CN110186631A - 一种车身弯曲刚度测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车身弯曲刚度测量系统和方法，测量系统包括白车身、车身支撑装置、负荷加载装置和摄像头组，白车身至少一侧设有多个沿水平方向设置的测点；车身支撑装置包括支撑台和连接于支撑台上的支撑柱，支撑柱的顶端连接有悬架安装件，悬架安装件与白车身上预设的悬架安装点相连；负荷加载装置用于对白车身中间区域施加预定荷载的负荷；摄像头组包括多个光学摄像头，多个光学摄像头设于白车身上设有测点的一侧，且相邻的光学摄像头的拍摄区形成交叠区，且交叠区至少覆盖一个测点，且摄像头组用于记录白车身上测点在施加预定荷载前后的相对位置。

Description

一种车身弯曲刚度测量系统及方法

技术领域

本发明涉及汽车产品测试技术领域，具体涉及一种车身弯曲刚度测量系统及方法。

背景技术

车身弯曲刚度试验是汽车开发试验中的重要组成部分。通常是在试验室环境下，将白车身通过固定治具稳固地固定在钢平台上，并通过载荷设备对白车身的特定部位施加规定的载荷，并在考察的部位安装数十个千分尺。载荷施加完成后通过读取各个部位千分尺加载前后的数值来测量形变量、判定白车身弯曲刚性是否能满足要求。

传统的汽车车身弯曲刚度测试设备中车身支撑装置和负荷加载装置分开使用，其中车身支撑装置多为龙门架或T型架结构，负荷加载装置一般为力臂挂砝码式、伺服电机加齿轮箱，因此现有的支撑装置和负荷加载装置的刚度对测试结果产生较大的影响，通用性差，测试精度低。

在中国专利CN101281085A的专利文献中公开了“一种乘用车白车身结构静刚度测试系统”，包括约束装置、伺服加载装置、数据采集处理系统及被测的试验车身，约束装置包括各设有左右两个支承、用来支承试验车身的前支座总成和后支座总成及用于固定两个支座总成的试验台地板；约束装置分别与试验车身的车身前后各两个悬置点联结；伺服加载装置设有对试验车身加载的弯曲刚度加载装置和扭转刚度加载装置。采用上述技术方案，实现了在同一套测试试验系统中对乘用车白车身结构静刚度包括弯曲刚度和扭转刚度进行综合测试，并避免了车身支撑装置和负荷加载装置的刚度对试验结果产生的影响，通用性更好，操作更简便、更省时，劳动强度更小，提高了检测试验生产的效率。但是该专利的约束装置和伺服加载装置的体积较大，对车身侧向有视觉遮挡，只能采用拉压力传感器测量车身中部的弯曲变形，无法测量车身的连续测量点，测量的车身弯曲变形的数据有限，导致测量结果不精确，测量结果不可靠。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种车身弯曲刚度测量系统及方法，采用的车身支撑装置和负荷加载装置对车身无遮挡，结合光学传感器测量车身的测点，获得车身弯曲变形的数据，测量结果精确可靠。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种车身弯曲刚度测量系统，其包括：

白车身，所述白车身至少一侧设有多个沿水平方向设置的测点；

车身支撑装置，其包括支撑台和连接于所述支撑台上的支撑柱，所述支撑柱的顶端连接有悬架安装件，所述悬架安装件与所述白车身上预设的悬架安装点相连；

负荷加载装置，其用于对所述白车身中间区域施加预定荷载的负荷；

摄像头组，其包括多个光学摄像头，多个所述光学摄像头设于所述白车身上设有测点的一侧，且相邻的光学摄像头的拍摄区形成交叠区，且所述交叠区至少覆盖一个测点，且所述摄像头组用于记录所述白车身上所述测点在施加预定荷载前后的相对位置。

