CN112067321B - 转向节耐久性测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及转向节检测技术领域，尤其涉及一种转向节耐久性测试方法，其将轮毂圈、转向臂、车桥分别与转向节连接，将车桥通过车桥支座固定在测试台上方，将转向节的耳部通过主销与车桥连接，将轮毂圈的中部通过轴承套接在转向节的杆部轴颈处，分别通过第一伺服作动器、第二伺服作动器、第三伺服作动器、第四伺服作动器模拟实际工况向转向节施加转向载荷、纵向载荷、侧向载荷、转向阻尼，第一伺服作动器、第二伺服作动器、第三伺服作动器、第四伺服作动器通过设定的幅值和波形输出动态加载力，按照不同工况模拟运行，便于操作，试验数据能够很好地反映转向节的耐久性。

Description

转向节耐久性测试方法
技术领域
本发明涉及转向节检测技术领域，特别是涉及一种转向节耐久性测试方法。
背景技术
在汽车的开发过程中,汽车生产厂商往往采用试验场耐久性试验来评价开发车型及相关零件的质量。产品存在的一些疲劳问题只能通过试验来发现，发现问题并进行优化改进后,又需要新一轮的试验场耐久性试验来检验。因此通常情况下,汽车试验场耐久性试验往往需要进行多轮,从而延长了整车的开发周期。
转向节是汽车转向桥上的主要零件之一，能够使汽车稳定行驶并灵敏传递行驶方向，转向节的功用是承受汽车前部载荷，支承并带动前轮绕主销转动而使汽车转向。对于转向节的耐久性试验，现有技术中一般采用试验场耐久性试验，或利用仿真进行计算，试验复杂且周期长，数据有一定的偏差。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，而提供一种转向节耐久性测试方法，其通过四个伺服作动器可以完全模拟实际工况，对转向节进行耐久性测试。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种转向节耐久性测试方法，将轮毂圈、转向臂、车桥分别与转向节连接，将车桥通过车桥支座固定在测试台上方，将转向节的耳部通过主销与车桥连接，将轮毂圈的中部通过轴承套接在转向节的杆部轴颈处，分别通过第一伺服作动器、第二伺服作动器、第三伺服作动器、第四伺服作动器模拟实际工况向转向节施加转向载荷、纵向载荷、侧向载荷、转向阻尼，其中，
第一伺服作动器驱动转向臂绕主销转动，转向臂的一端与转向节连接，转向臂的另一端与第一伺服作动器连接；
第二伺服作动器驱动连接于轮毂圈的上侧，纵向载荷沿与Z轴平行的方向且与转向节的杆部轴线位于同一竖直面；
第三伺服作动器通过侧向载荷臂驱动连接于轮毂圈的外侧，侧向载荷臂沿竖直布置，侧向载荷臂的一端与轮毂圈连接，侧向载荷臂的另一端与第三伺服作动器连接，侧向载荷、侧向载荷臂、转向节的杆部轴线位于同一竖直面；
第四伺服作动器通过转向阻尼臂驱动连接于轮毂圈的外侧，转向阻尼臂沿水平方向布置，转向阻尼、转向阻尼臂、转向节的杆部轴线位于同一平面；
第一伺服作动器、第二伺服作动器、第三伺服作动器、第四伺服作动器通过设定的幅值和波形输出动态加载力，按照不同工况模拟运行。
轮毂圈的外侧设置有载荷受力臂，该载荷受力臂设置有所述侧向载荷臂、转向阻尼臂。
初始状态时，转向节按照无车身重量、汽车直行的状态进行布置。
第一伺服作动器施加的转向载荷为转向横拉杆施加的力。
第一伺服作动器施加的转向载荷为转向直拉杆、转向横拉杆的合力。
