CN103471856A - 汽车前副车架总成试验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车前副车架总成试验装置和方法，属于汽车领域。所述装置包括：两个球头销连接夹具、两个支撑结构、四个电液伺服作动器以及控制模块，每个球头销连接夹具上均设有用于与汽车前副车架总成的球头销连接的球头销孔，两个球头销连接夹具分别设于两个支撑结构上，两个电液伺服作动器的输出轴与两个球头销连接夹具中的一个连接，另外两个电液伺服作动器的输出轴与球头销连接夹具中的另一个连接，连接在同一个球头销连接夹具上的两个电液伺服作动器的输出轴的轴线方向互相垂直；控制模块，用于采用驱动信号控制四个电液伺服作动器加载力。本发明能够准确地对前副车架总成进行疲劳强度考核。

Description

汽车前副车架总成试验装置和方法

技术领域

本发明涉及汽车领域，特别涉及一种汽车前副车架总成试验装置和方法。

背景技术

近年来，我国汽车工业技术水平取得了较快的发展，但汽车的可靠性，尤其是汽车结构可靠性距离国际水平还有一定的差距。

前副车架总成作为汽车底盘的一个重要基体，它支撑连接汽车的转向、悬架等系统，并承受车内外的各种载荷。前副车架总成的可靠性、耐久性对汽车底盘的安全性和可靠性起到极其重要的作用。因此在产品开发初期，制定一种可有效、准确、快速地验证前副车架总成疲劳寿命的试验方法就显得特别重要。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现阶段前副车架总成的疲劳强度考核多采用单方向等幅载荷加载方式，该方法的载荷来源是人为定义的，不能真实反映前副车架总成在道路上的实际受力情况，对前副车架总成的考核与实际存在较大的差异性。

发明内容

为了解决现有技术中采用单方向等幅载荷加载方式进行试验，造成不能真实反映前副车架总成在道路上的实际受力情况，对前副车架总成的考核与实际存在较大的差异性的问题，本发明实施例提供了一种汽车前副车架总成试验装置和方法。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种汽车前副车架总成试验装置，所述装置包括：

两个球头销连接夹具、两个支撑结构、四个电液伺服作动器以及控制模块，每个所述球头销连接夹具上均设有用于与所述汽车前副车架总成的球头销连接的球头销孔，两个所述球头销连接夹具分别设于两个所述支撑结构上，两个所述电液伺服作动器的输出轴与所述两个球头销连接夹具中的一个连接，另外两个所述电液伺服作动器的输出轴与所述球头销连接夹具中的另一个连接，连接在同一个所述球头销连接夹具上的两个所述电液伺服作动器的输出轴的轴线方向互相垂直，且连接在同一个所述球头销连接夹具上的两个所述电液伺服作动器中的一个的输出轴沿所述汽车前副车架总成的长度方向设置；

所述控制模块，用于根据汽车实际行驶过程中的前副车架总成的左和右控制臂的随机应变谱，产生驱动信号，并采用所述驱动信号控制四个所述电液伺服作动器加载力。

在本发明实施例的一种实现方式中，每个所述球头销连接夹具均包括第一横臂、第二横臂、第一横杆和第二横杆，所述第一横臂的一端和所述第二横臂的一端垂直连接，所述第一横臂的另一端与所述第一横杆垂直连接，所述第二横臂的另一端与所述第二横杆垂直连接，所述第一横臂和所述第二横臂的连接处设有球头销孔，两个所述球头销连接夹具的第一横臂设置在同一直线上，且所述直线沿所述前副车架总成的长度方向延伸，四个所述电液伺服作动器的输出端分别与两个所述第一横杆和两个所述第二横杆垂直连接。

在本发明实施例的另一种实现方式中，每个所述支撑结构包括：四个垂向二力杆和四个二力杆支架，每个所述第一横杆的两端分别与两个所述垂向二力杆的一端一一对应连接，每个所述第二横杆的两端分别与两个所述垂向二力杆的一端一一对应连接，每个所述垂向二力杆的另一端分别与一个所述二力杆支架可滑动连接。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述垂向二力杆通过第一球头活节与所述第一横杆或所述第二横杆连接，所述垂向二力杆通过第二球头活节与所述二力杆支架连接，且所述第一球头活节上孔的方向与所述第二球头活节上孔的方向垂直。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述装置还包括：用于固定所述二力杆支架的二力杆底座。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述球头销连接夹具上设有压紧孔，所述压紧孔从所述球头销连接夹具的侧壁延伸至所述球头销孔内。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述控制模块包括：

