CN108692956A - 双横梁汽车悬架振动试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双横梁汽车悬架振动试验装置及方法，包括底座，设于底座中的动力装置，与动力装置连接的活塞杆，设于底座上的两条立柱导轨，设于两条立柱导轨上的上横梁，设于上横梁上的第一位移传感器；阻尼器上端通过第一力传感器与上横梁下表面连接，上横梁上设有若干块配重块，第一力传感器、动力装置和第一位移传感器均与控制器电连接。本发明具有可同时支持被动悬架、半主动悬架和主动悬架的研发与测试的特点。

Description

双横梁汽车悬架振动试验装置及方法

技术领域

本发明涉及汽车悬架研发及其减振性能测试技术领域，尤其是涉及一种可进行汽车悬架试验和阻尼试验的双横梁汽车悬架振动试验装置及方法。

背景技术

阻尼器是用于提供运动的阻力、耗减运动能量的装置，在汽车、航空、军工、机械等行业中的机构减振、隔振中应用广泛。为了研发、设计出满足特定性能指标的阻尼器，能够进行阻尼器动力学性能标定和疲劳试验的振动试验台是必不可少的。最近流行的磁流变阻尼器是一种性能十分优秀的半主动减振、隔振控制装置，容易实现对工程结构地震反应和风振反应的高品质控制，具有广阔的应用前景。

振动试验台是一种用以模拟试件在制造、运输及工作阶段中可能遭遇的各种振动环境，检定试件是否具有在特定振动环境下稳定工作的可靠性的试验器械。其广泛应用于汽车、航空、军工、机械等行业中产品的研发制造阶段。

其中，汽车悬架振动试验台专门用于汽车悬架振动性能的检测，对于汽车驾驶过程中的平顺性、稳定性、舒适性及车辆的轻量化具有极大的影响作用，因此其在整车设计阶段具有重要的地位。

汽车悬架共包括被动悬架、半主动悬架和主动悬架三大类。被动悬架参数一经选定就无法改变，因此其只能适应单一的工况。随着我国科学技术的突飞猛进，半主动悬架、主动悬架逐渐占据市场。半主动悬架与主动悬架采用智能控制，可根据实际工况对悬架参数进行调节，从而兼顾汽车的平顺性与稳定性，符合当下汽车行业的发展趋势。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中振动试验台对不同试验要求实用性差的不足，提供了一种可进行汽车悬架试验和阻尼试验的双横梁汽车悬架振动试验装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种双横梁汽车悬架振动试验装置，包括底座，设于底座中的动力装置，与动力装置连接的活塞杆，设于底座上的两条立柱导轨，设于两条立柱导轨上的上横梁，设于上横梁上的第一位移传感器；阻尼器上端通过第一力传感器与上横梁下表面连接，上横梁上设有若干块配重块，第一力传感器、动力装置和第一位移传感器均与控制器电连接。

作为优选，所述阻尼器替换为作动器，作动器与控制器电连接；还包括设于两条立柱导轨上的下横梁，与下横梁连接的第二位移传感器；作动器上套设第一弹簧，作动器下端通过第二力传感器与下横梁上表面连接；活塞杆上端通过第二弹簧与下横梁下表面连接，第一弹簧下端与第二横梁上表面连接；活塞杆上端通过夹具与第二弹簧连接，下横梁上设有若干块配重块，第二位移传感器、第二力传感器均与控制器电连接。

汽车悬架试验与阻尼试验在汽车整车设计中均具有广泛的应用，然而在现有的技术中，两项试验分别由两种不同的试验器械完成，该领域的研究人员不得不同时购入两种试验器械，这必然会产生高额的试验经费。因此，能够将多项试验整合在一个试验器械上完成，是该领域目前亟待解决的现实问题。

目前相当多的汽车悬架振动试验台仅针对被动悬架检测，缺乏对半主动悬架与主动悬架研发、测试的支持，客观试验器械功能的不完备限制了半主动悬架与主动悬架的研究发展，本发明既可进行汽车悬架试验，也可进行阻尼试验，大大降低研发成本，为该领域的研究人员提供了最优的选择。

本发明可同时支持被动悬架、半主动悬架和主动悬架的研发与测试，通过控制器测控系统驱动悬架上的作动器，可以方便地修改半主动悬架、主动悬架的控制规律，提高悬架的减振性能。

作为优选，底座上设有2条立杆，第一位移传感器和第二位移传感器分别固定于立杆上。

作为优选，两条立柱导轨上端设有顶板。

作为优选，动力装置包括蓄能器，液压缸，与液压缸连接的活塞、阀块和与阀块连接的2个伺服阀，活塞与活塞杆连接，2个伺服阀均与控制器电连接。

作为优选，活塞杆通过阻尼器夹具与阻尼器连接。

一种双横梁汽车悬架振动试验装置的方法，包括如下阻尼试验步骤：

将上横梁固定在两条立柱导轨上，将阻尼器下端通过阻尼器夹具固定在活塞杆上端，控制器控制动力装置带动活塞杆往复推拉阻尼器，第一力传感器和第一位移传感器记录数据，控制器将第一位移传感器检测的数据微分后得到活塞杆速度数据，绘制阻尼器的“力——速度关系曲线”与“力——位移关系曲线”，利用两幅曲线计算获得阻尼器性能。

