CN105043789B - 汽车控制臂的刚度的测试方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车控制臂的刚度的测试方法及装置，属于汽车领域。装置包括：至少两个标定球、至少两个加力模块、摄像模块和处理模块；至少两个标定球用于，布置在控制臂上；至少两个加力模块用于，分别在控制臂的各个加载方向上加载力，并实时记录加载力的大小；加载方向包括x向和y向；摄像模块用于，当控制臂受加载力作用时，对标定球进行拍摄；处理模块用于，获得摄像模块拍摄的图像，并获得各个加力模块在摄像模块拍摄时记录的加载力的大小；根据获得的加力模块记录的加载力的大小及摄像模块拍摄的图像，计算控制臂的刚度。方法包括：将控制臂固定在工作台上；采用前述装置计算控制臂的刚度。本发明测量控制臂的刚度。
Description
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别涉及一种汽车控制臂的刚度的测试方法及装置。
背景技术
悬挂系统是现代汽车上的重要组成部分，其对汽车的行驶平顺性和操纵稳定性有重要影响。作为悬挂系统的导向和传力元件，汽车控制臂分别通过球铰和衬套将轮毂和车架弹性地连接在一起，以将作用在车轮上的力传递给车架。
在汽车行驶过程中，汽车控制臂承受复杂的载荷作用，其刚度大小对于整车的操控性、以及噪声、振动与声振粗糙度(英文：Noise、Vibration、Harshness，简称NVH)性能均有重要影响。基于此，在对悬挂系统进行设计及检验时，需测试控制臂在载荷作用下的刚度。
发明内容
为了测试控制臂在载荷作用下的刚度，本发明实施例提供了一种汽车控制臂的刚度的测试方法及装置。所述技术方案如下：
一方面，本发明提供了一种汽车控制臂的刚度的测试装置，所述装置包括：
至少两个标定球，用于布置在控制臂上；
至少两个加力模块，用于分别在所述控制臂的各个加载方向上加载力，并实时记录加载力的大小；所述加载方向包括x向和y向；
摄像模块，用于当所述控制臂受加载力作用时，对所述标定球进行拍摄；
处理模块，用于获得所述摄像模块拍摄的图像，并获得各个所述加力模块在所述摄像模块拍摄时记录的加载力的大小；根据获得的所述加力模块记录的加载力的大小及所述摄像模块拍摄的图像，计算所述控制臂的刚度。
作为可选的实施方式，所述加力模块包括：
螺旋加力器、丝杠、螺母、轴承、滑轨、力传感器和钢绳；
所述螺旋加力器与所述丝杠的一端连接，所述丝杠的另一端穿过所述螺母与所述轴承的转子连接，所述轴承的定子通过所述钢绳与所述控制臂的球销连接，所述轴承的定子与所述滑轨滑动连接；所述螺母和所述滑轨分别固定在工作台上，所述工作台用于安装所述控制臂，所述力传感器安装在所述定子上，所述力传感器与所述处理模块电连接。
作为可选的实施方式，所述摄像模块包括：
支撑架和两个电荷耦合器件CCD相机；两个所述CCD相机间隔安装在所述支撑架上，两个所述CCD相机分别与所述处理模块电连接。
作为可选的实施方式，所述处理模块包括，
第一获取单元，用于控制所述摄像模块以一定间隔时间进行拍摄并获得所述摄像模块拍摄的图像；
第二获取单元，用于获得各个所述加力模块在所述第一获取单元控制所述摄像模块摄像时记录的加载力的大小；
第一计算单元，用于根据在预定时间段内获得的所述摄像模块拍摄的图像，计算所述控制臂在所述预定时间段内发生的整体位移；根据所述控制臂的整体位移，得到所述控制臂分别在x向和y向的位移；
第二计算单元，用于根据在所述预定时间段内获得的所述加力模块记录的加载力的大小，获得所述预定时间段内控制臂分别在x向和y向受到的载荷；
第三计算单元，用于根据所述控制臂分别在x向和y向的位移、以及所述控制臂分别在x向和y向受到的载荷，计算所述控制臂x向和y向的刚度。
作为可选的实施方式，所述装置还包括导轨机构，所述摄像模块与所述导轨机构可滑动连接。
作为可选的实施方式，所述导轨机构包括第一导轨、第二导轨、第一滑块和第二滑块；
