CN109187056B - 一种具有真实路面特征的车轮悬架测试试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有真实路面特征的车轮悬架测试试验台，包括试验台、升降机构、驱动电机、伺服液压缸、转向节和车轮，驱动电机通过电机平台安装于升降机构上，升降机构的顶端设置有用于安装伺服液压缸的安装平台；伺服液压缸的输出端连接有减震器，减震器的底端与转向节的一端连接，转向节安装于车轮上，转向节还连接有转向拉杆和下摆臂，下摆臂的另一端通过摆臂支架安装于电机平台上，转向拉杆同样安装于电机平台上；驱动电机通过输出轴与车轮连接，试验台设置于车轮的下方。本发明在车轮疲劳试验台基础上进行新功能设计开发，设计出具有悬架系统、真实路面模型的一款综合测试试验台，弥补了现有车轮台架的不足。

Description

一种具有真实路面特征的车轮悬架测试试验台

技术领域

本发明涉及车轮疲劳试验技术领域，具体涉及一种具有真实路面特征的车轮悬架测试试验台。

背景技术

汽车车轮悬架在整个车辆中被定义为A级安全件(根据其影响汽车产品适用性的重要程度而对汽车零部件质量特性所进行的分级；一般分为关键特性、重要特性和一般特性。关键特性是指发生故障时，会发生人身事故、丧失产品主要功能、严重影响产品使用性能和降低产品寿命、对环境产生违反法规的污染，以及必然会引起使用者申诉的特性；关键特性的分级符号为“[A]”)，在汽车的行驶系中占据着举足轻重的地位。车轮在整个使用过程中，除了承受垂向力外，还要承受车辆启动和制动时扭矩的作用以及行驶过程中转弯和冲击等来自不同方向的不规则受力，这些受力往往是同时发生的，因此，在车轮设计过程除了满足强度、塑性、刚度以及硬度等主要性能指标外，疲劳寿命亦不容忽视。所有的零件在交付客户使用之前必须要通过各种物理试验如疲劳试验、冲击试验以及频率试验的检测，检测合格后才可以交付客户使用。

目前，检测车辆零部件疲劳耐久试验主要有两类：实车耐久道路试验和零部件疲劳台架试验。

1)整车道路试验中要经历高速、山路、乡村道路、城市道路以及其它各种各样强化路面(汽车试验场是进行汽车整车道路试验的场所；为满足汽车的实际行驶要求，汽车试验场集中修建的各种各样的试验路面，包括汽车高速行驶的环形跑道、可造成汽车强烈颠簸的凸凹不平的坏路以及动力学广场、坡道、ABS试验路、噪声试验路等,给汽车提供稳定的路面试验条件。不同的道路组合、经过集中、浓缩、不失真的强化，通过典型化的道路可缩短试验时间达到长时间相同里程的强度)的考验，通过试验场强化验证后零件才满足在整个设计生命周期内的耐久性。然而，整车零部件的疲劳耐久试验是一项非常耗时、耗资的工作，通过Mule Car(一般称为杂合车或骡子车，是指新车型开发初期，使用手工制造或改制零部件搭建的样车，用于空间装配检查、性能数据采集、强度及疲劳寿命试验)试验去发现零件问题的方式严重制约了现代产品研发中的短周期、高质量、低成本的要求。

2)台架试验能有效较少外部因素的影响，并有效控制试验时的各种影响，能非常方便地设定试验时的参数值，比如试验轮胎的转速、加载力、循环次数等，可以实现定量加速试验和连续不间断试验。

一款新车从产品设计初期到批量生产，整车厂要投入大量的人力与财力来验证整车、总成、零部件的耐久性。为加快研发进度，进行整车耐久性验证时都会选择较为恶劣的路况进行，一般要通过多轮试验验证，一轮十万公里的耐久性道路试验要进行四至八个月，试验场试验也要花费20天左右的时间。由于汽车底盘零部件设计周期较短，零部件耐久性试验从Mule Car就已经开始，借助零部件疲劳试验台架完成样件的疲劳破坏试验或截尾寿命试验，通过试验结果分析零件设计缺陷并优化，继而反复进行试验直至定型，能够真实反映恶劣路况对零部件疲劳寿命影响是台架试验的基本。目前车轮疲劳试验台主要有以下几种：