一种双横梁汽车悬架振动试验装置的方法，包括如下汽车悬架试验步骤：

控制器控制动力装置带动活塞杆推动上横梁和下横梁往复运动，控制器通过第一位移传感器获得上横梁振动信息，控制器控制作动器产生用于缓冲上横梁振动的反向振动；上横梁板、下横梁板均沿着两条立柱导轨滑动，利用第一力传感器、第二力传感器、第一位移传感器和第二位移传感器检测的数据进行分析。

因此，本发明具有如下有益效果：可同时支持被动悬架、半主动悬架和主动悬架的研发与测试，通过驱动悬架上的作动器，可以方便地修改半主动悬架、主动悬架的控制规律，提高悬架的减振性能；

不仅支持汽车悬架簧上质量可调，同时也支持对簧下质量的调整，可以模拟更为复杂的工况，具有强大的适应能力。

可以方便地更换悬架弹簧和作动器，通过改变悬架作动器的类型，可以进行被动、半主动、主动悬架的垂向动力学试验，并确保测试数据的可靠性与准确性；

同时，还可以进行被动、半主动阻尼器的动力学性能标定及疲劳试验，可以方便地修改阀控液压缸的控制程序和主动、半主动悬架的控制规律，并可进一步进行悬架控制策略的在线优化设计以及系统特性识别等。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是本发明的一种原理框图；

图3是本发明的一种车身加速度增益幅频特性图；

图4是本发明的一种悬架动行程增益幅频特性图；

图5是本发明的一种轮胎动载荷增益幅频特性。

图中：底座1、动力装置2、活塞杆3、立柱导轨4、上横梁5、第一位移传感器6、第一力传感器7、第一弹簧8、配重块9、下横梁10、第二位移传感器11、加速度传感器12、第二力传感器13、第二弹簧14、顶板15、立杆16、控制器17、蓄能器201、液压缸202、活塞203、阀块204、伺服阀205。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例1

如图1、图2所示的实施例是一种双横梁汽车悬架振动试验装置，包括底座1，设于底座中的动力装置2，与动力装置连接的活塞杆3，设于底座上的两条立柱导轨4，设于两条立柱导轨上的上横梁5，设于上横梁上的第一位移传感器6；阻尼器上端通过第一力传感器7与上横梁下表面连接，阻尼器上套设有第一弹簧8，第一弹簧下端与活塞杆上端连接，上横梁上设有6块配重块9，第一力传感器、动力装置和第一位移传感器均与控制器17电连接。上横梁上各块配重块用于模拟车身的重量。

底座上设有2条立杆，第一位移传感器和第二位移传感器分别固定于立杆16上。两条立柱导轨上端设有顶板15。

动力装置包括蓄能器201，液压缸202，与液压缸连接的活塞203、阀块204和与阀块连接的2个伺服阀205，活塞与活塞杆连接，2个伺服阀均与控制器电连接。

阻尼试验步骤：

将上横梁固定在两条立柱导轨上，将阻尼器下端通过阻尼器夹具固定在活塞杆上端，控制器控制动力装置带动活塞杆往复推拉阻尼器，第一力传感器和第一位移传感器记录数据，控制器将第一位移传感器检测的数据微分后得到活塞杆速度数据，绘制阻尼器的“力——速度关系曲线”与“力——位移关系曲线”，利用两幅曲线计算获得阻尼器性能。

实施例2

实施例2包括实施例1的所有结构，如图1、图2所示，实施例2将所述阻尼器替换为作动器，作动器与控制器电连接；还包括设于两条立柱导轨上的下横梁10，与下横梁连接的第二位移传感器11；作动器上套设第一弹簧8，作动器下端通过第二力传感器13与下横梁上表面连接；活塞杆上端通过第二弹簧14与下横梁下表面连接，第一弹簧下端与第二横梁上表面连接；活塞杆上端通过夹具与第二弹簧连接，下横梁上设有5块配重块9，第二位移传感器、第二力传感器均与控制器电连接。下横梁上的各块配重块用于模拟车轮重量。

包括如下汽车悬架试验步骤：

控制器控制动力装置带动活塞杆推动上横梁和下横梁往复运动，控制器通过第一位移传感器获得上横梁震动信息，控制器控制作动器产生用于缓冲上横梁震动的震动信号；上横梁板、下横梁板均沿着两条立柱导轨滑动，利用第一力传感器、第二力传感器、第一位移传感器和第二位移传感器检测的数据进行分析。

底座下部设有T形固定杆，T形固定杆埋入地面中，用于增强底座的稳定性。

车辆悬架的性能可通过以下几个指标进行评价：

被动悬架垂向动力学试验：

舒适性评价

舒适性主要是保持车辆在行驶过程中产生的振动和冲击环境对乘员舒适性的影响在一定界限以内，主要根据乘员主观感觉的舒适性来评价，对于载货汽车还包括货物完好的性能，它是评价现代高速汽车的主要性能指标之一，主要由加速度增益图像表征。