转换单元，用于将汽车实际道路行驶过程中前副车架总成左和右控制臂球头销处横向和纵向的随机应变谱经编辑处理后转换为目标信号，所述目标信号为力值信号；

迭代单元，用于采用所述目标信号进行迭代运算，得到所述驱动信号；

控制单元，用于采用驱动信号控制两个所述电液伺服作动器分别从所述左控制臂的横向和纵向加载力，控制另外两个所述电液伺服作动器分别从所述右控制臂的横向和纵向加载力，所述横向是指所述前副车架总成的长度方向，所述纵向是指与所述横向垂直的方向。

另一方面，本发明实施例还提供了一种汽车前副车架总成试验方法，所述方法包括：

采集获得汽车实际道路行驶过程中的前副车架总成左和右控制臂球头销处横向和纵向的随机应变谱；

根据所述随机应变谱，得到驱动信号；

采用所述驱动信号控制两个电液伺服作动器分别从所述左控制臂的横向和纵向加载力，并控制另外两个电液伺服作动器分别从所述右控制臂的横向和纵向加载力，所述横向是指所述前副车架总成的长度方向，所述纵向是指与所述横向垂直的方向。

在本发明实施例的一种实现方式中，所述根据所述随机应变谱，得到驱动信号，包括：

根据所述随机应变谱，编辑处理产生目标信号，所述目标信号为力值信号；

采用所述目标信号进行迭代运算，得到所述驱动信号。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过两个球头夹具分别将四个电液伺服作动器与前副车架总成的左右控制臂总成连接，并且使电液伺服作动器在两个互相垂直的方向上进行加载，采用根据采集到的随机应变谱转换得到的驱动信号控制四个电液伺服作动器，由于试验载荷来源于道路（试车场路面）上的真实随机应变谱，它能够真实、准确地再现前副车架总成道路上的主要受力工况。同时本发明是在两个互相垂直的方向上加载试验，相比于现阶段的单方向先后加载试验，试验周期大大缩短了，在汽车前副车架总成的设计开发验证阶段，通过本发明的台架试验方法能够有效、准确地对前副车架总成进行疲劳强度考核。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的汽车前副车架总成试验装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的球头销连接夹具的结构示意图；

图3是本发明实施例二提供的汽车前副车架总成试验方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，汽车前副车架总成10包括主体、左控制臂20和右控制臂30，左控制臂20和右控制臂30上均设有用于与车架连接的孔和球头销，汽车前副车架总成10上还设有4个用于起固定作用的固定支架40。

实施例一

本发明实施例提供了一种汽车前副车架总成试验装置，参见图1-2，该装置包括：

两个球头销连接夹具1、两个支撑结构2、四个电液伺服作动器（图未示出）以及控制模块（图未示出），每个球头销连接夹具1上均设有用于与汽车前副车架总成10的球头销连接的球头销孔15，两个球头销连接夹具1分别设于两个支撑结构2上，两个电液伺服作动器的输出轴与两个球头销连接夹具1中的一个连接，另外两个电液伺服作动器的输出轴与球头销连接夹具1中的另一个连接，连接在同一个球头销连接夹具1上的两个电液伺服作动器的输出轴的轴线方向互相垂直，且连接在同一个球头销连接夹具1上的两个电液伺服作动器中的一个的输出轴沿汽车前副车架总成10的长度方向设置；

控制模块，用于根据汽车实际行驶过程中的前副车架总成10的左和右控制臂的随机应变谱，产生驱动信号，并采用驱动信号控制四个电液伺服作动器加载力。

如图2所示，每个球头销连接夹具1均包括第一横臂11、第二横臂12、第一横杆13和第二横杆14，第一横臂11的一端和第二横臂12的一端垂直连接，第一横臂11的另一端与第一横杆13垂直连接，第二横臂12的另一端与第二横杆14垂直连接，第一横臂11和第二横臂12的连接处设有球头销孔15，两个球头销连接夹具1的第一横臂11设置在同一直线上，且直线沿前副车架总成的长度方向延伸，四个电液伺服作动器的输出端分别与两个第一横杆13和两个第二横杆14垂直连接，从而使得在试验时，可以沿着前副车架总成长度方向，及与前副车架总成长度方向垂直的方向进行加载。

进一步地，每个支撑结构2包括：四个垂向二力杆21和四个二力杆支架22，每个第一横杆13的两端分别与两个垂向二力杆21的一端一一对应连接，每个第二横杆14的两端分别与两个垂向二力杆21的一端一一对应连接，每个垂向二力杆21的另一端分别与一个二力杆支架22可滑动连接，垂向二力杆21和二力杆支架22对球头销连接夹具1进行垂向约束，保证试验加载过程中不出现非正常的窜动及绕转现象，同时又不出现垂向以外的约束情况。

