CN113125173B - 一种油气悬挂式车辆减振性能一体化测试系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气悬挂式车辆减振性能一体化测试系统和方法，包括测试平台和测试设备；所述测试设备包括传感器模块、数据采集与处理模块和测试软件；本发明还提供了一种油气悬挂式车辆减振性能一体化测试方法，步骤1，测试软件对传感器模块进行优化配置计算；步骤2，传感器模块对信号进行采集和传输；步骤3，数据采集与处理模块对信号进行采集和处理；步骤4，测试软件对信号进行显示和处理分析；本发明实现了传感器优化配置与信号测试的一体化，对车辆振动测试技术的提升有积极的意义。

Description

一种油气悬挂式车辆减振性能一体化测试系统和方法

技术领域

本发明涉及车辆振动测试技术领域，具体是涉及一种油气悬挂式车辆减振性能一体化测试系统和方法。

背景技术

近年来，车辆的使用频率、普及率越来越高，车辆的隔振能力是评价车辆操控稳定性、平顺性以及通过性的重点指标。悬挂系统作为车辆隔振的主要装置，具有缓和车辆行驶所产生的冲击、衰减承载系统振动以及导向等功能。通过对车辆振动特性参数的测试与分析，可以辨识悬挂系统的固有频率、振型、刚度和阻尼比等参数，这有助于获取关键零部件的频响特性、优化关键零部件结构，从而提高车辆的减振性能。与其他悬挂系统不同的是，对于油气悬挂系统，各油缸油压的大小影响着悬挂系统的刚度，因此为实现悬挂系统刚度辨识，还需配置压力变送器测试各油缸油压。

对于车辆的减振性能测试，一般都需要对传感器进行优化布置，以便采用少的传感器获得更准确的振动特征信息，提高测试精度，节约经济成本。大多车辆振动测试系统以及振动监测分析系统无融入传感器优化配置功能，传感器的优化配置与振动测试需在不同软件上操作。目前针对油气悬挂式车辆所开发的测试系统相对较少，现有的测试系统开发成本高、开发周期长、不易携带。

因此本发明提出了一种油气悬挂式车辆减振性能一体化测试系统和方法，对车辆振动测试技术的提升有积极的意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明融入了传感器优化配置功能，发明了一种测试精度高、操作方便、节约成本的油气悬挂式车辆减振性能一体化测试系统和方法。

本发明技术方案如下：

一种油气悬挂式车辆减振性能一体化测试系统，包括测试平台和测试设备；所述测试平台用于放置被测的油气悬挂式车辆，模拟路面激励，使被测的油气悬挂式车辆产生振动响应；所述测试设备包括传感器模块、数据采集与处理模块和测试软件；

上述传感器模块，包括压力变送器、速度传感器、加速度传感器、位移传感器以及双轴倾角传感器；压力变送器检测车辆油气悬挂系统各油缸油压的变化，速度传感器、加速度传感器以及位移传感器检测测试平台产生激励时和被测的油气悬挂式车辆所受激励时的竖向速度、竖向加速度以及垂直位移，双轴倾角传感器检测油气悬挂式车辆车身的竖向和横向两个方向的倾角；上述数据采集与处理模块内嵌信号调理单元，在接收所述传感器模块传输的检测信号数据后，通过USB接口与上位机连接，并向上位机发送处理后的信号；上述测试软件是基于Labview程序开发环境下所开发的，集传感器优化配置、数据采集显示和数据处理分析等功能于一体。

可选地，所述测试平台由十二台电液伺服型液压激振台组成。

可选地，所述路面激励由实测路面高程数据拟合而成。

可选地，所述信号调理单元含可调增益放大电路，测试软件实现对信号调理单元的增益调节。

可选地，所述传感器优化配置功能用于优化传感器布置位置以及布置数量。

可选地，所述数据处理分析功能用于将采集的压力、速度、加速度、位移以及车体倾角等信号数据进行实时处理分析。

可选地，一种油气悬挂式车辆减振性能一体化的测试方法，包括如下步骤：

(1)测试软件对传感器模块的优化配置；

传感器模块的优化配置需确定各传感器数目及布置位置，在LabVIEW和Matlab的混合编程下实现；通过测试软件调用Matlab脚本节点，完成包括压力变送器、速度传感器、加速度传感器、位移传感器以及双轴倾角传感器优化配置的计算。

(2)传感器模块对信号的采集和传输；

传感器模块所需采集的信号为油缸油压信号、被测车辆的倾角信号、被测车辆与测试平台的速度、加速度以及位移信号，分别利用压力变送器、双轴倾角传感器、速度传感器、加速度传感器以及位移传感器实现测量，并将检测到的模拟信号传输到数据采集处理模块。

(3)数据采集与处理模块对信号的采集和处理；

数据采集与处理模块对传感器模块传输的信号进行数字信号转换和处理；所述数据采集与处理模接收到传感器模块传输的检测信号，将模拟信号转换为数字信号，并根据测试软件所设置的信号调理参数，对信号进行放大和抗混滤波等处理。

