CN108535030B - 一种基于荷载反馈的半车浮动装置及半车位置跟随方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于荷载反馈的半车浮动装置及半车位置跟随方法，装置包括机架，主动平台，位测三角架及位测平台；机架上对应于主动平台和位测平台分别设有竖直设置的导轨；所述的主动平台、位测平台通过滑块分别置于相对应的导轨上；主动平台底部通过主动滑块导杆与主动三角架的第一角铰接，主动三角架的第二角与机架铰接，并通过传动装置与变频电机连接；位测平台的底部通过位测滑块导杆与位测三角架的第一角铰接，位测三角架的第二角与机架铰接；主动三角架的第三角通过拉杆与位测三角架的第三角铰接；位测平台上设有多个称重传感器。本发明结构简单可靠、同步精度高；控制响应快、位置跟随控制实现简单方便；空间布置灵活、结构紧凑。

Description

一种基于荷载反馈的半车浮动装置及半车位置跟随方法
技术领域
本发明属于重型车辆悬挂系统减振性能测试实验装置技术领域，具体是涉及一种基于荷载反馈的半车浮动装置及半车位置跟随方法。
背景技术
车辆悬挂系统性能对改善车内人员乘坐舒适性、降低车内噪声性和延长车辆服役周期都具有重要影响。车辆悬架参数优化及控制策略选取等悬架关键技术都需通过性能实验验证。现有的悬架实验大都采用1/4车辆模型或整车进行加载实验，但是采用1/4车辆模型的悬挂性能结果与实际偏差很大，而整车加载平台成本高，尤其对于重型车辆更甚。
对整车进行半车加载的悬挂系统性能测试是解决该矛盾，保障重型车辆悬挂系统性能测试准确性和经济性的有效方法。但是，整车进行半车加载时如何保障另一半的位置跟随是该方法实现的重大难题。专利ZL201410828974.9迫于该难题，提出了重新搭建半车模型进行加载的悬挂系统性能测试方式，只能模拟半车悬挂系统性能测试，还无法实现实车半车加载悬挂测试。半车位置跟随技术是保正实车半车悬挂性能试验成功开展迫切需要解决的关键技术。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种能够确保重型车辆整车进行半车加载悬挂系统性能测试方法的实现，以及测试结果的准确性和经济性的基于荷载反馈的半车浮动装置及使用该装置对实车半车激振加载进行位置跟踪的实现方法。
本发明采用的技术方案是：一种基于荷载反馈的半车浮动装置，包括机架，主动三角架，主动平台，导轨，位测三角架及位测平台；机架上对应于主动平台和位测平台分别设有竖直设置的导轨；所述的主动平台、位测平台通过滑块分别置于相对应的导轨上；
主动平台底部与主动滑块导杆上端铰接，主动滑块导杆下端与主动三角架的第一角铰接，主动三角架的第二角与机架铰接，并通过传动装置与变频电机连接；位测平台的底部与位测滑块导杆上端铰接，位测滑块导杆下端与位测三角架的第一角铰接，位测三角架的第二角与机架铰接；主动三角架的第三角与拉杆的一端铰接，拉杆的另一端与位测三角架的第三角铰接；位测平台上设有多个称重传感器。
上述的基于荷载反馈的半车浮动装置中，位测平台的中间位置设有均布的多个称重传感器。
上述的基于荷载反馈的半车浮动装置中，所述的传动装置包括法兰、传力轴及直角减速机；所述的法兰安装在主动三角架第二角处，传力轴的一端与法兰连接，另一端与直角减速机的输出轴连接，直角减速机的输入轴与变频电机连接。
上述的基于荷载反馈的半车浮动装置中，法兰上设有一对凹槽，传力轴朝向主动三角架的端部相对应的设有一对凹槽，传力轴与法兰通过传力块连接，传力块置于法兰和传力轴的凹槽内。
上述的基于荷载反馈的半车浮动装置中，直角减速机和变频电机安装在主动台安装座上，主动台安装座底部固定在机架底部；所述的导轨采用的是直线滚珠导轨；变频电机采用的是带刹车变频电机。
一种利用上述的基于荷载反馈的半车浮动装置的半车位置跟随方法，操作步骤如下：
(1)用两块同厚度支撑板分别垫在主动平台和位测平台上，标定称重传感器的采集数据至0；
(2)将待测车辆吊装放置在该装置上，使车辆底部车架对称与主动平台和位测平台接触，其中激振侧靠近位测平台设置；
(3)半车浮动跟随控制时，由半车正弦激振信号的位移和频率值，根据随动速度与最大激励速度相等确定变频电机的工作频率f；
(4)采集称重传感器的测量信号，按平均值计算确定荷载判别信号
(5)判别位测平台与车辆车架的相对位置，控制变频电机运转跟随：