1)车轮弯曲疲劳试验台

车轮弯曲疲劳试验也称动态横向疲劳试验,该试验是使车轮承受一个旋转的弯矩，模拟车轮在行车中承受弯矩负荷，标准要求车轮在试验弯矩下经历一定的疲劳循环后不得出现裂纹等破坏现象。目前车轮弯曲疲劳试验主要有两种不同的方法：一种方法是让车轮30进行旋转，而载荷26固定不动，即车轮30随着加载臂29的旋转而旋转，在加载臂29一端施加一个固定的弯矩，对车轮产生旋转弯矩。把车轮与疲劳试验台的工作台面固定在一起，用电机来驱动工作台及与其固定在一起的车轮进行旋转运动，在加载臂的一侧连接上车轮30的轮毂，而在加载臂的另一侧则施加一个固定不变的力，用来实现对加载臂即车轮30轮轴产生一个旋转弯矩的效果，以便真实反映汽车车轮在行驶过程中承受旋转弯矩的实际状况。在模拟试验条件下，要求汽车车轮在经历了若干次循环载荷之后，不能产生由于疲劳所致的破坏(如图1所示)。

另一种方法是让车轮30静止不动，而载荷进行旋转，即车轮跟加载轴29固定，在加载臂一端施加一个相当于旋转弯矩效果的离心力。把车轮30与疲劳试验台的工作台面进行绑定，与第一种方法一样，在加载臂的一侧连接上车轮的轮毂。与第一种方法不一样的是，在加载臂的另一侧则装载一个不平衡的偏心质量块35，通过电机带动装载的不平衡偏心块35进行转动，用来产生一个离心力，进而实现对加载臂即车轮轮轴产生一个旋转弯矩作用在汽车的车轮上(如图2所示)。

综上所述,车轮弯曲疲劳试验台主要分为车轮旋转载荷不动的卧式结构和车轮固定载荷旋转的转向节结构。前者试验模拟了车轮实际行驶中受到旋转弯矩状态,更符合实际使用状况,后者安装车轮时对中、调试十分方便，但两种试验台都存在一个共同的问题，试验过程只加载车轮单一侧向受力，没有考虑车轮径向以及其他方向载荷共同作用下的影响，这与车轮在实际行驶过程的受力状态偏差较大，会导致最后的疲劳结果偏于保守，不利于新车研发轻量化、经济性发展趋势。

2)车轮径向疲劳试验台

车轮径向疲劳试验是使车轮承受一个径向压力并进行旋转的疲劳试验，模拟车轮在汽车行驶过程中承受车辆垂直负荷，标准要求车轮在试验负荷下经历一定的疲劳循环后不能出现可见裂纹等破坏现象。采用车轮的径向疲劳试验对车轮进行模拟试验，能够及早发现设计中的缺陷，避免不必要的资源浪费，从而为车轮的外形设计提供一定的依据。它具有与弯曲疲劳试验相同的优势，简单经济、试验效率高，但缺点是实验结果可靠性差，与车轮实际行驶道路工况有较大的距离，因此还需要进行道路试验进行验证。

3)双轴疲劳试验台

车轮在不同路况下行驶时会同时受到来自各个方向的载荷，因传统的弯曲和径向疲劳试验结果，每次仅模拟车轮单一方面的承载情况，很难代表车轮真实的服役情形。因此，在传统弯曲和径向试验台的基础上，出现了能够同时给车轮施以侧向和径向组合载荷的双轴疲劳试验台。但这种双轴试验台仅弥补了单一加载方式的不足，但并没有实际的路面特征，仍然不能精确的反映出车轮在实际行驶的工况状态。

