CN108709751A - 一种用于室内汽车平顺性试验的教学试验台及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于室内汽车平顺性试验的教学试验台及系统，包括：底座；竖直固定在所述底座上的四根导向轴；由上至下依次滑动设置在四根导向轴上的上平板、中平板和下平板，各板及底座之间的导向轴上分别设置有弹簧；所述上平板上设置有簧载质量配重块、传感器；所述平板上设置有非簧载质量配重块和位移传感器，所述上平板和中平板之间连接设置有可调阻尼机构；直线电机，竖直固定在底座上且输出端与下平板的底面驱动连接。本发明价格适中，体积小，结构简单，移动灵活，安装及拆卸方便并能够很好地反应基于1/4汽车的2自由度模型特性。能够直观演示汽车在不同路面激励下，簧载质量与非簧载质量的响应情况，满足汽车平顺性的教学要求与实训。

Description

一种用于室内汽车平顺性试验的教学试验台及系统

技术领域

本发明属于汽车教学领域，具体涉及一种用于室内汽车平顺性试验的教学试验台及系统。

背景技术

近来年，随着我国经济的飞速发展，汽车作为一种交通工具已走进千家万户，保有量大幅提高。与此同时，由于人们对于速度和舒适性的追求越来越高，汽车的行驶平顺性日益成为人们的研究重点。

随着汽车行业的蓬勃发展，汽车人才的需求量越来越大，平顺性作为汽车的重要性能之一，是教学中的关键内容。为达到更好的教学效果，需要试验台用于课堂教学及试验验证。目前汽车平顺性的研究主要是利用基于液压作动缸的试验装置，该装置作为教学设备体积太大、成本太高，且需要专业操作以保证安全性。因此目前迫切需要一种价格低廉，功能完善且便于操作的室内汽车平顺性教学试验台。

发明内容

本发明要解决的问题是：提供一种用于室内汽车平顺性试验的教学试验台及系统，其能直观演示汽车在不同路面激励下，簧载质量与非簧载质量的响应情况，满足汽车平顺性的教学要求。

为解决所述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于室内汽车平顺性试验的教学试验台，包括：

底座；

呈矩形分布地竖直固定在所述底座上的四根导向轴；

由上至下依次滑动设置在四根导向轴上的上平板、中平板和下平板，所述上平板和中平板之间的导向轴上、所述中平板和下平板之间的导向轴上、所述下平板和底座顶面之间的导向轴上分别设置有悬架弹簧、轮胎弹簧和支撑弹簧；所述上平板上设置有簧载质量配重块、加速度传感器和位移传感器；所述平板上设置有非簧载质量配重块和位移传感器，所述上平板和中平板之间连接设置有可调阻尼机构；

直线电机，竖直固定在底座上且输出端与下平板的底面驱动连接。

进一步地，所述的可调阻尼机构为摩擦阻尼。

进一步地，所述的可调阻尼机构包括调节板、两块摩擦片，所述调节板和其中一块摩擦片竖直平行地固定在所述上平板底面，另一块摩擦片竖直地固定在中平板上且与设置在所述上平板底面的摩擦片摩擦接触；所述调节板上设置有通过挤压调节两摩擦片之间摩擦力的调节螺钉。

进一步地，所述的上平板、中平板和下平板上沿对角至少设置有两个与所述导向轴滑动配合的直线轴承，起到导向与减小摩擦的作用。

进一步地，所述的底座包括上底板、下底板、竖直平行地均匀支撑设置在所述上底板和下底板之间的若干支撑杆。

进一步地，直线电机上设置有用于测量输入位移的位移传感器。

进一步地，所述的四根导向轴顶端固定设置有顶板。

进一步地，所述悬架弹簧、轮胎弹簧的数量均为两根，沿对角分别对称地安装在两根导向轴上。

一种用于室内汽车平顺性试验的教学试验系统，包括：

如所述的教学试验台；

电脑，通过电路连接数据采集卡，用于发送控制信号，以及根据采集的信息分析系统的固有频率以及车身加速度、悬架动行程和轮胎动载荷的幅频特性；

功率放大器，通过电路连接直线电机，用于将放大后的控制信号输入直线电机；

数据采集卡，通过电路连接各传感器和功率放大器，用于将各传感器采集的模拟数据进行模数转换后发送至电脑，以及，用于将电脑发送的控制信号进行数模转换后发送至功率放大器。