所述第一导轨固定在所述工作台上，所述第一滑块与所述第一导轨可滑动连接，所述第二导轨的一端固定在所述第一滑块上，所述第二滑块与所述第二导轨可滑动连接；所述第一导轨包括第一段和与所述第一段连接的第二段，所述第一段和所述第二段分别与x向和y向平行；所述摄像模块固定在所述第二滑块上。
作为可选的实施方式，所述第一导轨和所述第二导轨上均标记有刻度。
作为可选的实施方式，当所述标定球的数量为3个时，3个所述标定球不在同一直线上。
另一方面，本发明提供了一种汽车控制臂的刚度的测试方法，所述方法包括：
将控制臂固定在工作台上；
提供前述装置，分别连接各个所述加力模块与所述控制臂的球销，将各个所述标定球布置在所述控制臂上，并将所述摄像模块的镜头对准所述标定球；
启动所述摄像模块和所述处理模块，使所述处理模块控制所述摄像模块拍摄并获得所述摄像模块拍摄的图像；
控制各个所述加力模块分别在所述控制臂的各个加载方向上加载力，使所述处理模块同步获得各个所述加力模块在控制所述摄像模块拍摄时记录的加载力的大小，所述加载方向包括x向和y向；
采用所述处理模块计算所述控制臂的刚度。
作为可选的实施方式，所述控制各个所述加力模块分别在所述控制臂的各个加载方向上加载力，包括：
按照路谱控制各个所述加力模块分别在所述控制臂的各个加载方向上加载力
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过将至少两个标定球布置在控制臂上；至少两个加力模块分别在该控制臂的各个加载方向上加载力，并实时记录加载力的大小；该加载方向包括x向和y向；摄像模块用于当该控制臂受加载力作用时，对标定球进行拍摄；处理模块获得该摄像模块拍摄的图像，并获得各个该加力模块在摄像模块拍摄时记录的加载力的大小；根据获得的该加力模块记录的加载力的大小及该摄像模块拍摄的图像，计算出该控制臂的刚度。
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是本发明实施例提供的控制臂的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种汽车控制臂的刚度的测试装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的加力模块的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的摄像模块的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的处理模块的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的导轨机构的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种汽车控制臂的刚度的测试方法的流程图；
图8是本发明实施例提供的控制臂与测试装置的装配示意图。
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。
为便于理解本发明实施例提供的技术方案，先对控制臂的结构进行介绍。参见图1，该控制臂包括本体10及设在本体10上的三个臂101、102、103，臂101的端部设置有球销11，臂102的端部设置有前衬套12，臂103的端部设置有后衬套13。其中，球销11与轮毂连接，前衬套12和后衬套13分别与车架连接。控制臂的受力位置为球销11与轮毂相连处。需要说明的是，图1示出的控制臂的结构仅为示例性结构，控制臂的结构也可以采用其他结构，本实施例不作限定。
在对控制臂进行刚度测量时，计算控制臂在不同方向加载时产生的位移，由此确定控制臂臂体的各向刚度。其中，力加载位置即为控制臂的球销与轮毂相连处。此外，由于控制臂在实际整车中主要受力来自x向和y向，z向受力非常小，一般可以忽略，因此，可以获得控制臂分别在x向和y向的刚度，以此衡量控制臂的整体刚度。在本实施例中，x、y和z向可以是整车中规定的x、y和z向。比如，x向可以指整车中车头朝车尾的方向，y向可以指车头右侧朝车头左侧的方向，z向指车身水平向上的方向。其中，图8中示出了x向和y向。