进一步地，球头销连接夹具1上设有压紧孔16，压紧孔16从球头销连接夹具1的侧壁延伸至球头销孔15内，具体地，球头销孔15与缝隙151相通，压紧孔16穿过该缝隙151。第一横杆13和第二横杆14的两端分别设有螺孔18，第一横杆13和第二横杆14上还设有电液伺服作动器连接孔17。使用压紧螺栓通过压紧孔16进行压紧，保证球头销连接夹具1与左控制臂20或右控制臂30上的球头销紧密结合，使二者不存在相对运动。其中使用螺栓通过螺孔18与垂向二力杆2进行连接。使用螺栓通过电液伺服作动器连接孔17将球头销连接夹具1与电液伺服作动器进行连接。其中，压紧螺栓通过压紧孔16进行夹紧，保证球头销连接夹具1和球头销不会相对转动。

具体地，垂向二力杆21通过第一球头活节23与第一横杆13或第二横杆14连接，垂向二力杆21通过第二球头活节24与二力杆支架22连接，第一球头活节23和第二球头活节24均包括螺杆和带有孔的球头，垂向二力杆21的两端设有螺孔，该螺孔用于与第一球头活节23或第二球头活节24的螺杆连接，第一球头活节上的孔和螺孔18通过螺栓连接，第二球头活节24上的孔套设在二力杆支架22的横杆上，从而实现滑动连接，且第一球头活节23上孔的方向与第二球头活节24上孔的方向垂直。

进一步地，装置还包括：用于固定二力杆支架22的二力杆底座25。二力杆底座25固定在试验台上，从而对整个试验装置进行固定。

进一步地，控制模块包括：

转换单元，用于将汽车实际道路行驶过程中前副车架总成左和右控制臂球头销处横向和纵向的随机应变谱经编辑处理后转换为目标信号，目标信号为力值信号；

迭代单元，用于采用目标信号进行迭代运算，得到驱动信号；

控制单元，用于采用驱动信号控制两个电液伺服作动器分别从左控制臂的横向和纵向加载力，控制另外两个电液伺服作动器分别从右控制臂的横向和纵向加载力，横向是指前副车架总成的长度方向，纵向是指与横向垂直的方向。

其中，迭代单元采用目标信号进行迭代运算，得到驱动信号，具体可采用以下方式实现：

根据目标信号、系统频响逆函数及迭代因子，得到初始驱动信号，频响逆函数用于指示液压伺服作动器的驱动信号与响应信号的函数关系；采用初始驱动信号控制四个液压作动器加载力，获得初始响应信号，计算目标信号与初始响应信号的差值，得到初始差值，若初始差值在预定范围内，则采用初始驱动信号作为驱动信号，若初始差值不在预定范围内，则根据初始差值、系统频响逆函数及迭代因子，计算第一次驱动信号；采用第一次驱动信号控制四个液压作动器加载力，获得第一次响应信号，计算目标信号与第一次响应信号的差值，得到第一次差值，若第一次差值在预定范围内，则采用第一次驱动信号作为驱动信号，若第一次差值不在预定范围内，则根据第一次差值、系统频响逆函数及迭代因子，计算第二次驱动信号；重复上述过程，直到最终响应信号与目标信号的差值在预定范围内，并采用最终响应信号作为响应信号。

其中，根据初始差值、系统频响逆函数及迭代因子，计算第一次驱动信号，可以采用以下方式实现：计算差值、系统频响逆函数及迭代因子的乘积，再加上初始驱动信号，得到第一次驱动信号。

优选地，迭代因子可以为0.4。当然，该迭代因子也可根据实际需要进行定义。

其中，系统频响逆函数用于指示驱动信号与相应信号的关系，可以通过下述步骤得到：第一步：生成一个宽频带的白噪声；第二步：用生成的白噪声作为驱动信号，产生响应信号，计算系统的频响函数；第三步：利用Inverse（逆向的）工具求频响函数的逆矩阵。

值得说明的是，上述随机应变谱可以利用汽车道路谱采集技术采集试车场的汽车左和右控制臂上球头销获得。在具体实现中，为了保证目标信号更加合理，可以在迭代前，先对该随机应变谱进行滤波处理，还可以根据损伤等效原则对随机应变谱进行编辑处理，删除那些对损伤贡献很小的小幅值信号，由此得到所需要的目标信号。迭代运算可以采用迭代软件完成。