(4)测试软件对信号的显示和处理分析；

测试软件和数据采集与处理模块进行数据传输，将数据采集与处理模块传输来的数字信号输出至上位机，从而得到真实、可靠的振动特性参数测量值；在上位机上对所测数据进行实时分析处理，从振动信号中提取与设备运行状态有关的特征信息。

可选地，所述传感器模块的优化配置过程如下：

a)选择模态置信准则作(MAC)为传感器优化配置准则；

MAC矩阵元素计算公式为：

其中Φ_i和Φ_j分别为第i阶和第j阶模态向量。

b)选择改进的粒子群优化算法作为传感器优化配置的计算方法；

设所有粒子所组成的种群N都是在一个D维空间进行搜索，粒子i的位置为x_i＝(x_i1,x_i2,…,x_id)^T，对应粒子的飞行速度为v_i＝(v_i1,v_i2,…,v_id)^T，粒子个体经历过的最优位置为p_i＝(p_i1,p_i2,…,p_id)^T，整个粒子群所经历的最优位置为p_g＝(x_g1,x_g2,…,x_gd)^T，则改进的粒子群速度及位置的更新公式如下：

v_id ^k+1＝w·v_id ^k+c₁·r₁·(p_id ^k-x_id ^k)+c₂·r₂·(p_gd ^k-x_id ^k)

x_id ^k+1＝x_id ^k+v_id ^k+1

其中：i＝1,2,…,N；d＝1,2,…,D；k为当前迭代次数。

惯性因子w协同学习因子c₁、c₂采用线性递减权值策略：

其中M为最大迭代次数。

设置w_start＝0.9，w_end＝0.4；设置c_min＝0.8，c_max＝2.1；

c)传感器优化配置的实现过程；

步骤1，根据被测的油气悬挂式车辆的模态分析，选定初选测点，并向测试软件导入初选测点的不同阶模态振型。

步骤2，在测试软件后台调用Matlab脚本节点，并进行改进的粒子群优化算法编程。

步骤3，依次增加传感器配置数量，设置对应参数；在测试软件中进行传感器优化配置计算，得出优化结果。

步骤4，根据优化配置准则选取传感器模块最优配置数量及配置位置。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明将传感器优化配置融入到测试软件中，发明了一种测试精度高、操作方便、节约成本的油气悬挂式车辆减振性能一体化测试系统和方法。

附图说明

图1是本发明实施例一种油气悬挂式车辆减振性能一体化测试系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一种可调增益放大电路结构示意图；

图3是本发明实施例一种测试平台的左视图；

图4是本发明实施例一种测试软件的设计结构框图；

图5是本发明实施例一种油气悬挂式车辆的1阶模态分析数据；

图6是本发明实施例一种改进的粒子群算法伪代码；

图7是本发明实施例一种一体化测试系统前面板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1是本发明实施例一种油气悬挂式车辆减振性能一体化测试系统的结构示意图。如图1所示，油气悬挂式车辆减振性能一体化测试系统包括试验台1、传感器模块3、数据采集与处理模块5以及一台上位机6。

其中，试验台1由12台电液伺服型液压激振台组成，用于放置被测车辆2，使被测车辆产生振动响应；传感器模块3包括压力变送器、速度传感器、加速度传感器、位移传感器以及双轴倾角传感器；其中，压力变送器检测车辆油气悬挂系统各油缸油压的变化，速度传感器、加速度传感器以及位移传感器检测测试平台产生激励时和被测的油气悬挂式车辆所受激励时的竖向速度、竖向加速度以及垂直位移，双轴倾角传感器检测油气悬挂式车辆车身的竖向和横向两个方向的倾角；数据采集与处理模块5内嵌信号调理单元信4用于将所述传感器模块所接收的信号调理为易于数据采集设备接收的信号，通过USB接口与上位机6连接，并向上位机6发送处理后的信号；上位机6安装与本测试系统硬件相匹配的测试软件7，测试软件7是基于Labview程序开发环境下所开发的，集传感器优化配置、数据采集显示和数据处理分析等功能于一体。

图2是本发明实施例一种可变增益放大电路结构示意图。如图2所示，可变增益放大电路模块包括STC90C58AD控制芯片8、数字式可调电阻电路9、三运放放大电路10、MAX232芯片11和RS-232接口12组成串口通信电路、稳压电路13、基准电压电路14以及DC/DC转换电路15。其中，在设置放大增益时，上位机通过测试软件向STC90C58AD控制芯片8发出指令，控制数字电位器来改变三运放放大电路10的增益；MAX232电平转换芯片11将STC90C58AD控制芯片8输出的TTL电平转换为RS-232电平，并通过RS-232接口12与上位机建立通信连接；稳压电路13选用LM2576T-5V，使其稳压在5V；基准电压电路14将输入的+24V电压调节到需要的电压基准。