实施例一
本发明实施例提供了一种汽车控制臂的刚度的测试装置，该测试装置适用于测量图1示出的控制臂的刚度。参见图2，该装置包括至少两个标定球101、至少两个加力模块102、摄像模块103和处理模块104。
该至少两个标定球101用于，布置在控制臂上。
其中，该控制臂可以固定在工作台上。
其中，标定球的数量可以是2个，也可以是3个及以上。当标定球的数量为3个时，3个标定球不在同一直线上。
具体地，各个标定球101可以均匀布置在控制臂上，比如各个标定球101可以等距离间隔布置在控制臂上。
具体地，各个标定球101可以粘在控制臂上，也可以平放在控制臂上。
至少两个加力模块102用于，分别在控制臂的各个加载方向上加载力，并实时记录加载力的大小。其中，加载方向包括x向和y向。
具体地，至少两个加力模块102中一个加力模块102在控制臂的x向加载力，另一个加力模块102在控制臂的y向加载力。
需要说明的是，加力模块102的数量可以与加载方向的数量相同。当加载方向包括x向和y向时，加力模块102的数量可以是2；当加载方向包括x向、y向和z向时，加力模块102的数量可以是3。
摄像模块103用于，当控制臂受加载力作用时，对标定球101进行拍摄。
具体地，摄像模块103对所有标定球101进行拍摄。比如，当摄像模块103有1个镜头时，这个镜头将对所有标定球101进行拍摄。当摄像模块103有2个镜头时，每一个镜头均对所有标定球101进行拍摄。各个标定球101位于摄像模块103的镜头的视场内，以确保摄像模块103对标定球101进行拍摄。
处理模块104用于，获得摄像模块103拍摄的图像，并获得各个加力模块102在摄像模块103拍摄时记录的加载力的大小；根据获得的加力模块102记录的加载力的大小及摄像模块103拍摄的图像，计算控制臂的刚度。
其中，处理模块104分别与加力模块102和摄像模块103电连接。
本发明实施例通过将至少两个标定球布置在控制臂上；至少两个加力模块分别在该控制臂的各个加载方向上加载力，并实时记录加载力的大小；该加载方向包括x向和y向；摄像模块用于当该控制臂受加载力作用时，对标定球进行拍摄；处理模块获得该摄像模块拍摄的图像，并获得各个该加力模块在摄像模块拍摄时记录的加载力的大小；根据获得的该加力模块记录的加载力的大小及该摄像模块拍摄的图像，计算出该控制臂的刚度。
实施例二
本发明实施例提供了一种汽车控制臂的刚度的测试装置，该测试装置适用于测量图1示出的控制臂的刚度。该装置包括至少两个标定球、至少两个加力模块202、摄像模块203和处理模块。其中，标定球、加力模块202、摄像模块203和处理模块的用途分别与实施例一提供的标定球101、加力模块102、摄像模块103和处理模块104的用途相同，在此不再赘述。在本实施例中，将详细描述加力模块202、摄像模块203和处理模块的工作原理。
参见图3，该加力模块202包括螺旋加力器(图未示出)、丝杠2022、螺母2023、轴承2024、滑轨(图未示出)、力传感器(图未示出)和钢绳2026。
其中，螺旋加力器与丝杠2022的一端连接，丝杠2022的另一端穿过螺母2023与轴承2024的转子连接，轴承2024的定子通过钢绳2026与控制臂的球销连接，轴承2024的定子与滑轨滑动连接。螺母2023和滑轨分别固定在工作台上，力传感器安装在定子上，力传感器与处理模块电连接。
具体地，钢绳2026可以通过加力接头与球销连接。
在加载力时，螺旋加力器驱动丝杠2022转动，丝杠2022带动轴承2024的转子转动。由于螺母2023的限位，丝杠2022的转动转换成直线运动，因此，丝杠2022将拉动轴承2024在滑轨上滑动，轴承2024拉动钢绳2026直线运动，从而实现钢绳2026长度方向的力的加载。力传感器用于采集钢绳2026上的加载力的大小，并将采集的力的大小传递给处理模块。