先比现有技术，本发明的有益效果是：

本试验台价格适中，体积小，结构简单，移动灵活，安装及拆卸方便并能够很好地反应基于1/4汽车的2自由度模型特性。作为一套完整的科研教学设备，本发明可用于《汽车理论》，《汽车构造》等课程的教学与实训。基于本发明，学生通过实际操作，在电脑上自行设计输入信号，可以更充分地理解汽车平顺性的基本概念，车身加速度、悬架动行程和轮胎动载荷的幅频特性以及各系统参数对振动响应的影响。

附图说明

图1为本发明实施例的立体结构示意图。

图2为本发明实施例的正视示意图。

图3为本发明另一实施例的工作原理示意图。

图中：1—导向轴；2—上平板；3—悬架弹簧；4—中平板；5—轮胎弹簧；6—下平板；7—簧载质量配重块；8—位移传感器；9—直线轴承；10—支撑弹簧；11—支撑杆；12—直线电机；13—调节板；14—调节螺钉；15—摩擦片；16—非簧载质量配重块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明专利的具体实施方式进行说明。

如图1和图2所示，一种用于室内汽车平顺性试验的教学试验台，包括：

底座；

呈矩形分布地竖直固定在所述底座上的四根导向轴1，所述的四根导向轴1顶端固定设置有顶板；

由上至下依次滑动设置在四根导向轴1上的上平板2、中平板4和下平板6，所述上平板2和中平板4之间的导向轴1上、所述中平板4和下平板6之间的导向轴1上、所述下平板6和底座顶面之间的导向轴1上分别设置有悬架弹簧3、轮胎弹簧5和支撑弹簧10；所述上平板2上设置有簧载质量配重块7、加速度传感器和位移传感器；所述平板2上设置有非簧载质量配重块16和位移传感器8，所述上平板2和中平板4之间连接设置有可调阻尼机构，上平板2、中平板4和下平板6分别模拟簧载质量，非簧载质量和路面，三块平板在竖直方向上依次排列，每块板都可以沿着竖直安装的导向轴1上下运动；

上平板2上方安装有簧载质量配重块7，可通过增加或减少配重块的数量来改变簧载质量。

中平板4下方安装有非簧载质量配重块16以及位移传感器，可通过增加或减少配重块的数量来改变非簧载质量。

直线电机12，竖直固定在底座上且输出端与下平板6的底面驱动连接，下平板6用来模拟路面，由直线电机12驱动，作为整个系统的输入源。所述直线电机12中设有位移传感器测量输入位移，并可以根据不同的控制信号输出相应位移，从而带动下平板模拟出不同的路面激励类型。

所述的可调阻尼机构为摩擦阻尼，包括调节板1、两块摩擦片15，所述调节板1和其中一块摩擦片15竖直平行地固定在所述上平板2底面，另一块摩擦片15竖直地固定在中平板4上且与设置在所述上平板2底面的摩擦片15摩擦接触；所述调节板1上设置有通过挤压调节两摩擦片15之间摩擦力的调节螺钉14。

摩擦力通过调节板13、调节螺钉14和两块摩擦片15产生及调节。所述两块摩擦片分别固定于上平板2和中平板4上。所述调节板13与其中一块摩擦片一起固定于上平板2，与摩擦片同步运动。所述调节板13上开有螺纹孔，调节螺钉14穿过螺纹孔将两块摩擦片压紧。通过所述调节螺钉14可以调节两块摩擦片之间的压紧力。由于摩擦力等于压紧力乘以摩擦系数，当摩擦系数不变时，可以通过调节压紧力来改变两块摩擦片之间的摩檫力，即系统中的阻尼力，从而达到阻尼可调的效果，观察阻尼对系统响应的影响。