在上述技术方案的基础上，所述系统还包括计算机，所述计算机用于根据施加预定荷载前后所述测点在垂直方向的相对位置差，使用预设的算法计算所述车身弯曲刚度。

在上述技术方案的基础上，所述摄像头组还用于记录所述白车身上所述测点在施加预定荷载过程中的相对位置。

在上述技术方案的基础上，所述系统还包括计算机，所述计算机用于根据施加预定荷载过程中所述测点在垂直方向的实时相对位置差，使用预设的算法计算车身弯曲刚度。

在上述技术方案的基础上，所述预设的算法为：

k＝F/x

其中，k为车身弯曲刚度；F为预定荷载；x为测点垂直方向的相对位置差。

在上述技术方案的基础上，所述测点为反光标识，且多个所述光学摄像头共线。

在上述技术方案的基础上，相邻的所述反光标识相接触。

在上述技术方案的基础上，所述负荷加载装置包括动力输出装置和牵引件，所述牵引件一端与所述动力输出装置相连，另一端与所述白车身上预设的加载点相连。

本发明还提供一种使用上述任意一项所述的系统测量车身弯曲刚度的方法，其包括以下步骤：

使用所述负荷加载装置对所述白车身的中间区域施加预定荷载；

使用所述光学摄像头记录白车身上所述测点在施加预定荷载前后的相对位置；

根据施加预定荷载前后所述测点在垂直方向的相对位置差，使用预设的算法计算车身弯曲刚度。

在上述技术方案的基础上，在施加预定荷载的时间段中，在选定的多个时间点分别记录所述测点的相对位置，并得到多个所述测点在垂直方向上的相对位置差；

根据多个所述相对位置差，使用预设的算法计算车身弯曲刚度。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明车身弯曲刚度测量系统中的车身支撑装置包括固定于钢平台上的支撑台和连接于支撑台上的支撑柱，支撑柱的顶端连接有悬架安装件，悬架安装件与白车身上预设的悬架安装点相连，支撑柱为柱状结构，从白车身的底部支撑白车身，且悬架安装件与白车身的接触面积小，对白车身的车体没有视觉遮挡，白车身上的测点均能被摄像头组检测到，而且负荷加载装置构造精简，对白车身的测点也无视觉遮挡，方便摄像头组采集测点的位移数据，结合光学摄像头具有安装快捷、读取数据快速、精度高的特点，本发明的系统可以在数秒内读取多达数十个测点的变形数据，可以获取到产生最大变形量的测点在车身的准确位置，并利用该测点的弯曲刚度值评价车身的性能，测量结果精确可靠，对车身的性能掌握更精确。

(2)本发明测量车身弯曲刚度的方法中采用车身支撑装置将白车身固定在钢平台上，利用负荷加载装置对白车身的中间区域施加荷载，且车身支撑装置和负荷加载装置的结构简单，体积小，对白车身的测点无视觉遮挡，再结合光学摄像头对测点进行图像采集，光学摄像头能采集所有测点的图像，并获取测点在施加荷载前后以及过程中的坐标，计算机计算测点在施加荷载前后以及实时的相对位置差，根据算法k＝F/x得到所有测点在施加荷载过程中的连续弯曲刚度，可以实现弯曲变形过程的连续再现。

附图说明

图1为本发明实施例中测量车身弯曲刚度时的示意图；

图2为本发明实施例中摄像头组的原理示意图；

图3为本发明实施例中车身支撑装置的结构示意图；

图4为本发明实施例中反光标识的结构示意图；

图5为本发明实施例中摄像头组的结构示意图。

图中：1-白车身，10-悬架安装点，2-测点，3-车身支撑装置，30-支撑台，31-支撑柱，32-悬架安装件，320-安装盘，321-安装杆，322-安装环，323-悬架安装套筒，324-螺母，33-高度调节螺杆，34-套筒，35-球窝万向节，36-万向节连接套筒，4-负荷加载装置，40-动力输出装置，41-牵引件，5-摄像头组，50-光学摄像头，51-交叠区。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

