CN105510057B - 一种自由状态下车轮力传递函数测试方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自由状态下车轮力传递函数测试方法及装置，测试方法包括如下步骤：确定车轮位置；在车轮的轮毂处安装车轮力传递函数测试装置；布置轮心加速度计和胎顶加速度计；连接测试系统；计算轮心加速度计信号对力触发装置激励信号的传递函数以及轮胎顶部加速度计信号对力触发装置激励信号的传递函数；计算得到车轮力传递函数。本发明设计了一套与车轮连接的力传递函数测试装置，该装置主要解决了车轮隔振测试的两个关键问题，其一可以一次性地获得车轮轮心位置处的三个方向激励力响应；其二，尽可能地实现了通过激励车轮轮心来获得胎皮振动响应的目的，更加真实地模拟了车轮实际的受力方式；使得整个试验更加方便、接近实际。
Description
技术领域
本发明属于汽车NVH试验技术领域，尤其是涉及一种自由状态下车轮力传递函数测试方法及装置。
背景技术
随着我国汽车产量和汽车保有量的增加，我国汽车法规对汽车安全性能提出了更严格的要求，同时顾客对汽车的品质越来越关注，NVH(N-noise，V-vibration，H-Harshness)噪声振动舒适性逐渐成为决定汽车品质感最重要的指标。为了准确地定义与描述车辆NVH性能，汽车NVH试验技术应运而生。
车轮系统最主要的功能是传递作用在路面与悬架之间的力，并缓和汽车行驶过程中来自路面不平度产生的冲击振动，衰减由此引起的振动，以保证汽车的行驶平顺性及车内NVH性能。
自由状态下车轮力传递函数测试方法，以轮胎系统自身为研究对象，对于分析轮胎结构特征、材料、工艺、轮毂因素等对轮胎力传递函数特性的影响提供了依据，为以提升整车NVH水平最优目标实现与车身的最佳匹配，实现整车NVH最优目标。
现有的测试车轮力传递函数过程中存在两个难题：一是无法直接获取车轮近轮心位置处振动数值，二是力触发装置无法直接激振车轮近轮心位置处。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种自由状态下车轮力传递函数测试方法及装置，以实现触发一次即可获得近轮心位置处振动加速度与胎顶振动加速度数值，从而获得车轮力传递函数。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种自由状态下车轮力传递函数测试方法，包括以下步骤：
(1)被测轮胎与测试设备安装：将轮胎悬挂于可调支架上，在车轮的轮毂处安装车轮力传递函数测试装置，车轮力传递函数测试装置包括与轮心同轴的圆盘以及设置在圆盘中心位置处的偏心凸台，偏心凸台包括偏心面、水平面、竖直面和圆弧面，在偏心凸台的偏心面上布置轮心加速度计，在轮胎顶部布置胎顶加速度计，将轮心加速度计和胎顶加速度计通过连接线连接到数据采集器的输入端，同时将力触发装置连接到数据采集器的输入端，数据采集器的输出端通过连接线连接至计算机；
(2)计算轮心加速度计信号对力触发装置激励信号的传递函数HX10/HY10/HZ10以及胎顶加速度计信号对力触发装置激励信号的传递函数HX20/HY20/HZ20：
用力触发装置分别锤击圆盘的偏心凸台的偏心面、水平面、竖直面三个方向，获得力触发装置激励信号，同时利用数据采集器采集得到三个方向的力触发装置激励信号HX0/HY0/HZ0，以及轮心加速度计响应信号HX1/HY1/HZ1，以及轮胎顶部加速度计响应信号HX2/HY2/HZ2，传输至计算机内处理，用轮心加速度计响应信号与力触发装置激励信号的比值表示轮心点对力触发装置激励源信号的传递函数HX10/HY10/HZ10，用胎面加速度计响应信号与力触发装置激励信号的比值表示轮胎顶部加速度计信号对力触发装置激励源信号的传递函数HX20/HY20/HZ20；
(3)按照下式计算得到车轮轮心到轮胎顶部胎面的力传递函数，即车轮力传递函数：
进一步的，所述步骤(1)中偏心凸台的偏心面平行于圆盘主平面，水平面平行于地面，竖直面垂直于地面。
进一步的，所述步骤(1)中轮心加速度计安装在偏心凸台的偏心面上，并且轮心加速度计的几何中心与所述圆盘的圆心共轴，胎顶加速度计位于车轮胎顶与胎皮相切位置。