可见，车轮台架试验完全不同于整车道路试验，因为整车道路试验是在真实的路面上进行的试验，由于有悬架的作用，会发生转弯、侧倾、制动、加速等工况，结果得到的试验数据是非常接近用户实际驾驶环境。而目前的双轴疲劳试验台转鼓是带有一定粗糙度转盘，转鼓表面并不具有实际路面特征，车轮与转鼓间相运动也不符合车辆行驶状态，试验台没有建立悬架系统，车轮运行状态很难反映出车轮在实际道路上运动的真实服役情况。因此，车轮疲劳寿命的最终验证工作必须在样车装配之后进行，若没有通过试验还需要下一轮的优化设计和重复验证，这大大增加了企业的产品开发成本与周期。现有的车轮疲劳试验台在进行车轮疲劳试验时，为了更符合实际，通常要设置等效修正系数，修正系数误差都会对车轮的疲劳结果产生显著影响，也就很难获取高精度的车轮疲劳寿命预测结果。

因此，提供一种具有真实路面特征的车轮悬架测试试验台，以解决现有技术所存在的上述缺点，成为现在亟待解决技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有真实路面特征的车轮悬架测试试验台，在车轮疲劳试验台基础上进行新功能设计开发，设计出具有悬架系统、真实路面模型的一款综合测试试验台，弥补了现有车轮台架的不足。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种具有真实路面特征的车轮悬架测试试验台，包括试验台、升降机构、驱动电机、伺服液压缸、转向节和车轮，所述驱动电机通过电机平台安装于所述升降机构上，所述升降机构的顶端设置有用于安装所述伺服液压缸的安装平台；所述伺服液压缸的输出端连接有减震器，所述减震器的底端与所述转向节的一端连接，所述转向节安装于所述车轮上，所述转向节还连接有转向拉杆和下摆臂，所述下摆臂的另一端通过摆臂支架安装于所述电机平台上，所述转向拉杆同样安装于所述电机平台上；所述驱动电机通过输出轴与所述车轮连接，所述试验台设置于所述车轮的下方。

优选的，所述升降机构包括丝杠电机以及并列设置的第一丝杠和第二丝杠，所述电机平台安装于所述第一丝杠和第二丝杠上，所述丝杠电机通过第一丝杠和第二丝杠控制所述电机平台上下运动，所述安装平台设置于所述第一丝杠和第二丝杠的顶端。

优选的，所述减震器与伺服液压缸通过力传感器连接，所述力传感器用于反馈所述伺服液压缸的压力值。

优选的，所述转向节通过螺栓与所述减震器相连，连接点安装有三向力传感器；所述转向节通过球铰与所述下摆臂相连，连接点安装有三向力传感器；所述摆臂支架与所述下摆臂通过衬套连接，连接点安装有三向力传感器；所述转向节通过球铰与所述转向拉杆相连，连接点安装有三向力传感器。

优选的，所述驱动电机与所述输出轴之间安装有减速器。

优选的，所述试验台包括驱动转鼓、阻尼转鼓、转鼓机架总成和强化路面，所述驱动转鼓、阻尼转鼓并排安装于所述转鼓机架总成上，所述强化路面安装于所述驱动转鼓、阻尼转鼓上，所述强化路面为履带强化路面，所述驱动转鼓与所述阻尼转鼓之间设置有支撑导轨，用于对所述履带强化路面进行支撑；所述车轮位于所述履带强化路面上。

优选的，所述转鼓机架总成安装于一地面传送带上。

优选的，所述阻尼转鼓为电力阻尼器，用于产生等同车辆行驶阻力的阻力矩，以调节转鼓转速，控制驱动车轮的转速。

优选的，所述试验台包括强化路面、转盘、转盘电机和阻尼电机，所述强化路面镶嵌于所述转盘上形成转盘强化路面；所述转盘电机和阻尼电机安装于所述转盘的下方，所述车轮位于所述转盘强化路面上。