参见图1-3所示，本发明实施例提供一种车身弯曲刚度测量系统，其包括白车身1、车身支撑装置3、负荷加载装置4和摄像头组5，其中白车身1是指完成焊接但未涂装之前的车身，用作车身弯曲刚度测量试验的检测对象，本发明实施例1中的白车身1至少一侧设有多个沿水平方向设置的测点2，其中测点2的数量和位置由CAE仿真得到，白车身1上有十几至几十个测点2，在弯曲刚度测量试验中，先将白车身1通过车身支撑装置3稳固地固定在钢平台上，本发明实施例1中的车身支撑装置3包括固定于钢平台上的支撑台30和连接于支撑台30上的支撑柱31，支撑柱31的顶端连接有悬架安装件32，悬架安装件32与白车身1上预设的悬架安装点10相连，支撑柱31为柱状结构，从白车身1的底部支撑白车身1，且悬架安装件32与白车身1的接触面积小，对白车身1的车体没有视觉遮挡，白车身1上的测点2均能被摄像头组5检测到，而且白车身1在悬架位置设置悬架安装点10，悬架是支撑车身的主要部件，车身支撑装置3支撑白车身1的悬架位置，便于车身水平状态的调整，保证试验的顺利进行。

将白车身1支撑调平后，利用负荷加载装置4对白车身1中间区域施加预定荷载的负荷，本发明实施例1中的施加荷载的区域在白车身1的前排座椅的位置，在白车身1的前排座椅的位置预设加载点，在加载点处安装弯曲载荷施加治具，所有测点2所受的荷载均按照预定荷载计算，且负荷加载装置4包括动力输出装置40和牵引件41，在试验中配合定滑轮使用，定滑轮固定在钢平台上，动力输出装置40固定在钢平台上，牵引件41一端与动力输出装置40相连，另一端绕过定滑轮与弯曲载荷施加治具相连，动力输出装置40为电动缸、牵引件41采用高强度钢丝绳，通过电动缸张拉钢丝绳，驱动弯曲载荷施加治具对白车身1施加预定荷载，且本发明实施例1中的电动缸带有拉力传感器，可以输出载荷力的实时数值，例如输出当载荷力达到25％、50％和100％时的载荷力，再结合光学摄像头50在不同载荷力下采集到的测点2的位移，便能在一次实验中得到多组不同载荷力下的弯曲刚度数据，有助于再现车体随载荷力增加的变形过程。

相比传统试验设备厂家自行采购伺服电机、减速机、加载齿轮箱、控制设备等进行组装和集成所构成的载荷施加系统，本发明实施例1中的负荷加载装置4构造更加精简，对白车身1的测点2无视觉遮挡，方便摄像头组5采集测点2的位移数据，集成度更高、加载精度更高、且可靠性更好，同时电动缸可用于其他试验，节省了试验设备成本，扩大了试验系统的应用范围。

参见图2所示，施加荷载的过程中，利用摄像头组5采集测点2的位移数据，具体的：摄像头组5包括多个光学摄像头50，多个光学摄像头50设于白车身1上设有测点2的一侧，即光学摄像头50与测点2位于同侧，其中光学摄像头50的拍摄区的长度为L，相邻的光学摄像头50之间的间距为M，其中，0<M<L，使得相邻的光学摄像头50的拍摄区形成交叠区51，且交叠区51至少覆盖一个测点2，使得一个测点2至少被两个光学摄像头50拍摄到，这样就能得到相应的测点2的空间坐标，测点2的空间坐标根据光学摄像头50拍摄到的测点2的照片的像素点位置以及光学摄像头50与测点2之间的距离得到，这样根据测点2在施加预定荷载前后的垂直方向的坐标，就能得测点2在施加预定荷载前后的相对位置差，即位移。关于如何通过光学摄像头拍摄的测点2的照片得到测点2的空间坐标通常根据测点2在照片中像素点的位置即可得到，且该部分是本领域技术人员悉知的，为了节省篇幅，在此不再赘述。