当荷载判别信号值大于0并且不大于接触判别上限值psx时，变频电机刹车制动停止；当称重传感器平均测量值小于0时，变频电机反转，通过主动三角架带动主动平台上升，主动平台跟近测试车架；当称重传感器平均测量值大于接触判别上限值psx时，变频电机正转，通过主动三角架带动主动平台下降，主动平台远离测试车架。
上述的半车位置跟随方法中，步骤(3)中变频电机工作频率确定如下：
式中：f-为变频电机工作频率；F-激振频率；S-激振位移；k-转速变换系数；L1-主动三角架第一角铰链中心至与第二角铰链中心的距离；L2-主动滑块导杆两端的铰链中心之间的距离；e-主动三角架第二角处铰链中心与主动平台竖向中心线之间的距离；θ-主动三角架第一角处铰链中心与第二角处铰链中心的连线与竖直方向夹角。
上述的半车位置跟随方法中，步骤(4)的荷载判别信号其计算公式如下：
式中，荷载判别信号；mi-第i个传感器测量的平均值。
上述的半车位置跟随方法中，步骤(5)的接触判别上限值psx，其计算公式如下：
式中：M-车体质量；n-车轮个数。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的基于荷载反馈的半车浮动装置采用平行四杆结构带动两对称布置的曲柄滑块实现实车激励时的位置同步，结构简单可靠，机械同步精度高；
2.本发明的基于荷载反馈的半车浮动装置位置跟随采用多点平均荷载的荷载判断信息，根据力反馈判别接触状态，控制电机带动机构实现半车浮动，控制响应快、实现简单方便；
3.本发明的基于荷载反馈的半车浮动装置采用传力块传递扭矩，传力轴与主动三角架的连接简单、拆卸方便；
4.本发明的基于荷载反馈的半车浮动装置采用带刹车变频电机连接直角减速机的驱动方式，空间布置灵活、结构紧凑。
附图说明
图1为本发明的等轴测视图。
图2为本发明的主视图。
图3为本发明的俯视图。
图4为本发明的右视图。
图5为本发明A-A剖视图。
图6为本发明机构的原理图。
图7是本发明的半车位置跟随方法的流程图。
图中：1、机架，2、主动台支座，3、直角减速机，4、带刹车变频电机，5、主动三角架，6、主动滑块导杆，7、主动平台，8、直线滚珠导轨，9、平行拉杆，10、位测台支座，11、位测三角架，12、位测滑块导杆，13、位测平台，14、称重传感器，15、端盖，16、轴承内圈隔环，17、轴承外圈隔环，18、轴承，19、传力块，20、传动轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1-6所示，本发明的基于荷载反馈的半车浮动装置包括机架1，主动三角架5，主动台支座2，跟踪平台，直线滚珠导轨8，位测台支座10，位测三角架11及称重传感器14，跟踪平台包括主动平台7和位测平台13。所述的机架1的截面呈U形，机架1相对的面上分别竖直设有两个直线滚珠导轨8，所述的主动平台7和位测平台13相背的侧面通过滑块设置在相对应的直线滚珠导轨8上。
所述的主动平台7下部对称设有两个铰耳，与两主动滑块导杆6的上端通过销轴铰接，主动滑块导杆6下端通过销轴与主动三角架5第一角铰接，主动三角架5的第二角铰接在机架1上，第二角处设有法兰，法兰上设有一对凹槽，传力轴20朝向法兰一端相对应的设有一对凹槽，传力轴20与法兰通过传力块19连接，传力块19置于传力轴20和法兰的凹槽内。传力轴19上安装有两轴承18，轴承18固定在主动台安装座2安装孔内，安装孔外两侧装有端盖15，端盖15通过轴承内圈隔环16与轴承18连接，两轴承18通过轴承外圈隔环16定位，传力轴19另一端设花键槽，连接有直角减速机2的输出轴，直角减速机2的输入轴通过联轴器与带刹车变频电机4连接。所述的直角减速机2和带刹车变频电机4安装在主动台安装座2上，主动台安装座2底部固定在底座1机架上。
所述的位测平台13底部也设有两个铰耳，两个铰耳分别与一个位测滑块导杆12上端铰接，位测滑块导杆12下端与位测三角架11的第一角铰接，位测三角架11的第二角与机架1上的位测台支座10铰接。主动三角架5的第三角与拉杆9的一端铰接，拉杆9的另一端与相对应的位测三角架11的第三角铰接。位测平台13上中间处设有三个称重传感器14，三个称重传感器14均匀布置。
本发明的半车位置跟随方法，操作步骤如下：
1)首先用两块同厚度支撑板分别垫在主动平台7和位测平台13上，标定三个称重传感器14的采集数据至0，将待测车辆吊装放置该装置上，并使车辆底部车架对称与主动平台7和位测平台13接触，其中激振侧靠近位测平台13设置。
2)如图7所示，半车浮动跟随控制时，先由半车正弦激振信号的位移和频率值，根据随动速度与最大激励速度相等确定带刹车变频电机的工作频率f：