优选的，所述强化路面的路面特征为石块路、卵石路、搓板路、凸块路或铁轨路。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、本发明基于试验场强化路面特征而设计的车轮疲劳试验台，能够模拟车轮在汽车试验场不同强化路面行驶状态的试验设备，可实现车轮旋转运行过程中的颠簸测试，能够高度替代Mule Car在试验场进行的车轮性能试验；从而可以将车轮疲劳寿命的验证工作放在零部件设计阶段进行，一定程度降低了企业的开发周期。

2、试验台具有悬架系统、真实路面模型，可方便复现开发或试验车型独立悬架结构设计和定位状态，试验过程能等效于试验车辆在实际路面行驶状态，省略了台架与整车试验之间等效修正过程，提高车轮疲劳寿命预测结果准确性。

3、在悬架各部件连接点都装有传感器，能够进行静态和动态测试实验和数据采集、提取，从而指导悬架模块及零部件的开发、设计和强度、耐久评估分析，有助于加速整车的开发进程、缩短产品设计方案选择验证时间、降低产品成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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为现有技术车轮弯曲疲劳试验台的结构示意图；

图2为现有技术中另一种车轮弯曲疲劳试验台的结构示意图；

图3为现有技术中车轮径向疲劳试验台的结构示意图

图4为本发明履带强化路面台架的第一视角结构示意图；

图5为本发明履带强化路面台架的第二视角结构示意图；

图6为本发明转盘强化路面台架的结构示意图；

图7为本发明三向力传感器的安装位置示意图；

其中，伺服液压缸1、力传感器2、减震器3、车轮4、履带强化路面5、驱动转鼓6、转鼓机架总成7、阻尼转鼓8、第一丝杠9、第二丝杠10、转向拉杆11、减速器12、输出轴13、摆臂支架14、下摆臂15、驱动电机16、电机平台17、丝杠电机18、转向节19、支撑导轨20、地面传送带21、转盘强化路面22、转盘电机23、阻尼电机24、三向力传感器25，载荷26，轮辋中心线27，支点28，加载轴29，车轮30，紧固31，旋转体32，力臂33，电机34，偏心块35，压板36，压变传感器37，弯轴38，转盘39，标准转鼓40，车轮组件41，径向载荷42。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种具有真实路面特征的车轮悬架测试试验台，在车轮疲劳试验台基础上进行新功能设计开发，设计出具有悬架系统、真实路面模型的一款综合测试试验台，弥补了现有车轮台架的不足。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图4、5和7所示，本实施例提供一种具有真实路面特征的车轮悬架测试试验台，包括试验台、升降机构、驱动电机16、伺服液压缸1、转向节19和车轮4，驱动电机16通过电机平台17安装于升降机构上，升降机构的顶端设置有用于安装伺服液压缸1的安装平台；伺服液压缸1的输出端连接有减震器3，减震器3的底端与转向节19的一端连接，转向节19安装于车轮4上，转向节还连接有转向拉杆11和下摆臂15，下摆臂15的另一端通过摆臂支架14安装于电机平台17上，转向拉杆11同样安装于电机平台17上；驱动电机16通过输出轴13与车轮4连接，试验台设置于车轮4的下方。

升降机构包括丝杠电机18以及并列设置的第一丝杠9和第二丝杠10，电机平台17的两侧分别安装于第一丝杠9和第二丝杠10上，丝杠电机18通过第一丝杠9和第二丝杠10控制电机平台17上下运动，安装平台设置于第一丝杠9和第二丝杠10的顶端，伺服液压缸1安装于安装平台上，减震器3与伺服液压缸1通过力传感器2连接，力传感器2反馈液压缸压力值。