最后根据弯曲刚度的计算公式：

k＝F/x

其中，k为车身弯曲刚度；F为预定荷载；x为测点垂直方向的相对位置差。

本发明实施例1中的光学摄像头50具有安装快捷、读取数据快速、精度高的特点，可以在数秒内读取多达数十个测点的变形数据，可以获取到产生最大变形量的测点2在车身的准确位置，并利用该测点2的弯曲刚度值评价车身的性能，测量结果精确可靠，对车身的性能掌握更精确。

实施例2：

其基本内容同实施例1，不同之处在于：

本发明实施例2的系统还包括计算机，计算机连接所有的光学摄像头50，并用于根据施加预定荷载前后测点2在垂直方向的相对位置差，即位移，使用预设的算法计算车身弯曲刚度。

预设的算法为：

k＝F/x

其中，k为车身弯曲刚度；F为预定荷载；x为测点垂直方向的相对位置差。

需要说明的是，计算的过程可以采用计算机计算，也可以采用其他的手段。在本发明实施例2中为了提高计算效果，优选采用计算机进行计算。

实施例3：

其基本内容同实施例1，不同之处在于：

参见图3所示，车身支撑装置3还包括高度调节螺杆33、套筒34、球窝万向节35和万向节连接套筒36，万向节连接套筒36连接于球窝万向节35的底端，高度调节螺杆33与悬架安装件32之间通过球窝万向节35连接，使悬架安装件32具备一定角度的摆动余量适应不同的车型和试验需求，同时悬架安装件32具备不同的长度规格以适应不同车型和试验要求对支撑高度和摆动余量的要求。

其中悬架安装件32用于与车身进行稳固的连接和固定，其顶端结构与实际的悬架总成安装机构类似，白车身1的悬架上开设有安装孔，白车身1的悬架上开设有安装孔，悬架安装件32包括安装盘320、安装杆321、安装环322和悬架安装套筒323，悬架安装套筒323设置于安装盘320的底端，悬架安装套筒323套设于球窝万向节35的顶端并相互螺接，安装杆321设置于安装盘320的顶端，并贯穿于安装孔内，安装环322套设在安装杆321上并通过螺母324固定在安装孔上，将悬架安装件32与悬架固定连接。

球窝万向节35的底端通过万向节连接套筒36与高度调节螺杆33相连，高度调节螺杆33具备外螺纹，且高度调节螺杆33的一端螺接于支撑柱31内，另一端螺接于万向节连接套筒36内；高度调节螺杆33外套设有套筒34，套筒34内具有与高度调节螺杆33的螺纹方向相反的内螺纹，可通过旋转高度调节螺杆33进一步改变支撑高度，当调整到适合的高度后，向下旋转并拧紧套筒34，增加轴力防止松动，便于车身水平状态的调整。

实施例4：

其基本内容同实施例1，不同之处在于：

摄像头组5还用于记录白车身1上测点2在施加预定荷载过程中的相对位置。

计算机用于根据施加预定荷载过程中测点2在垂直方向的实时相对位置差，使用预设的算法计算车身弯曲刚度。

其中实时检测具体方法为：在施加预定荷载的时间段中，在选定的多个时间点分别记录测点2的相对位置，并得到多个测点2在垂直方向上的相对位置差，例如：在施加预定荷载的时间段中，每隔两秒记录测点当前在垂直方向上的位置，本发明实施例4中的系统还包括计算机，计算机用于计算多个时间点的测点的位置相对于初始位置未施加荷载前测点的位置的相对位置差，并根据多个相对位置差，使用预设的算法计算车身弯曲刚度。

为了提高本测试方法的实时性，也可以提高光学摄像头50的检测频率。

其中，预设的算法为：

k＝F/x

其中，k为车身弯曲刚度；F为预定荷载；x为测点垂直方向的相对位置差。

本发明实施例4可以获得施加荷载过程中测点2的连续弯曲变形量，从而获得测点2在整个实验过程中的弯曲刚度，可以实现弯曲变形过程的连续再现，有助于再现车体随时间增加的变形过程。