所述的上平板2、中平板4和下平板6上沿对角至少设置有两个与所述导向轴1滑动配合的直线轴承9，起到导向与减小摩擦的作用。

所述的底座包括上底板、下底板、竖直平行地均匀支撑设置在所述上底板和下底板之间的若干支撑杆11，其作用是固定直线电机及保持整个试验台稳定。所述支撑弹簧套在直线轴承外，其作用是承受部件的静载。

所述悬架弹簧3、轮胎弹簧5的数量均为两根，沿对角分别对称地安装在两根导向轴1上，以保持平衡。所述的轮胎弹簧5为两个螺旋弹簧，与悬架弹簧3一样，所述螺旋弹簧并不是固定不变的，可以通过更换不同刚度的弹簧来改变系统特性，观察轮胎弹簧对系统响应的影响。

如图3所示，一种用于室内汽车平顺性试验的教学试验系统，包括：

所述的教学试验台；

电脑，通过电路连接数据采集卡，用于发送控制信号，以及根据采集的信息分析系统的固有频率以及车身加速度、悬架动行程和轮胎动载荷的幅频特性；

功率放大器，通过电路连接直线电机12，用于将放大后的控制信号输入直线电机12；

数据采集卡，通过电路连接各传感器和功率放大器，用于将各传感器采集的模拟数据进行模数转换后发送至电脑，以及，用于将电脑发送的控制信号进行数模转换后发送至功率放大器。

上述本试验台应用于汽车的平顺性教学中，其中由直线电机模拟出的路面不平度是系统输入；上平板、中平板、悬架弹簧、阻尼、轮胎弹簧等是振动系统；车身加速度、悬架动行程、轮胎动载荷是系统输出。学生可以通过电脑自行定义系统输入，再通过传感器采集的数据，得到系统输出。系统输出的具体定义及计算方式如下：

a）车身加速度：指按照ISO—2631标准进行加权后，车身各向加速度的均方根值。由于基于1/4车辆的2自由度模型只能反映车辆在垂向的运动，因此只有垂向加速度，由安装于上平板的加速度传感器测得。为保证汽车的平顺性，该指标需要越小越好。

b）悬挂动行程：指车身和轮胎之间的相对位移。可以通过安装在上平板和中平板上安装的位移传感器测得。该参数描述了悬架系统的静平衡位置与其垂向位移之间的变化程度，是评价车身姿态变化的指标。

c）轮胎动载荷：指悬架系统运动时，轮胎载荷相对于静平衡位置变化的均方根值，可以由中平板和下平板上安装的位移传感器测得二者之间的相对位移，再乘以轮胎弹簧刚度得到。轮胎动载荷是评价轮胎对地面附着能力的重要指标之一。

使用时，为让学生充分理解汽车平顺性的影响因素，可以进行以下几组试验：

a）改变直线电机12的输入信号，观察系统在不同类型激励下的响应情况；

b）增加或减少簧载质量配重块7，观察簧载质量对系统响应的影响；

c）更换悬架弹簧3，观察悬架弹簧刚度对系统响应的影响；

d）通过调节螺钉14调节悬架阻尼，观察悬架阻尼对系统响应的影响

e）增加或减少非簧载质量配重块16，观察非簧载质量对系统响应的影响；

f）更换轮胎弹簧5，观察轮胎弹簧刚度对系统响应的影响。

教学试验系统的工作过程如下：

如图3所示，在电脑中设置好所需的输入信号，信号先传输给数据采集卡，再传输给功率放大器。功率放大器将放大后的电流信号输入直线电机12，直线电机12根据输入信号带动下平板6做指定的直线往复运动。下平板6的运动通过轮胎弹簧5传递到中平板4，再通过悬架弹簧3和可调阻尼机构（调节板13、调节螺钉14、摩擦片15）传递到上平板2，从而使整个系统在直线电机12的激励下运动。安装在上平板2、中平板4和直线电机12中的传感器将簧载质量加速度、簧载质量位移、非簧载质量位移、路面位移等信息传递给数据采集卡，再由数据采集卡传递给电脑。根据采集到的数据，可以分析系统的固有频率以及车身加速度、悬架动行程和轮胎动载荷的幅频特性。