式中：f-为变频电机工作频率；F-激振频率；S-激振位移；k-转速变换系数；L1-主动三角架第一角铰链中心至与第二角铰链中心的距离；L2-主动滑块导杆两端的铰链中心之间的距离；e-主动三角架第二角处铰链中心与主动平台竖向中心线之间的距离；θ-主动三角架第一角处铰链中心与第二角处铰链中心的连线与竖直方向夹角。
3)采集称重传感器14的测量信号，按平均值计算确定获得荷载判别信号其公式如下：
式中，荷载判别信号；mi-第i个传感器测量的平均值。
4)判别位测平台13与车辆底架相对位置，当荷载判别信号值大于0并且不大于接触判别上限值psx时，带刹车变频电机4刹车制动停止；当荷载判别信号小于0时，带刹车变频电机4刹车松开，带刹车变频电机4反转，通过主动三角架5带动主动平台7上升，主动平台7跟近测试车架；当荷载判别信号大于接触判别上限值psx时，带刹车变频电机4刹车松开，带刹车变频电机4正转，通过主动三角架5带动主动平台7下降，主动平台7远离测试车架。其中：接触判别上限值psx计算公式如下：
式中，M-车体质量；n-车轮个数。

Claims (8)

1.一种半车位置跟随方法，其采用的基于荷载反馈的半车浮动装置包括机架，主动三角架，主动平台，导轨，位测三角架及位测平台；机架上对应于主动平台和位测平台分别设有竖直设置的导轨；所述的主动平台、位测平台通过滑块分别置于相对应的导轨上；
主动平台底部与主动滑块导杆上端铰接，主动滑块导杆下端与主动三角架的第一角铰接，主动三角架的第二角与机架铰接，并通过传动装置与变频电机连接；位测平台的底部与位测滑块导杆上端铰接，位测滑块导杆下端与位测三角架的第一角铰接，位测三角架的第二角与机架铰接；主动三角架的第三角与拉杆的一端铰接，拉杆的另一端与位测三角架的第三角铰接；位测平台上设有多个称重传感器；
操作步骤如下：
(1)用两块同厚度支撑板分别垫在主动平台和位测平台上，标定称重传感器的采集数据至0；
(2)将待测车辆吊装放置在该装置上，使车辆底部车架对称与主动平台和位测平台接触，其中激振侧靠近位测平台设置；
(3)半车浮动跟随控制时，由半车正弦激振信号的位移和频率值，根据随动速度与最大激励速度相等确定变频电机的工作频率f；
(4)采集称重传感器的测量信号，按平均值计算确定荷载判别信号
(5)判别位测平台与车辆车架的相对位置，控制变频电机运转跟随：
当荷载判别信号值大于0并且不大于接触判别上限值psx时，变频电机刹车制动停止；当称重传感器平均测量值小于0时，变频电机反转，通过主动三角架带动主动平台上升，主动平台跟近测试车架；当称重传感器平均测量值大于接触判别上限值psx时，变频电机正转，通过主动三角架带动主动平台下降，主动平台远离测试车架。
2.根据权利要求1所述的半车位置跟随方法，其特征是：位测平台的中间位置设有均布的多个称重传感器。
3.根据权利要求1所述的半车位置跟随方法，其特征是：所述的传动装置包括法兰、传力轴及直角减速机；所述的法兰安装在主动三角架第二角处，传力轴的一端与法兰连接，另一端与直角减速机的输出轴连接，直角减速机的输入轴与变频电机连接。
4.根据权利要求3所述的半车位置跟随方法，其特征是：法兰上设有一对凹槽，传力轴朝向主动三角架的端部相对应的设有一对凹槽，传力轴与法兰通过传力块连接，传力块置于法兰和传力轴的凹槽内。
5.根据权利要求3所述的半车位置跟随方法，其特征是：直角减速机和变频电机安装在主动台安装座上，主动台安装座底部固定在机架底部；所述的导轨采用的是直线滚珠导轨；变频电机采用的是带刹车变频电机。
6.根据权利要求1所述的半车位置跟随方法，步骤(3)中变频电机工作频率确定如下：
式中：f-为变频电机工作频率；F-激振频率；S-激振位移；k-转速变换系数；L1-主动三角架第一角铰链中心至与第二角铰链中心的距离；L2-主动滑块导杆两端的铰链中心之间的距离；e-主动三角架第二角处铰链中心与主动平台竖向中心线之间的距离；θ-主动三角架第一角处铰链中心与第二角处铰链中心的连线与竖直方向夹角。
7.根据权利要求1所述的半车位置跟随方法，步骤(4)中荷载判别信号其计算公式如下：
式中，荷载判别信号；mi-第i个传感器测量的平均值。
8.根据权利要求1所述的半车位置跟随方法，步骤(5)的接触判别上限值psx，其计算公式如下：
式中，M-车体质量；n-车轮个数。
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