实施例5：

其基本内容同实施例1，不同之处在于：

参见图4-5所示，测点2为反光标识，光学摄像头50的周围一圈设置有红外LED，红外LED阵列作为发光器发光光源，具有体积小、寿命长、功耗低、响应快、成像清晰的特点，可以避免环境光的干扰。将测点2设置为反光标识能快速方便的粘贴增减测点2的数量。由于现有技术中测点是通过架千分尺确定位置的，一旦架好，试验中途增减数量或变化位置非常不便，且受空间限制安装数量有限。而本发明实施例5中的反光标识的优点就是安装灵活，可能随时大幅增加测点数，因此在测试过程中可以通过大幅增加反光标识的密度来增加测点2的数量，以免遗漏必须测点2，可以使实验数据更充实，从而有更大几率获取到产生最大变形量的测点2在车身的准确位置，且具有安装简便的优点。参见图2所示，多个光学摄像头50共线，多个光学摄像头50与测点2的距离相等，且相邻的光学摄像头50之间的间距为M＝1/2L，使得相邻的光学摄像头50的拍摄区形成交叠区51的长度也为1/2L，使得连续的反光标识中任一反光标识均能被两个光学摄像头50拍摄到。

实施例6：

本发明实施例6还提供一种使用上述的系统测量车身弯曲刚度的方法，其包括以下步骤：

由CAE仿真得到测点2的数量和位置，在白车身1的两侧沿水平方向布置测点，并在测点上粘贴反光标识，相邻的反光标识相接触；

将四个车身支撑装置3分别支撑在白车身1前悬架和后悬架的两端，并根据车身的高度和体型将白车身1调整至水平状态；

将两个负荷加载装置4设置在白车身1的两侧，在白车身1的前排座椅的位置预设两个加载点，在两个加载点处分别安装弯曲载荷施加治具，将定滑轮固定在钢平台上，电动缸固定在钢平台上，高强度钢丝绳一端与电动缸相连，另一端绕过定滑轮与弯曲载荷施加治具相连，通过电动缸张拉钢丝绳，对弯曲载荷施加治具施加下压力，使弯曲载荷施加治具对白车身1施加预定荷载对白车身1的前排座椅施加预定荷载；

在白车身1上具有测点2的两侧均放置光学摄像头50，相邻的光学摄像头50的拍摄区形成交叠区51，且交叠区51至少覆盖一个测点2，使得一个测点2至少被两个光学摄像头50拍摄到，光学摄像头50记录白车身1上测点2在施加预定荷载前后的相对位置；

计算机根据施加预定荷载前后测点2在垂直方向的相对位置差，使用预设的算法计算车身弯曲刚度。

预设的算法为：

k＝F/x

其中，k为车身弯曲刚度；F为预定荷载；x为测点垂直方向的相对位置差。

本发明实施例6的测量方法简单，易操作，车身支撑装置3和负荷加载装置4对白车身1上的测点2无视觉遮挡，在白车身1可以布置更多数量的测点2，结合光学摄像头50可以测量所有测点2的弯曲变形，光学摄像头50具有安装快捷、读取数据快速、精度高的特点，可以在数秒内读取多达数十个测点的变形数据，可以获取到产生最大变形量的测点2在车身的准确位置，并利用该测点2的弯曲刚度值评价车身的性能，测量结果精确可靠，对车身的性能掌握更精确。