转向节19通过螺栓与减震器3相连，连接点安装有三向力传感器25；转向节19通过球铰与下摆臂15相连，连接点安装有三向力传感器25；转向节19通过球铰与转向拉杆11相连，连接点安装有三向力传感器25。摆臂支架14与下摆臂15通过衬套连接，连接点安装有三向力传感器25，测试支架连接点受力。

驱动电机16与输出轴13之间安装有减速器12，驱动电机16经减速器12减速后通过输出轴13将扭矩传递到车轮4上，驱动车轮4转动。

本实施例试验台用于进行汽车车轮直线行驶各类工况模拟，试验台包括驱动转鼓6、阻尼转鼓8、转鼓机架总成7和强化路面，驱动转鼓6、阻尼转鼓8并排安装于转鼓机架总成7上，强化路面安装于驱动转鼓6、阻尼转鼓8上，强化路面为履带强化路面5，驱动转鼓与阻尼转鼓之间设置有支撑导轨20，用于对履带强化路面5进行支撑；车轮4位于履带强化路面5上。

驱动转鼓6采用转鼓电机，可驱动履带强化路面5运动；阻尼转鼓8是一台电力阻尼器，能产生等同车辆行驶阻力的阻力矩，以调节转鼓转速，控制驱动车轮的转速。

转鼓机架总成7安装于一地面传送带21上，地面传送带21用于替换不同特征路面的转鼓机架总成7；强化路面特征有石块路、卵石路、搓板路、凸块路、铁轨路等多种类型，能够模拟车轮4在汽车试验场不同强化路面行驶状态。

实施例二

如图6所示，本实施例为在实施例一的基础上进行的改进，其改进之处仅在于：对试验台进行改进。本实施例中试验台用于进行汽车车轮转弯的各类工况模拟，试验台包括强化路面、转盘、转盘电机23和阻尼电机24，强化路面镶嵌于转盘上形成转盘强化路面22，可进行更换路面特征；转盘电机23和阻尼电机24安装于转盘的下方，车轮4位于转盘强化路面22上；转盘电机23可作为动力源驱动转盘旋转，阻尼电机24能产生等同车辆行驶阻力的阻力矩，以调节转鼓转速，控制驱动车轮的转速。

本发明车轮悬架测试试验台的工作原理如下：

首先进行车轮悬架系统定位安装，由丝杠电机18驱动电机平台17将摆臂支架14调整到与实际车辆相符的位置上，将悬架各部件按汽车悬架设计状态进行定位安装，减震器3与伺服液压缸1相连，悬架外倾角、前束等车轮定位参数可参照整车设计要求进行调整，试验台控制器控制伺服液压缸1产生等效于1/4车身质量的下压力，力传感器2实时反馈监测压力值。

实施例一中的试验台用于进行汽车车轮直线行驶各类工况模拟，实施例二中的试验台可进行汽车车轮转弯的各类工况模拟；根据工况要求选择不同结构试验台进行试验。

车轮悬架测试试验台有两种工作模式：

一种是车轮作为驱动轮，此模式模拟汽车驱动轮运动。驱动电机16经过减速器12减速后，将转速和扭矩通过输出轴13传递给车轮4转动，由车轮带动强化路面运动，此时阻尼转鼓8(阻尼电机24)产生等同汽车行驶阻力的阻力矩，控制车轮转速，此时驱动转鼓6(转盘电机23)不输出动力，同时采集设备采集各个传感器信息用于零件设计、优化分析载荷使用。当一种路面试验完成后，进行更换下一种强化路面。

另一种是车轮作为被动轮，此模式模拟汽车被动轮运动。驱动转鼓6(转盘电机23)输出转速和扭矩驱动履带强化路面5(转盘强化路面22)运动，由履带强化路面5(转盘强化路面22)提供车轮4旋转，此时驱动电机16不输出动力，阻尼转鼓8(阻尼电机24)不产生阻力矩，同时采集设备采集各个传感器信息用于零件设计、优化分析载荷使用。当一种路面试验完成后，进行更换下一种强化路面。