进一步的，所述步骤(1)中偏心凸台的水平面沿竖直向上方向偏离圆盘圆心10mm，偏心凸台的竖直面沿水平向右方向偏离圆盘圆心10mm。
相对于现有技术，本发明所述一种自由状态下车轮力传递函数测试方法具有以下优势：
(1)车轮力传递函数测试装置使得力触发位置与轮心加速度计尽可能靠近地轮心，仅需要布置2个振动加速度计，力触发装置仅需作用1次即可获得轮心加速度响应、胎顶加速度响应，从而得到车轮力传递函数；
(2)考虑到车轮轮毂结构形状的差异性，该方法可以确保每次激励位置为车轮轮心所在轴与激励位置处加速度计位置的一致性；
(3)设计了一套与车轮连接的力传递函数测试装置，该装置主要解决了车轮隔振测试的两个关键问题，其一可以一次性地获得车轮轮心位置处的三个方向激励力响应；其二，尽可能地实现了通过激励车轮轮心来获得胎皮振动响应的目的，更加真实地模拟了车轮实际的受力方式；使得整个试验更加方便、接近实际；
(4)圆盘偏心凸台的设计能够尽降低车轮力传递函数测试装置质量，以降低附加质量对测试系统的影响，并且能够确保每次测试都能获取轮心位置处振动数值以及降低力传函试验测试难度，保证每次测试结果的一致性；
(5)采用高度调节支架装置实现了对不同尺寸大小车轮进行测试的目的，解决了测试的通用性问题。
本发明的另一目的在于提出一种自由状态下车轮力传递函数测试装置，以实现触发一次即可获得近轮心位置处振动加速度与胎顶振动加速度数值，从而获得车轮力传递函数。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种自由状态下车轮力传递函数测试装置，包括可调支架、安装在车轮轮毂处的车轮力传递函数测试装置、安装在车轮力传递函数测试装置上的轮心加速度计、安装在车轮胎顶处的胎顶加速度计、力触发装置、数据采集器以及计算机；所述车轮力传递函数测试装置包括圆盘以及安装在圆盘上的偏心凸台，偏心凸台的偏心面平行于圆盘主平面，偏心凸台的水平面平行于地面，偏心凸台的竖直面垂直于地面；所述轮心加速度计、胎顶加速度计通过连接线连接到数据采集器的输入端；所述力触发装置连接至数据采集器的输入端；所述数据采集器的输出端连接所述计算机。
进一步的，所述圆盘通过内六角紧固螺栓与轮毂装配一起，所述圆盘上还设有微调连接孔，用于微调圆盘。
进一步的，所述轮心加速度计安装在偏心凸台的偏心面上，并且轮心加速度计的几何中心与所述圆盘的圆心共轴，胎顶加速度计位于车轮胎顶与胎皮相切位置。
进一步的，所述偏心凸台的水平面沿竖直向上方向偏离圆盘圆心10mm，偏心凸台的竖直面沿水平向右方向偏离圆盘圆心10mm。
进一步的，所述轮心加速度计为三轴加速度传感器。
进一步的，所述胎顶加速度计为三轴加速度传感器。
所述一种自由状态下车轮力传递函数测试装置与上述一种自由状态下车轮力传递函数测试方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种自由状态下车轮力传递函数测试装置的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的车轮力传递函数测试装置的主视图；
图3为本发明实施例所述的车轮力传递函数测试装置的侧视图。
附图标记说明：
1-可调支架；2-车轮力传递函数测试装置；3-轮心加速度计；4-胎顶加速度计；5-力触发装置；6-数据采集器；7-计算机；21-内六角紧固螺栓；22-螺母；23-垫圈；24-圆盘；25-偏心凸台；26-微调连接孔；251-偏心面；252-水平面；253-竖直面；254-圆弧面。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示的一种整车状态下车轮力传递函数测试装置图，测试方法包括以下步骤：
(1)确定车轮位置：
如图1所示，通过橡皮绳将车轮吊起并脱离地面，通过可调支架1调节车轮高度到离地面10cm高度，在轮胎台面上端最中央防止水平仪，通过水平仪来调节并控制轮胎表面的水平度，以调整车轮相对位置使其胎侧面垂直于地面，以保证轮毂与制动盘连接面垂直于地面。
(2)安装车轮力传递函数测试装置2：
