量臂41则不再随同左右墩横向移动，这样可以消除由于运动平台系统5、滑轨和滑块等中间环节的变形导致的测量误差。

所述的控制系统6包括有驱动控制模块和信号采集模块，其中，驱动控制模块用于控制各电动缸、圆盘电机、左右墩的驱动电机等的动作，实现悬架测试的加载要求；信号采集模块采集测量臂41中各个编码器输出的角度信息、六分力传感器42输出的六分力信息以及各电机的反馈信号。

可选地，所述的加载系统3中的六个电动缸可以全部或部分地更换为液压缸。

可选地，如图6所示，在运动平台系统5底部垂直安装两支或多于两支油气弹簧36，用于分担垂向电动缸所受的载荷，这样就加大了整个试验台的测试载荷范围。

可选地，将两台或多台上述的试验台平行放置，并根据待测车辆的轴距调整各个试验台的距离，进而用于同时测量双轴车辆或多轴车辆的悬架K＆C特性。

可选地，如图7所示，将上述试验台的测量臂拆除，并在左右墩上分别安装车身固定卡具26，将待测车辆1固定在车身固定卡具26上，驱动加载系统3在三个方向的摆动，进而可以根据各个电动缸的长度信息解算出整车的转动惯量和质心位置等信息，即本实验台也可当作转动惯量试验台，进行整车或零部件的转动惯量测量。

本发明的工作过程如下：

（1）如图1所示，进行单轴悬架测试时，首先调整左右墩距离，使之适应于待测车辆1的轮距；其次，将待测车辆1吊装或开到试验台上方，使待测车轮与左右墩的墩台相接触，非测量车轮与辅助支撑平面25接触，车身夹具部分24夹持待测车辆1的车身；再次，控制系统6控制加载系统3的动作，实现对待测车轮的各向加载，测量系统4测量待测车轮的位移信号和受力信号；最后，控制系统6采集响应信号并进行处理，即可得到待测车辆1被测悬架的K＆C特性。

（2）如图5所示，进行双轴或多轴悬架测试时，首先调整各试验台的距离，使之适应于待测车辆1的轴距；其次，调整各试验台左右墩的距离，使之适应于待测车辆1各个待测轴的轮距；再次，车身夹具部分24夹持待测车辆1的车身；接下来的工作与单轴悬架测试时相同，最后可以得到待测车辆1各个被测悬架的K＆C特性。

上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明保护范围之外。

Claims (10)

1.一种多自由度悬架K＆C特性试验台，包括支撑系统（2）、加载系统（3）、测量系统（4）、运动平台系统（5）和控制系统（6），所述的支撑系统（2）用于支撑待测车辆（1）和加载系统（3），其特征在于：

所述的加载系统（3）中的运动平台系统（5）由六个电动缸驱动实现六自由度运动；加载系统（3）中的左右墩滑动连接在运动平台系统（5）的上方，左右墩各自内部的圆盘电机驱动墩台转动；测量系统（4）测量待测车辆（1）车轮的位移和受力；控制系统（6）采集测量系统（4）测得的信号并驱动加载系统（3）对待测车辆（1）进行加载。

2.根据权利要求1所述的一种多自由度悬架K＆C特性试验台，其特征在于：

所述的支撑系统（2）包括底座（21）、两个纵向电动缸支座（22）、横向电动缸支座（23）、车身夹具部分（24）和辅助支撑平面（25）；其中，底座（21）水平固定在坚实地基上，三个电动缸支座固定在底座（21）上，分别对加载系统（3）中的两个纵向电动缸（32）和一个横向电动缸（33）进行支撑；车身夹具部分（24）夹持待测车辆（1）的车身；辅助支撑平面（25）支撑待测车辆（1）的非测量车轮。

3.根据权利要求1所述的一种多自由度悬架K＆C特性试验台，其特征在于：

所述的加载系统（3）包括三个垂向电动缸（31）、两个纵向电动缸（32）、一个横向电动缸（33）、左墩（34）和右墩（35）；其中，每个电动缸两端均安装有万向节或球轴承；三个垂向电动缸（31）垂直安装在底座（21）和运动平台系统（5）之间；两个纵向电动缸（32）纵向安装，其后端分别与纵向电动缸支座（22）的上部通过万向节或球轴承进行球铰连接，前端的推杆通过万向节或球轴承与运动平台系统（5）进行球铰连接；横向电动缸（33）横向安装，其后端与横向电动缸支座（23）的上部通过万向节或球轴承进行球铰连接，前端的推杆通过万向节或球轴承与运动平台系统（5）进行球铰连接。

4.根据权利要求3所述的一种多自由度悬架K＆C特性试验台，其特征在于：

所述的左墩（34）和右墩（35）对称布置，其结构相同，以左墩（34）为例，其包括滑块（341）、墩座（342）、圆盘电机（343）、墩台（344）、滑轨（345）、驱动电机（346）和直线导轨副（347）；其中圆盘电机（343）固定安装在墩座（342）上方，驱动墩台（344）旋转；固定在墩座（342）底部的滑块（341）通过滑轨（345）与运动平台系统（5）横向滑动连接，墩座（342）底部的驱动电机（346）通过直线导轨副（347）驱动墩座（342）横向滑动，进而实现轮距调节和横向加载。

5.根据权利要求1所述的一种多自由度悬架K＆C特性试验台，其特征在于：

所述的测量系统（4）包括测量臂（41）和六分力传感器（42），其中，测量臂（41）固定在左右墩的墩座上，测量待测车辆（1）车轮的位移；六分力传感器（42）固定在左右墩的内部，测量待测车辆（1）车轮的受力。

6.根据权利要求1所述的一种多自由度悬架K＆C特性试验台，其特征在于：

所述的测量系统（4）包括测量臂（41）和六分力传感器（42），其中，测量臂（41）通过过渡支架（411）固定安装在支撑系统（2）上，测量待测车辆（1）车轮的位移；六分力传感器（42）固定在左右墩的内部，测量待测车辆（1）车轮的受力。

7.根据权利要求1所述的一种多自由度悬架K＆C特性试验台，其特征在于：

所述的测量系统（4）包括车身固定卡具（26）和六分力传感器（42），其中，六分力传感器（42）固定在左右墩的内部，测量待测车辆（1）车轮的受力；车身固定卡具（26）分别安装在左右墩上，将待测车辆（1）固定在车身固定卡具（26）上，驱动加载系统（3）在三个方向的摆动，进而根据各个电动缸的长度信息解算出整车的转动惯量和质心位置信息。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的一种多自由度悬架K＆C特性试验台，其特征在于：

所述的控制系统（6）包括驱动控制模块和信号采集模块，驱动控制模块控制各电动缸、圆盘电机、左右墩的驱动电机的运动，实现悬架测试的加载要求；信号采集模块采集测量系统（4）中测量臂（41）的各个编码器输出的角度信息、六分力传感器（42）输出的六分力信息以及各电机的反馈信号。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的一种多自由度悬架K＆C特性试验台，其特征在于：

所述的加载系统（3）中的六个电动缸可以全部或部分地更换为液压缸。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的一种多自由度悬架K＆C特性试验台，其特征在于：

所述的运动平台系统（5）底部还垂直安装两支或多于两支油气弹簧（36）。

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