本发明在车轮疲劳试验台基础上进行新功能设计开发，设计出具有悬架系统、真实路面模型的一款综合测试试验台，弥补了现有车轮台架的不足。依照试验场路面规范设计的具有真实路面特征的强化路面，通过台架试验可模拟车轮悬架系统在路面行驶的颠簸状态，实现车轮加速、制动、转弯等测试工况加载，能够进行不同特征路面组合试验，保证了在样车试制前能够有效的测试车轮及悬架部件强度、刚度、疲劳耐久性等车轮性能。同时在悬架各部件连接点都装有三向力传感器，测试悬架部件在试验过程中各点承受的载荷，可为悬架新产品设计提供初始参考载荷，降低新产品开发Mule Car路谱采集成本，有助于加速整车的开发进程、缩短产品设计方案选择验证时间、降低产品成本。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种具有真实路面特征的车轮悬架测试试验台，其特征在于：包括试验台、升降机构、驱动电机、伺服液压缸、转向节和车轮，所述驱动电机通过电机平台安装于所述升降机构上，所述升降机构的顶端设置有用于安装所述伺服液压缸的安装平台；所述伺服液压缸的输出端连接有减震器，所述减震器的底端与所述转向节的一端连接，所述转向节安装于所述车轮上，所述转向节还连接有转向拉杆和下摆臂，所述下摆臂的另一端通过摆臂支架安装于所述电机平台上，所述转向拉杆同样安装于所述电机平台上；所述车轮作为驱动轮或被动轮，所述驱动电机通过输出轴与所述车轮连接，所述试验台设置于所述车轮的下方；

所述升降机构包括丝杠电机以及并列设置的第一丝杠和第二丝杠，所述电机平台安装于所述第一丝杠和第二丝杠上，所述丝杠电机通过第一丝杠和第二丝杠控制所述电机平台上下运动，所述安装平台设置于所述第一丝杠和第二丝杠的顶端；所述减震器与伺服液压缸通过力传感器连接，所述力传感器用于反馈所述伺服液压缸的压力值；所述转向节通过螺栓与所述减震器相连，连接点安装有三向力传感器；所述转向节通过球铰与所述下摆臂相连，连接点安装有三向力传感器；所述摆臂支架与所述下摆臂通过衬套连接，连接点安装有三向力传感器；所述转向节通过球铰与所述转向拉杆相连，连接点安装有三向力传感器；

所述试验台包括驱动转鼓、阻尼转鼓、转鼓机架总成和强化路面，所述驱动转鼓、阻尼转鼓并排安装于所述转鼓机架总成上，所述强化路面安装于所述驱动转鼓、阻尼转鼓上，所述强化路面为履带强化路面，所述驱动转鼓与所述阻尼转鼓之间设置有支撑导轨，用于对所述履带强化路面进行支撑；所述车轮位于所述履带强化路面上；

或者，所述试验台包括强化路面、转盘、转盘电机和阻尼电机，所述强化路面镶嵌于所述转盘上形成转盘强化路面；所述转盘电机和阻尼电机安装于所述转盘的下方，所述车轮位于所述转盘强化路面上。

2.根据权利要求1所述的具有真实路面特征的车轮悬架测试试验台，其特征在于：所述驱动电机与所述输出轴之间安装有减速器。

3.根据权利要求2所述的具有真实路面特征的车轮悬架测试试验台，其特征在于：所述转鼓机架总成安装于一地面传送带上。

4.根据权利要求3所述的具有真实路面特征的车轮悬架测试试验台，其特征在于：所述阻尼转鼓为电力阻尼器，用于产生等同车辆行驶阻力的阻力矩，以调节转鼓转速，控制驱动车轮的转速。

5.根据权利要求4所述的具有真实路面特征的车轮悬架测试试验台，其特征在于：所述强化路面的路面特征为石块路、卵石路、搓板路、凸块路或铁轨路。

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