如图2、3所示，车轮力传递函数测试装置2，包括盘体、内六角紧固螺栓21、与螺栓配套螺母22、垫圈23，盘体包括圆盘24、偏心凸台25、微调连接孔26，偏心凸台25包括：偏心面251、水平面252、竖直面253与圆弧面254，偏心面251平行于圆盘24主平面，水平面252平行于地面，竖直面253与于地面。以圆盘24的圆心为中心，规定与偏心凸台25的水平面垂直且方向向上为Z方向，与偏心凸台25的竖直面253垂直且朝向车头方向为X方向，与偏心凸台25的偏心面251垂直方向为Y方向；偏心凸台25的水平面252在Z向偏离圆心o为10mm，偏心凸台25的竖直面253在-X向偏离圆心o为10mm，以确保轮心加速度计3可以安装在轮心位置处。
偏心凸台25用于降低车轮力传递函数测试装置质量，以降低附加质量对测试系统的影响，同时也用于确保每次测试都能获取轮心位置处振动数值以及降低力传递函数试验测试难度，保证每次测试结果的一致性。
安装时，将圆盘24背离偏心凸台25面与轮毂靠近刹车盘侧结合，并且使圆盘24中心与轮心同轴；再次使得偏心凸台25的水平面251与地面平行，通过水平面布置平衡仪来确保其水平位置；最后通过内六角紧固螺栓21将圆盘24与轮毂装配一起，调节水平面与地面平行度时可以通过微调连接孔26来实现其水平要求。
在安装好车轮力传递函数测试装置2后，再次通过在轮胎胎顶位置放置水平仪来调整中车轮胎面的水平位置，以确保胎面的水平位置。
其中，圆盘24起到布置轮心加速度计3作用与力触发装置5传递敲击力作用，内六角紧固螺栓21、螺母22与垫圈23起到与轮毂紧固作用。圆盘24作为安装轮心加速度计3与力触发装置5施力体，通过其背离偏心凸台25侧与车轮轮毂靠近刹车盘侧相贴合来传递轮心到胎皮之间的作用力。圆盘24上分布有5个微调连接孔26，用于微调圆盘24。
(3)在偏心凸台25的偏心面上布置轮心加速度计3，轮心加速度计3为三轴加速度传感器，使得轮心加速度计3的X、Y、Z向分别与偏心凸台25三个方向分别平行，即：使其轮心加速度计3的Y面与偏心凸台25的偏心面251平行，轮心加速度计3的Z面与偏心凸台25的水平面252平行，轮心加速度计3的X面与偏心凸台25的竖直面253平行，并且保证轮心加速度计3的几何中心与圆盘24的圆心o共轴，通过粘合胶将轮心加速度计3与偏心凸台25相粘合；
在车轮胎顶布置胎顶加速度计4，胎顶加速度计4为三轴加速度传感器，其中胎顶加速度计4的X、Y、Z向分别与轮心加速度计3三个方向分别平行，且保证胎顶加速度计4位于车轮胎顶与胎皮相切位置，使得胎顶加速度计4位于在车轮轮心正上方，通过粘合胶将胎顶加速度计4与胎皮相粘合。
(4)分别将轮心加速度计3与胎顶加速度计4连接到数据采集器6，同时将力触发装置5连接到数据采集器6，确保测试获取的各个信号能同时输入到数据采集器6，即在力触发装置5激发车轮力传递函数测试装置2后，计算机7能立刻获得力触发装置5、轮心加速度计3与胎顶加速度计4的振动信号。
(5)计算轮心点对力触发装置激励信号的传递函数HX10/HY10/HZ10以及胎顶加速度计信号对力触发装置激励信号的传递函数HX20/HY20/HZ20：
用力触发装置5分别锤击偏心凸台25的偏心面251、水平面252、竖直面253三个方向，获得三个方向的力触发装置激励信号，同时利用数据采集器6记录三个方向的力触发装置的激励信号HX0/HY0/HZ0，以及轮心加速度计响应信号HX1/HY1/HZ1，以及胎顶加速度计信号HX2/HY2/HZ2，用轮心加速度计响应信号与力触发装置激励信号的比值表示轮心点对力触发装置激励源信号的传递函数HX10/HY10/HZ10，用胎顶加速度计信号与力触发装置激励信号的比值表示轮胎顶部加速度计信号对力触发装置激励源信号的传递函数HX20/HY20/HZ20；
(6)按照下式计算得到车轮轮心到轮胎顶部台面的力传递函数，即车轮力传递函数：
本发明实施例提供了一种自由状态下车轮力传递函数测试方法，与其他轮胎车轮力传递函数测试方法相比较，本专利针对车轮力传递率测试设计一套车轮力传递函数测试装置，应用该装置简化了车轮力传递函数测试过程，仅需力锤敲击一次，即可获得车轮力传递函数；同时确保了每次测试获得车轮轮心位置处振动水平的稳定性；另外，车轮力传递函数测试装置使得X/Y/Z三个方向的激振更加方便与准确。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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)