其中，随机应变谱可以采用在前副车架总成左和右控制臂球头销上设置应变片，通过采集设备采集得到。

在采用驱动信号驱动电液伺服作动器时，若总目标里程数为L,采样到的随机应变谱的里程数为C,则试验循环次数n=L/C，这样就可以建立与路试相互关联的试验规范。在控制模块设置试验循环数n后加载试验装置运行试验。进一步地，装置还包括风冷冷却系统，试验运行过程中，打开风冷冷却系统，对左和右控制臂进行持续风冷冷却。并每隔一段时间对试验的样件状态进行检查。

本发明实施例通过两个球头夹具分别将四个电液伺服作动器与前副车架总成的左右控制臂总成连接，并且使电液伺服作动器在两个互相垂直的方向上进行加载，采用根据采集到的随机应变谱转换得到的驱动信号控制四个电液伺服作动器，由于试验载荷来源于道路（试车场路面）上的真实随机应变谱，它能够真实、准确地再现前副车架总成道路上的主要受力工况。同时本发明是在两个互相垂直的方向上加载试验，相比于现阶段的单方向先后加载试验，试验周期大大缩短了，在汽车前副车架总成的设计开发验证阶段，通过本发明的台架试验方法能够有效、准确地对前副车架总成进行疲劳强度考核。

实施例二

本发明实施例还提供了一种汽车前副车架总成试验方法，参见图3，该方法包括：

步骤201：采集汽车实际道路行驶过程中的前副车架总成左和右控制臂球头销处横向和纵向的随机应变谱。

具体地，可以采用实车螺栓，通过四个固定支架将前述前副车架总成与车身进行实车状态的连接，得到试验用汽车，然后，利用汽车道路谱采集技术采集试车场的汽车左和右控制臂上球头销的纵向和横向随机应变谱。

步骤202：根据随机应变谱，产生驱动信号。

具体地，步骤202包括：

步骤一、将随机应变谱，转换为目标信号，目标信号为力值信号。

步骤二、采用目标信号进行迭代运算，得到最终试验所要的驱动信号。

其中，步骤二可以采用以下方式实现：

根据目标信号、系统频响逆函数及迭代因子，得到初始驱动信号，频响逆函数用于指示液压伺服作动器的驱动信号与响应信号的函数关系；采用初始驱动信号控制四个液压作动器加载力，获得初始响应信号，计算目标信号与初始响应信号的差值，得到初始差值，若初始差值在预定范围内，则采用初始驱动信号作为驱动信号，若初始差值不在预定范围内，则根据初始差值、系统频响逆函数及迭代因子，计算第一次驱动信号；采用第一次驱动信号控制四个液压作动器加载力，获得第一次响应信号，计算目标信号与第一次响应信号的差值，得到第一次差值，若第一次差值在预定范围内，则采用第一次驱动信号作为驱动信号，若第一次差值不在预定范围内，则根据第一次差值、系统频响逆函数及迭代因子，计算第二次驱动信号；重复上述过程，直到最终响应信号与目标信号的差值在预定范围内，并采用最终响应信号作为响应信号。

其中，根据初始差值、系统频响逆函数及迭代因子，计算第一次驱动信号，可以采用以下方式实现：计算差值、系统频响逆函数及迭代因子的乘积，再加上初始驱动信号，得到第一次驱动信号。

优选地，迭代因子可以为0.4。当然，该迭代因子也可根据实际需要进行定义。

其中，系统频响逆函数用于指示驱动信号与相应信号的关系，可以通过下述步骤得到：第一步：生成一个宽频带的白噪声；第二步：用生成的白噪声作为驱动信号，产生响应信号，计算系统的频响函数；第三步：利用Inverse工具求频响函数的逆矩阵。

值得说明的是，上述随机应变谱可以利用汽车道路谱采集技术采集试车场的汽车左和右控制臂上球头销获得。在具体实现中，为了保证目标信号更加合理，可以在迭代前，先对该随机应变谱进行滤波处理，还可以根据损伤等效原则对随机应变谱进行编辑处理，删除那些对损伤贡献很小的小幅值信号，由此得到所需要的目标信号。迭代运算可以采用迭代软件完成。

步骤203：采用迭代生成的驱动信号控制两个电液伺服作动器分别从左控制臂的横向和纵向加载力，控制另外两个电液伺服作动器分别从右控制臂的横向和纵向加载力，横向是指前副车架总成的长度方向，纵向是指与横向垂直的方向。