其中，通过滑轨和螺母2023，加力模块202可以布置在加载方向上。比如，用于在控制臂的x向加载力的加力模块202可以布置在x向上，使钢绳2026的长度方向与x向重合，这样，加力模块202可以在x向加载力。通过各个加力模块202分别在各个加载方向上加载力，各个加力模块202是相互独立的，这样，能够不干涉的同时对控制臂进行x向和y向加载。
参见图4，摄像模块203包括支撑架2031和两个电荷耦合器件(英文：ChargeCoupled Device，简称CCD)相机2032。两个CCD相机2032间隔安装在支撑架2031上，两个CCD相机2032分别与处理模块电连接。
其中，两个CCD相机2032用于模拟人的双眼。两个CCD相机2032之间的距离可以预先标定，为定值。在具体实现时，可以根据测量所需精度，选择相应精度的CCD相机。此外，摄像模块203的安装位置可以与控制臂的安装位置相对。
通过两个CCD相机2032进行拍摄，对相机和控制臂的相对位置要求降低，可以保证较高的测量精度，能够较高精度的记录控制臂变形，从而提高计算出控制臂在多个方向载荷作用下的刚度的精确度。
参见图5，该处理模块包括第一获取单元2041、第二获取单元2042、第一计算单元2043、第二计算单元2044和第三计算单元2045。
第一获取单元2041，用于控制摄像模块203以一定间隔时间进行拍摄并获得摄像模块203拍摄的图像。
其中，间隔时间是预先设置的。具体地，第一获取单元2041控制两个CCD相机2032在同一时间进行拍摄。两个CCD相机2032拍摄后将拍摄的图像传递给第一获取单元2041。拍摄的图像表明了在拍摄时刻标定球的位置。
第二获取单元2042，用于获得各个加力模块202在第一获取单元2041控制摄像模块203摄像时记录的加载力的大小。
其中，第二获取单元2042在两个CCD相机2032拍摄时，同步读取各个加力模块202中力传感器传递的加载力的大小。该加载力的大小表明了在拍摄时刻加载力的大小。
通过第一获取单元2041和第二获取单元2042，可以获得在不同时刻，标定球的位置与各个加载方向上的加载力大小的对应关系。
第一计算单元2043，用于根据在预定时间段内获得的摄像模块203拍摄的图像，计算控制臂在预定时间段内发生的整体位移；根据控制臂的整体位移，得到控制臂分别在x向和y向的位移。
首先，如前述，两个CCD相机2032可以模拟人的双眼，其拍摄的图像即为“双眼”观测到的场景。通过双目视觉原理，根据拍摄的图像，能够获得各个标定球在预定时间段内发生的位移。该位移包括各个标定球在预定时间段的开始时刻的位置坐标、以及结束时刻的位置坐标。
其次，当有两个标定球时，根据刚体运动学原理，两个标定球各自的中心点坐标的连线可以确定一条线，如果这条线是在一个平面上，知道了这条线的位置，控制臂的位置就唯一确定了。那么，在知道两个标定球在预定时间段内发生的位移后，就可以确定出控制臂发生的整体位移。
当有三个标定球时，根据刚体运动学原理，三个标定球各自的中心点坐标可以确定一个面，由这个面就可以确定控制臂在空间的位置。例如，在控制臂上贴张纸片，如果纸片在空间的位置确定了，那么控制臂的空间位置也确定了。那么，在知道三个标定球在预定时间段内发生的位移后，就可以确定出控制臂发生的整体位移。
然后，在确定出控制臂发生的整体位移后，可以分解得到控制臂分别在x向和y向的位移。
第二计算单元2044，用于根据在预定时间段内获得的加力模块202记录的加载力的大小，获得预定时间段内控制臂分别在x向和y向受到的载荷。
第三计算单元2045，用于根据控制臂分别在x向和y向的位移、以及控制臂分别在x向和y向受到的载荷，计算控制臂x向和y向的刚度。
在具体实现时，该处理模块可以是计算机。
其中，该装置还包括导轨机构，摄像模块203与导轨机构可滑动连接。摄像模块203可以在导轨机构上滑动，方便调整摄像模块203的位置。