1.一种自由状态下车轮力传递函数测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)被测轮胎与测试设备安装：将轮胎悬挂于可调支架上，在车轮的轮毂处安装车轮力传递函数测试装置，车轮力传递函数测试装置包括与轮心同轴的圆盘以及设置在圆盘中心位置处的偏心凸台，偏心凸台包括偏心面、水平面、竖直面和圆弧面，在偏心凸台的偏心面上布置轮心加速度计，在轮胎顶部布置胎顶加速度计，将轮心加速度计和胎顶加速度计通过连接线连接到数据采集器的输入端，同时将力触发装置连接到数据采集器的输入端，数据采集器的输出端通过连接线连接至计算机；
(2)计算轮心加速度计信号对力触发装置激励信号的传递函数HX10/HY10/HZ10以及胎顶加速度计信号对力触发装置激励信号的传递函数HX20/HY20/HZ20：
用力触发装置分别锤击圆盘的偏心凸台的偏心面、水平面、竖直面三个方向，获得力触发装置激励信号，同时利用数据采集器采集得到三个方向的力触发装置激励信号HX0/HY0/HZ0，以及轮心加速度计响应信号HX1/HY1/HZ1，以及轮胎顶部加速度计响应信号HX2/HY2/HZ2，传输至计算机内处理，用轮心加速度计响应信号与力触发装置激励信号的比值表示轮心点对力触发装置激励源信号的传递函数HX10/HY10/HZ10，用胎面加速度计响应信号与力触发装置激励信号的比值表示轮胎顶部加速度计信号对力触发装置激励源信号的传递函数HX20/HY20/HZ20；
(3)按照下式计算得到车轮轮心到轮胎顶部胎面的力传递函数，即车轮力传递函数：
2.根据权利要求1所述的一种自由状态下车轮力传递函数测试方法，其特征在于：所述步骤(1)中偏心凸台的偏心面平行于圆盘主平面，水平面平行于地面，竖直面垂直于地面。
3.根据权利要求1所述的一种自由状态下车轮力传递函数测试方法，其特征在于：所述步骤(1)中轮心加速度计安装在偏心凸台的偏心面上，并且轮心加速度计的几何中心与所述圆盘的圆心共轴，胎顶加速度计位于车轮胎顶与胎皮相切位置。
4.根据权利要求1所述的一种自由状态下车轮力传递函数测试方法，其特征在于：所述步骤(1)中偏心凸台的水平面沿竖直向上方向偏离圆盘圆心10mm，偏心凸台的竖直面沿水平向右方向偏离圆盘圆心10mm。
5.一种自由状态下车轮力传递函数测试装置，包括可调支架、安装在车轮胎顶处的胎顶加速度计、力触发装置、数据采集器以及计算机，所述力触发装置连接至数据采集器的输入端；所述数据采集器的输出端连接所述计算机，其特征在于：还包括安装在车轮轮毂处的车轮力传递函数测试装置、安装在车轮力传递函数测试装置上的轮心加速度计；所述车轮力传递函数测试装置包括圆盘以及安装在圆盘上的偏心凸台，偏心凸台的偏心面平行于圆盘主平面，偏心凸台的水平面平行于地面，偏心凸台的竖直面垂直于地面；所述轮心加速度计、胎顶加速度计通过连接线连接到数据采集器的输入端；所述偏心凸台的水平面沿竖直向上方向偏离圆盘圆心10mm，偏心凸台的竖直面沿水平向右方向偏离圆盘圆心10mm。
6.根据权利要求5所述的一种自由状态下车轮力传递函数测试装置，其特征在于：所述圆盘通过内六角紧固螺栓与轮毂装配一起，所述圆盘上还设有微调连接孔，用于微调圆盘。
7.根据权利要求5所述的一种自由状态下车轮力传递函数测试装置，其特征在于：所述轮心加速度计安装在偏心凸台的偏心面上，并且轮心加速度计的几何中心与所述圆盘的圆心共轴，胎顶加速度计位于车轮胎顶与胎皮相切位置。
8.根据权利要求5所述的一种自由状态下车轮力传递函数测试装置，其特征在于：所述轮心加速度计为三轴加速度传感器。
9.根据权利要求5所述的一种自由状态下车轮力传递函数测试装置，其特征在于：所述胎顶加速度计为三轴加速度传感器。
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