本发明的有益效果是：一种转向节耐久性测试方法，其将轮毂圈、转向臂、车桥分别与转向节连接，将车桥通过车桥支座固定在测试台上方，将转向节的耳部通过主销与车桥连接，将轮毂圈的中部通过轴承套接在转向节的杆部轴颈处，分别通过第一伺服作动器、第二伺服作动器、第三伺服作动器、第四伺服作动器模拟实际工况向转向节施加转向载荷、纵向载荷、侧向载荷、转向阻尼，第一伺服作动器、第二伺服作动器、第三伺服作动器、第四伺服作动器通过设定的幅值和波形输出动态加载力，按照不同工况模拟运行，便于操作，试验数据能够很好地反映转向节的耐久性。
附图说明
图1是本发明的转向节耐久性测试方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，并不是把本发明的实施范围限制于此。
测试前设定整车的参数，整车质量为m，轴距为L，轮距为B，质心高度为hg，前轴负荷为G1，后轴负荷为G2，轮胎附着系数为
Figure BDA0002694199940000021
转弯时的附着系数为，动载系数为K，制动时前轴重量分配系数为m1，车轮半径为r，前轮支反力中心至轴颈圆角处距离为l。
将轮毂圈、转向臂、车桥分别与转向节连接，将车桥通过车桥支座固定在测试台上方，将转向节的耳部通过主销与车桥连接，将轮毂圈的中部通过轴承套接在转向节的杆部轴颈处，分别通过第一伺服作动器、第二伺服作动器、第三伺服作动器、第四伺服作动器模拟实际工况向转向节施加转向载荷、纵向载荷、侧向载荷、转向阻尼。除了上述轮毂圈、转向臂、车桥外，转向节没有其他支撑，在实际工况中其他与转向节连接并传递力的零件，其施加的力和力臂均可以叠加至转向载荷、纵向载荷、侧向载荷、转向阻尼。
本方法将车桥支座作为固定点，利用施加在转向节的转向载荷、纵向载荷、侧向载荷、转向阻尼模拟实际工况中转向节收到的力和力矩。这样就使得，该测试完全考虑了实际工况中转向节、转向臂、车桥、轮毂等各部分之间因受力而发生位移、形变、相互作用力，能够更好地反映实际工况。例如转向节的主销后倾角、内倾角。
具体的，第一伺服作动器驱动转向臂绕主销转动，转向臂的一端与转向节连接，转向臂的另一端与第一伺服作动器连接。第一伺服作动器施加的转向载荷为转向横拉杆施加的力，或者第一伺服作动器施加的转向载荷为转向直拉杆、转向横拉杆的合力，该两种情况分别对应前轮的左右两轮。第一伺服作动器加载的转向载荷为使转向节转向的驱动力。
第二伺服作动器驱动连接于轮毂圈的上侧，纵向载荷沿与Z轴平行的方向且与转向节的杆部轴线位于同一竖直面，第二伺服作动器加载的纵向载荷为因车身重量在行驶过程中转向节在竖直方向承受的力，通过调整纵向载荷可以模拟不同车重的情况，也可以模拟不同动载系数时的情况。
第三伺服作动器通过侧向载荷臂驱动连接于轮毂圈的外侧，侧向载荷臂沿竖直布置，侧向载荷臂的一端与轮毂圈连接，侧向载荷臂的另一端与第三伺服作动器连接，侧向载荷、侧向载荷臂、转向节的杆部轴线位于同一竖直面。侧向载荷主要模拟地面对轮胎侧向的力和力矩，该力矩使得轮胎有侧向转动的趋势。
第四伺服作动器通过转向阻尼臂驱动连接于轮毂圈的外侧，转向阻尼臂沿水平方向布置，转向阻尼、转向阻尼臂、转向节的杆部轴线位于同一平面。转向阻尼主要模拟转弯时地面对轮胎的力矩，该力矩使得轮胎有左右转动的趋势。
第一伺服作动器、第二伺服作动器、第三伺服作动器、第四伺服作动器通过设定的幅值和波形输出动态加载力，按照不同工况模拟运行。测试过程如图1所示。可以同时加载第一伺服作动器、第二伺服作动器、第三伺服作动器、第四伺服作动器中的一个、两个、三个或四个。
轮毂圈的外侧设置有载荷受力臂，该载荷受力臂设置有所述侧向载荷臂、转向阻尼臂。
初始状态时，转向节按照无车身重量、汽车直行的状态进行布置。