实施例7：

其基本内容同实施例6，不同之处在于：

在施加预定荷载的时间段中，在选定的多个时间点利用光学摄像头50分别记录测点2的相对位置，并得到多个测点2在垂直方向上的相对位置差；

计算机根据多个相对位置差，使用预设的算法计算车身弯曲刚度。

本发明实施例7可以获得施加荷载过程中测点2的连续弯曲变形量，从而获得测点2在整个实验过程中的弯曲刚度，可以实现弯曲变形过程的连续再现。

车身弯曲刚度测量原理：

本发明采用车身支撑装置3将白车身1固定在钢平台上，利用负荷加载装置4对白车身1的中间区域施加荷载，且车身支撑装置3和负荷加载装置4的结构简单，体积小，对白车身1的测点2无视觉遮挡，再结合光学摄像头50对测点2进行图像采集，光学摄像头50能采集所有测点2的图像，并获取测点2在施加荷载前后以及过程中的坐标，计算机计算测点2在施加荷载前后以及实时的相对位置差，根据算法k＝F/x得到所有测点2在施加荷载过程中的连续弯曲刚度，可以实现弯曲变形过程的连续再现。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种车身弯曲刚度测量系统，其特征在于，其包括：

白车身(1)，所述白车身(1)至少一侧设有多个沿水平方向设置的测点(2)；

车身支撑装置(3)，其包括支撑台(30)和连接于所述支撑台(30)上的支撑柱(31)，所述支撑柱(31)的顶端连接有悬架安装件(32)，所述悬架安装件(32)与所述白车身(1)上预设的悬架安装点(10)相连；

负荷加载装置(4)，其用于对所述白车身(1)中间区域施加预定荷载的负荷；

摄像头组(5)，其包括多个光学摄像头(50)，多个所述光学摄像头(50)设于所述白车身(1)上设有测点(2)的一侧，且相邻的光学摄像头(50)的拍摄区形成交叠区(51)，且所述交叠区(51)至少覆盖一个测点(2)，且所述摄像头组(5)用于记录所述白车身(1)上所述测点(2)在施加预定荷载前后的相对位置。

2.如权利要求1所述的车身弯曲刚度测量系统，其特征在于：所述系统还包括计算机，所述计算机用于根据施加预定荷载前后所述测点(2)在垂直方向的相对位置差，使用预设的算法计算所述车身弯曲刚度。

3.如权利要求1所述的车身弯曲刚度测量系统，其特征在于：所述摄像头组(5)还用于记录所述白车身(1)上所述测点(2)在施加预定荷载过程中的相对位置。

4.如权利要求3所述的车身弯曲刚度测量系统，其特征在于：所述系统还包括计算机，所述计算机用于根据施加预定荷载过程中所述测点(2)在垂直方向的实时相对位置差，使用预设的算法计算车身弯曲刚度。

5.如权利要求2或4所述的车身弯曲刚度测量系统，其特征在于：所述预设的算法为：

k＝F/x

其中，k为车身弯曲刚度；F为预定荷载；x为测点垂直方向的相对位置差。

6.如权利要求1所述的车身弯曲刚度测量系统，其特征在于：所述测点(2)为反光标识。

7.如权利要求1所述的车身弯曲刚度测量系统，其特征在于：多个所述光学摄像头(50)共线。

8.如权利要求1所述的车身弯曲刚度测量系统，其特征在于：所述负荷加载装置(4)包括动力输出装置(40)和牵引件(41)，所述牵引件(41)一端与所述动力输出装置(40)相连，另一端与所述白车身(1)上预设的加载点(11)相连。

9.一种使用如权利要求1-8任意一项所述的系统测量车身弯曲刚度的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

使用所述负荷加载装置(4)对所述白车身(1)的中间区域施加预定荷载；

使用所述光学摄像头(50)记录白车身(1)上所述测点(2)在施加预定荷载前后的相对位置；

根据施加预定荷载前后所述测点(2)在垂直方向的相对位置差，使用预设的算法计算车身弯曲刚度。

10.如权利要求9所述测量车身弯曲刚度的方法，其特征在于：

在施加预定荷载的时间段中，在选定的多个时间点分别记录所述测点(2)的相对位置，并得到多个所述测点(2)在垂直方向上的相对位置差；

根据多个所述相对位置差，使用预设的算法计算车身弯曲刚度。