参见图6，该导轨机构包括第一导轨2051、第二导轨2052、第一滑块2053和第二滑块2054。其中，第一导轨2051固定在工作台上，第一滑块2053与第一导轨2051可滑动连接，第二导轨2052的一端固定在第一滑块2053上，第二滑块2054与第二导轨2052可滑动连接。第一导轨2051包括第一段2051a和与第一段2051a连接的第二段2051b，第一段2051a和第二段2051b分别与x向和y向平行；摄像模块203固定在第二滑块2054上。
由于第一段2051a和第二段2051b分别与x向和y向平行，因此，摄像模块203可以在x-o-y平面内移动到需要测量拍照的区域，这样缩小了相机的视场，提高了测量精度。
其中，第一导轨2051的两端、以及第二导轨2052的另一端分别设有限位机构(图未示出)，以对第一滑块2053和第二滑块2054进行限位。
需要说明的是，如果同时进行三个方向(x、y、z向)的加力，可以将第一段2051a和第二段2051b替换成两个相互垂直相连的平面的滑台。
作为可选的实施方式，第一导轨2051和第二导轨2052上均标记有刻度。可以通过该刻度，较粗略地对摄像模块203进行定位，确定摄像模块203的位置。
本发明实施例通过将至少两个标定球布置在控制臂上；至少两个加力模块分别在该控制臂的各个加载方向上加载力，并实时记录加载力的大小；该加载方向包括x向和y向；摄像模块用于当该控制臂受加载力作用时，对标定球进行拍摄；处理模块获得该摄像模块拍摄的图像，并获得各个该加力模块在摄像模块拍摄时记录的加载力的大小；根据获得的该加力模块记录的加载力的大小及该摄像模块拍摄的图像，测试出该控制臂的刚度。
实施例三
本发明实施例提供了一种汽车控制臂的刚度的测试方法，参见图7，该方法流程包括：
步骤301、将控制臂固定在工作台上。
具体地，参见图8，可以按照在整车中的约束方式，约束控制臂100的前衬套1001内管和后衬套1002内管，以将控制臂100固定在工作台上。
步骤302、提供实施例一或二中描述的装置，分别将各个加力模块安装在控制臂的各个加载方向上，并分别连接各个加力模块与控制臂的球销；将各个标定球布置在控制臂上，并将摄像模块的镜头对准标定球。
具体地，加力模块302的数量可以是两个，两个加力模块302分别与球销1003连接。在拍摄前，摄像模块303中两个CCD相机经过标定，其相对距离和位置在标定后保持固定，所有相机的物方参数在拍摄前都已经标定。
步骤303、启动摄像模块和处理模块，使处理模块控制摄像模块拍摄并获得摄像模块拍摄的图像。
步骤304、控制各个加力模块分别在控制臂的各个加载方向上加载力，使处理模块同步获得各个加力模块记录在控制摄像模块拍摄时的加载力的大小，加载方向包括x向和y向。
具体地，通过加力模块302在球销1003处施加整车时控制臂100受到的x向、y向载荷。
作为可选的实施方式，可以按照路谱或者某种组合方式控制各个加力模块302分别在控制臂100的各个加载方向上加载力。
步骤303与304可以同步进行。
步骤305、采用处理模块计算控制臂的刚度。
本发明实施例通过通过将至少两个标定球布置在控制臂上；至少两个加力模块分别在该控制臂的各个加载方向上加载力，并实时记录加载力的大小；该加载方向包括x向和y向；摄像模块用于当该控制臂受加载力作用时，对标定球进行拍摄；处理模块获得该摄像模块拍摄的图像，并获得各个该加力模块在摄像模块拍摄时记录的加载力的大小；根据获得的该加力模块记录的加载力的大小及该摄像模块拍摄的图像，计算出该控制臂的刚度。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
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)
1.一种汽车控制臂的刚度的测试装置，其特征在于，所述装置包括：
至少两个标定球，用于布置在控制臂上；
至少两个加力模块，用于分别在所述控制臂的各个加载方向上加载力，并实时记录加载力的大小；所述加载方向包括x向和y向；
摄像模块，用于当所述控制臂受加载力作用时，对所述标定球进行拍摄；