以下为三种典型、危险工况，在该工况下，转向节受到的载荷较大，容易造成损害。
为便于说明，以车桥为参照，汽车直行工况时车桥前进的方向为X轴，沿水平面与X轴垂直的方向为Y轴，沿竖直面与X轴垂直的方向为Z轴，下标中L为左、R为右。
a、越过不平路面工况
此工况相当于车轮受到冲击载荷时的工况，动载系数最大，此时转向节只受到法向反作用力的作用。该工况下转向节承受冲击性纵向载荷FZ，其最大值为：
Figure BDA0002694199940000041
b、紧急制动工况
在此工况下，转向节大轴颈处受到轮胎经轴承传递过来的法向反力和切向反力，由于车轮轮毂安装在轴承上，制动时转向节不受扭矩作用。转向节同时受到两个方向上的载荷，因制动使前轴重量重新分配而在垂直方向所产生的纵向载荷：
Figure BDA0002694199940000042
X轴方向地面对轮胎的摩擦阻力，车辆运动惯性力在水平方向所产生的载荷：
Figure BDA0002694199940000043
为模拟该载荷，本实施例设置第五伺服作动器，第五伺服作动器沿与X轴平行的方向作用于轮毂圈的前侧。
c、最小转向半径且车轮滑动工况
当车辆急转弯而车轮滑动时，汽车左、右两个前轮将分别受到大小不等、方向相同的侧向力，由于侧向力是作用在车轮上的力，在将其等效到转向节轴颈时，必须加上由侧向力产生的力矩，因此将侧向力平移到转向节后应附加一个力矩。这里以汽车向右转弯为例进行计算。汽车向右转弯时，右侧转向节所承受的弯矩远大于左侧，所以这里只计算右侧转向节的受力。
纵向载荷为:
Figure BDA0002694199940000051
横向载荷为：
Figure BDA0002694199940000052
该力平移到转向节后应附加一个力矩。该力矩为：
M1＝FY1R·r
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (2)

1.转向节耐久性测试方法，其特征在于：将轮毂圈、转向臂、车桥分别与转向节连接，将车桥通过车桥支座固定在测试台上方，将转向节的耳部通过主销与车桥连接，将轮毂圈的中部通过轴承套接在转向节的杆部轴颈处，分别通过第一伺服作动器、第二伺服作动器、第三伺服作动器、第四伺服作动器模拟实际工况向转向节施加转向载荷、纵向载荷、侧向载荷、转向阻尼，其中，
第一伺服作动器施加的转向载荷为转向横拉杆施加的力或转向直拉杆、转向横拉杆的合力；
第一伺服作动器驱动转向臂绕主销转动，转向臂的一端与转向节连接，转向臂的另一端与第一伺服作动器连接；
第二伺服作动器驱动连接于轮毂圈的上侧，纵向载荷沿与Z轴平行的方向且与转向节的杆部轴线位于同一竖直面；
轮毂圈的外侧设置有载荷受力臂，该载荷受力臂设置有侧向载荷臂、转向阻尼臂；
第三伺服作动器通过所述侧向载荷臂驱动连接于轮毂圈的外侧，侧向载荷臂沿竖直布置，侧向载荷臂的一端与轮毂圈连接，侧向载荷臂的另一端与第三伺服作动器连接，侧向载荷、侧向载荷臂、转向节的杆部轴线位于同一竖直面；
第四伺服作动器通过所述转向阻尼臂驱动连接于轮毂圈的外侧，转向阻尼臂沿水平方向布置，转向阻尼、转向阻尼臂、转向节的杆部轴线位于同一平面；
第一伺服作动器、第二伺服作动器、第三伺服作动器、第四伺服作动器通过设定的幅值和波形输出动态加载力，按照不同工况模拟运行。
2.根据权利要求1所述的转向节耐久性测试方法，其特征在于：初始状态时，转向节按照无车身重量、汽车直行的状态进行布置。
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