在采用驱动信号驱动电液伺服作动器时，若总目标里程数为L，采样到的随机应变谱的里程数为C，则试验循环次数n=L/C，这样就可以建立与路试相互关联的试验规范。在控制模块设置试验循环数n后加载试验装置运行试验。试验运行过程中，打开风冷冷却系统，对左和右控制臂进行持续风冷冷却。并每隔一段时间对试验的样件状态进行检查。

本发明实施例提供通过采用根据采集到的随机应变谱转换得到的驱动信号控制四个电液伺服作动器，由于试验载荷来源于道路（试车场路面）上的真实随机应变谱，它能够真实、准确地再现前副车架总成道路上的主要受力工况。同时本发明是在两个互相垂直的方向上加载试验，相比于现阶段的单方向先后加载试验，试验周期大大缩短了，在汽车前副车架总成的设计开发验证阶段，通过本发明的台架试验方法能够有效、准确地对前副车架总成进行疲劳强度考核。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种汽车前副车架总成试验装置，其特征在于，所述装置包括：

两个球头销连接夹具、两个支撑结构、四个电液伺服作动器以及控制模块，每个所述球头销连接夹具上均设有用于与所述汽车前副车架总成的球头销连接的球头销孔，两个所述球头销连接夹具分别设于两个所述支撑结构上，两个所述电液伺服作动器的输出轴与所述两个球头销连接夹具中的一个连接，另外两个所述电液伺服作动器的输出轴与所述球头销连接夹具中的另一个连接，连接在同一个所述球头销连接夹具上的两个所述电液伺服作动器的输出轴的轴线方向互相垂直，且连接在同一个所述球头销连接夹具上的两个所述电液伺服作动器中的一个的输出轴沿所述汽车前副车架总成的长度方向设置；

所述控制模块，用于根据汽车实际行驶过程中的前副车架总成的左和右控制臂的随机应变谱，产生驱动信号，并采用所述驱动信号控制四个所述电液伺服作动器加载力。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述球头销连接夹具均包括第一横臂、第二横臂、第一横杆和第二横杆，所述第一横臂的一端和所述第二横臂的一端垂直连接，所述第一横臂的另一端与所述第一横杆垂直连接，所述第二横臂的另一端与所述第二横杆垂直连接，所述第一横臂和所述第二横臂的连接处设有球头销孔，两个所述球头销连接夹具的第一横臂设置在同一直线上，且所述直线沿所述前副车架总成的长度方向延伸，四个所述电液伺服作动器的输出端分别与两个所述第一横杆和两个所述第二横杆垂直连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，每个所述支撑结构包括：四个垂向二力杆和四个二力杆支架，每个所述第一横杆的两端分别与两个所述垂向二力杆的一端一一对应连接，每个所述第二横杆的两端分别与两个所述垂向二力杆的一端一一对应连接，每个所述垂向二力杆的另一端分别与一个所述二力杆支架可滑动连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述垂向二力杆通过第一球头活节与所述第一横杆或所述第二横杆连接，所述垂向二力杆通过第二球头活节与所述二力杆支架连接，且所述第一球头活节上孔的方向与所述第二球头活节上孔的方向垂直。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：用于固定所述二力杆支架的二力杆底座。

6.根据权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于，所述球头销连接夹具上设有压紧孔，所述压紧孔从所述球头销连接夹具的侧壁延伸至所述球头销孔内。

7.根据权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于，所述控制模块包括：

转换单元，用于将汽车实际道路行驶过程中前副车架总成左和右控制臂球头销处横向和纵向的随机应变谱经编辑处理后转换为目标信号，所述目标信号为力值信号；

迭代单元，用于采用所述目标信号进行迭代运算，得到所述驱动信号；

控制单元，用于采用驱动信号控制两个所述电液伺服作动器分别从所述左控制臂的横向和纵向加载力，控制另外两个所述电液伺服作动器分别从所述右控制臂的横向和纵向加载力，所述横向是指所述前副车架总成的长度方向，所述纵向是指与所述横向垂直的方向。

8.一种汽车前副车架总成试验方法，其特征在于，所述方法包括：

采集获得汽车实际道路行驶过程中的前副车架总成左和右控制臂球头销处横向和纵向的随机应变谱；

根据所述随机应变谱，得到驱动信号；

采用所述驱动信号控制两个电液伺服作动器分别从所述左控制臂的横向和纵向加载力，并控制另外两个电液伺服作动器分别从所述右控制臂的横向和纵向加载力，所述横向是指所述前副车架总成的长度方向，所述纵向是指与所述横向垂直的方向。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述随机应变谱，得到驱动信号，包括：

根据所述随机应变谱，编辑处理产生目标信号，所述目标信号为力值信号；

采用所述目标信号进行迭代运算，得到所述驱动信号。

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