如图3所示的车身加速度增益幅频特性中，横坐标为频率，纵坐标为车身加速度传感器(上横梁加速度传感器)信号与车身位移传感器(上横梁位移传感器)信号之比。

悬架动行程

在运动空间一定的情况下，悬架动行程太大会增加行驶中撞击限位块的概率，即发生悬架被击穿的现象，使平顺性变坏；而悬架动行程过小的话，又会向车身传递更多的冲击，也会破坏乘坐舒适性。由于汽车总体设计的限制，悬架的动行程是有限的，因此悬架运动行程是评价悬架性能的一个重要的指标。

如图4所示的悬架动行程增益幅频特性中，横坐标为频率，纵坐标为车身位移传感器(上横梁位移传感器)信号与车轮位移传感器(下横梁位移传感器)信号之比。

轮胎动载荷

由于振动引起轮胎和地面之间的载荷随时间变化，当动载荷为负而导致轮胎总载荷变小时，将影响轮胎的抓地能力，直接影响行驶的安全性。

如图5所示的轮胎动载荷幅频特性中，横坐标为频率，纵坐标为轮胎动载荷(液压缸活塞杆力传感器)与车轮位移传感器(下横梁位移传感器)信号之比。

振动传递率

振动传递率是指在汽车行驶过程中，车身的加速度(上横梁加速度传感器)与轮胎的加速度(下横梁加速度传感器)之比，用来表征汽车悬架的减振性能。

半主动/主动悬架垂向动力学试验：

半主动/主动悬架可通过传感器反馈的路面状况与车身姿态对悬架作动器的阻尼系数进行调节，从而改善汽车行驶的平顺性和稳定性。

控制器根据各传感器返回的数据控制作动器驱动器，以调节悬架作动器的阻尼系数。减小的悬架阻尼系数可以在一定程度上改善通过座椅减振的人体的舒适性，但却增加了悬架动行程和轮胎动载荷。在进行悬架设计的过程中，必须在舒适性要求与悬架动行程和轮胎动载荷要求之间进行协调。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种双横梁汽车悬架振动试验装置，其特征是，包括底座(1)，设于底座中的动力装置(2)，与动力装置连接的活塞杆(3)，设于底座上的两条立柱导轨(4)，设于两条立柱导轨上的上横梁(5)，设于上横梁上的第一位移传感器(6)；阻尼器上端通过第一力传感器(7)与上横梁下表面连接，上横梁上设有若干块配重块(9)，第一力传感器、动力装置和第一位移传感器均与控制器(17)电连接。

2.根据权利要求1所述的双横梁汽车悬架振动试验装置，其特征是，所述阻尼器替换为作动器，作动器与控制器电连接；作动器上套设第一弹簧(8)；还包括设于两条立柱导轨上的下横梁(10)，与下横梁连接的第二位移传感器(11)；作动器下端通过第二力传感器(13)与下横梁上表面连接；活塞杆上端通过第二弹簧(14)与下横梁下表面连接，第一弹簧下端与第二横梁上表面连接；活塞杆上端通过夹具与第二弹簧连接，下横梁上设有若干块配重块(9)，第二位移传感器、第二力传感器均与控制器电连接。

3.根据权利要求2所述的双横梁汽车悬架振动试验装置，其特征是，底座上设有2条立杆，第一位移传感器和第二位移传感器分别固定于立杆(16)上。

4.根据权利要求1所述的双横梁汽车悬架振动试验装置，其特征是，两条立柱导轨上端设有顶板(15)。

5.根据权利要求1所述的双横梁汽车悬架振动试验装置，其特征是，动力装置包括蓄能器(201)，液压缸(202)，与液压缸连接的活塞(203)、阀块(204)和与阀块连接的2个伺服阀(205)，活塞与活塞杆连接，2个伺服阀均与控制器电连接。

6.根据权利要求1或3或4或5所述的双横梁汽车悬架振动试验装置，其特征是，活塞杆通过阻尼器夹具与阻尼器连接。

7.一种基于权利要求1所述的双横梁汽车悬架振动试验装置的方法，其特征是，包括如下阻尼试验步骤：

将上横梁固定在两条立柱导轨上，将阻尼器下端通过阻尼器夹具固定在活塞杆上端，控制器控制动力装置带动活塞杆往复推拉阻尼器，第一力传感器和第一位移传感器记录数据，控制器将第一位移传感器检测的数据微分后得到活塞杆速度数据，绘制阻尼器的“力——速度关系曲线”与“力——位移关系曲线”，利用两幅曲线计算获得阻尼器性能。

8.一种基于权利要求2所述的双横梁汽车悬架振动试验装置的方法，其特征是，包括如下汽车悬架试验步骤：

控制器控制动力装置带动活塞杆推动上横梁和下横梁往复运动，控制器通过第一位移传感器获得上横梁振动信息，控制器控制作动器产生用于缓冲上横梁振动的反向振动；上横梁板、下横梁板均沿着两条立柱导轨滑动，利用第一力传感器、第二力传感器、第一位移传感器和第二位移传感器检测的数据进行分析。