以上所述只是本发明的优选实施方式，而并非限制。熟悉本领域技术的人员显然可以很容易在不脱离本发明技术原理的前提下，对实施例做出各种改进和变形，因此这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于室内汽车平顺性试验的教学试验台，其特征在于，包括：

底座；

呈矩形分布地竖直固定在所述底座上的四根导向轴(1)；

由上至下依次滑动设置在四根导向轴(1)上的上平板(2)、中平板(4)和下平板(6)，所述上平板(2)和中平板(4)之间的导向轴(1)上、所述中平板(4)和下平板(6)之间的导向轴(1)上、所述下平板(6)和底座顶面之间的导向轴(1)上分别设置有悬架弹簧(3)、轮胎弹簧(5)和支撑弹簧(10)；所述上平板(2)上设置有簧载质量配重块(7)、加速度传感器和位移传感器(8)；所述平板(2)上设置有非簧载质量配重块(16)和位移传感器(8)，所述上平板(2)和中平板(4)之间连接设置有可调阻尼机构；

直线电机(12)，竖直固定在底座上且输出端与下平板(6)的底面驱动连接。

2.根据权利要求1所述的用于室内汽车平顺性试验的教学试验台，其特征在于：所述的可调阻尼机构为摩擦阻尼。

3.根据权利要求1所述的用于室内汽车平顺性试验的教学试验台，其特征在于：所述的可调阻尼机构包括调节板(1)、两块摩擦片(15)，所述调节板(1)和其中一块摩擦片(15)竖直平行地固定在所述上平板(2)底面，另一块摩擦片(15)竖直地固定在中平板(4)上且与设置在所述上平板(2)底面的摩擦片(15)摩擦接触；所述调节板(1)上设置有通过挤压调节两摩擦片(15)之间摩擦力的调节螺钉(14)。

4.根据权利要求1所述的用于室内汽车平顺性试验的教学试验台，其特征在于：所述的上平板(2)、中平板(4)和下平板(6)上沿对角至少设置有两个与所述导向轴(1)滑动配合的直线轴承(9)。

5.根据权利要求1所述的用于室内汽车平顺性试验的教学试验台，其特征在于：所述的底座包括上底板、下底板、竖直平行地均匀支撑设置在所述上底板和下底板之间的若干支撑杆(11)。

6.根据权利要求1所述的用于室内汽车平顺性试验的教学试验台，其特征在于：直线电机(12)上设置有用于测量输入位移的位移传感器(8)。

7.根据权利要求1所述的用于室内汽车平顺性试验的教学试验台，其特征在于：所述的四根导向轴(1)顶端固定设置有顶板。

8.根据权利要求1所述的用于室内汽车平顺性试验的教学试验台，其特征在于：所述悬架弹簧(3)、轮胎弹簧(5)的数量均为两根，沿对角分别对称地安装在两根导向轴(1)上。

9.一种用于室内汽车平顺性试验的教学试验系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至8中任一项所述的教学试验台；

电脑，通过电路连接数据采集卡，用于发送控制信号，以及根据采集的信息分析系统的固有频率以及车身加速度、悬架动行程和轮胎动载荷的幅频特性；

功率放大器，通过电路连接直线电机(12)，用于将放大后的控制信号输入直线电机(12)；

数据采集卡，通过电路连接各传感器和功率放大器，用于将各传感器采集的模拟数据进行模数转换后发送至电脑，以及，用于将电脑发送的控制信号进行数模转换后发送至功率放大器。