处理模块，用于获得所述摄像模块拍摄的图像，并获得各个所述加力模块在所述摄像模块拍摄时记录的加载力的大小；根据获得的所述加力模块记录的加载力的大小及所述摄像模块拍摄的图像，计算所述控制臂的刚度；
所述加力模块包括：
螺旋加力器、丝杠、螺母、轴承、滑轨、力传感器和钢绳；
所述螺旋加力器与所述丝杠的一端连接，所述丝杠的另一端穿过所述螺母与所述轴承的转子连接，所述轴承的定子通过所述钢绳与所述控制臂的球销连接，所述轴承的定子与所述滑轨滑动连接；所述螺母和所述滑轨分别固定在工作台上，所述工作台用于安装所述控制臂，所述力传感器安装在所述定子上，所述力传感器与所述处理模块电连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述摄像模块包括：
支撑架和两个电荷耦合器件CCD相机；两个所述CCD相机间隔安装在所述支撑架上，两个所述CCD相机分别与所述处理模块电连接。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理模块包括，
第一获取单元，用于控制所述摄像模块以一定间隔时间进行拍摄并获得所述摄像模块拍摄的图像；
第二获取单元，用于获得各个所述加力模块在所述第一获取单元控制所述摄像模块摄像时记录的加载力的大小；
第一计算单元，用于根据在预定时间段内获得的所述摄像模块拍摄的图像，计算所述控制臂在所述预定时间段内发生的整体位移；根据所述控制臂的整体位移，得到所述控制臂分别在x向和y向的位移；
第二计算单元，用于根据在所述预定时间段内获得的所述加力模块记录的加载力的大小，获得所述预定时间段内控制臂分别在x向和y向受到的载荷；
第三计算单元，用于根据所述控制臂分别在x向和y向的位移、以及所述控制臂分别在x向和y向受到的载荷，计算所述控制臂x向和y向的刚度。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括导轨机构，所述摄像模块与所述导轨机构可滑动连接。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述导轨机构包括第一导轨、第二导轨、第一滑块和第二滑块；
所述第一导轨固定在所述工作台上，所述第一滑块与所述第一导轨可滑动连接，所述第二导轨的一端固定在所述第一滑块上，所述第二滑块与所述第二导轨可滑动连接；所述第一导轨包括第一段和与所述第一段连接的第二段，所述第一段和所述第二段分别与x向和y向平行；所述摄像模块固定在所述第二滑块上。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一导轨和所述第二导轨上均标记有刻度。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述标定球的数量为3个时，3个所述标定球不在同一直线上。
8.一种汽车控制臂的刚度的测试方法，其特征在于，所述方法包括：
将控制臂固定在工作台上；
提供权利要求1-7任一项所述的装置，分别连接各个所述加力模块与所述控制臂的球销，将各个所述标定球布置在所述控制臂上，并将所述摄像模块的镜头对准所述标定球；
启动所述摄像模块和所述处理模块，使所述处理模块控制所述摄像模块拍摄并获得所述摄像模块拍摄的图像；
控制各个所述加力模块分别在所述控制臂的各个加载方向上加载力，使所述处理模块同步获得各个所述加力模块在控制所述摄像模块拍摄时记录的加载力的大小，所述加载方向包括x向和y向；
采用所述处理模块计算所述控制臂的刚度。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述控制各个所述加力模块分别在所述控制臂的各个加载方向上加载力，包括：
按照路谱控制各个所述加力模块分别在所述控制臂的各个加载方向上加载力。
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