图3是本发明实施例一种测试平台的左视图。如图3所示，被测车辆16为一种油气悬挂式车辆；电液伺服型液压激振台17由控制仪生成所述由实测路面高程数据拟合而成的路面激励信号，经一个伺服放大器将信号放大后，加到电液伺服阀上，电液伺服阀与油缸相连接。当伺服阀喷嘴挡板随信号大小和频率大小变动时，带动四通滑阀跟随运动，使高压油通过四通滑阀窗口流到油缸中，油缸内活塞杆连接工作台面，带动负载作垂直振动。

图4是本发明实施例一种测试软件的设计结构框图。如图4所示，测试软件主要包括传感器优化配置、数据采集与显示以及数据处理与分析三大功能。

结合附图，本发明的一种油气悬挂式车辆减振性能一体化的测试方法，操作步骤如下：

(1)测试软件对传感器模块的优化配置；

如图5所示，向测试软件导入油气悬挂式车辆的模态振型数据，设置优化参数；测试软件调用Matlab脚本节点实现改进的粒子群优化算法的计算，完成包括压力变送器、速度传感器、加速度传感器、位移传感器以及双轴倾角传感器优化配置。

其中，传感器优化配置的计算过程如下：

a)选择模态置信准则作(MAC)为传感器优化配置准则；

MAC矩阵元素计算公式为：

其中Φ_i和Φ_j分别为第i阶和第j阶模态向量。

b)设所有粒子所组成的种群N都是在一个D维空间进行搜索，粒子i的位置为x_i＝(x_i1,x_i2,…,x_id)^T，对应粒子的飞行速度为v_i＝(v_i1,v_i2,…,v_id)^T，粒子个体经历过的最优位置为p_i＝(p_i1,p_i2,…,p_id)^T，整个粒子群所经历的最优位置为p_g＝(x_g1,x_g2,…,x_gd)^T，则改进的粒子群速度及位置的更新公式如下：

v_id ^k+1＝w·v_id ^k+c₁·r₁·(p_id ^k-x_id ^k)+c₂·r₂·(p_gd ^k-x_id ^k)

x_id ^k+1＝x_id ^k+v_id ^k+1

其中：i＝1,2,…,N；d＝1,2,…,D；k为当前迭代次数。

惯性因子w协同学习因子c₁、c₂采用线性递减权值策略：

其中M为最大迭代次数。

设置w_start＝0.9，w_end＝0.4；设置c_min＝0.8，c_max＝2.1；

如图6所示，图6为改进的粒子群算法伪代码，其中：

fit＝max|(MAC_ij)|,(i≠j)

(2)传感器模块对信号的采集和传输；

如图1所示，传感器模块3所需采集的信号为油缸油压信号、被测车辆的倾角信号、被测车辆与测试平台的速度、加速度以及位移信号，分别利用压力变送器、双轴倾角传感器、速度传感器、加速度传感器以及位移传感器实现测量，并将检测到的模拟信号传输到数据采集处理模块。

(3)数据采集与处理模块对信号的采集和处理；

数据采集与处理模块5对传感器模块3传输的信号进行数字信号转换和处理；数据采集与处理模5接收到传感器模块3传输的检测信号，将模拟信号转换为数字信号，并根据测试软件7所设置的信号调理参数，对信号进行放大和抗混滤波等处理。

(4)测试软件对信号的显示和处理分析；

测试软件7和数据采集与处理模块5进行数据传输，将数据采集与处理模块5传输来的数字信号输出至上位机6，从而得到真实、可靠的振动特性参数测量值；在上位机6上对所测数据进行实时分析处理，从振动信号中提取与设备运行状态有关的特征信息。

本发明未尽事宜为公知技术。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种油气悬挂式车辆减振性能一体化的测试方法，实现该测试方法的系统包括测试平台和测试设备；所述测试平台用于放置被测的油气悬挂式车辆，模拟路面激励，使被测的油气悬挂式车辆产生振动响应；所述测试设备包括传感器模块、数据采集与处理模块和测试软件；

所述传感器模块，包括压力变送器、速度传感器、加速度传感器、位移传感器以及双轴倾角传感器；压力变送器检测车辆油气悬挂系统各油缸油压的变化，速度传感器、加速度传感器以及位移传感器检测测试平台产生激励时和被测的油气悬挂式车辆所受激励时的竖向速度、竖向加速度以及垂直位移，双轴倾角传感器检测油气悬挂式车辆车身的竖向和横向两个方向的倾角；所述数据采集与处理模块内嵌信号调理单元，在接收所述传感器模块传输的检测信号数据后，通过USB接口与上位机连接，并向上位机发送处理后的信号；所述测试软件是基于Labview程序开发环境下所开发的，集传感器优化配置、数据采集显示和数据处理分析功能于一体；

其特征在于：该测试方法包括如下步骤，

(1)测试软件对传感器模块的优化配置；

传感器模块的优化配置需确定各传感器数目及布置位置，在LabVIEW和Matlab的混合编程下实现；通过测试软件调用Matlab脚本节点，完成包括压力变送器、速度传感器、加速度传感器、位移传感器以及双轴倾角传感器优化配置的计算；

(2)传感器模块对信号的采集和传输；

传感器模块所需采集的信号为油缸油压信号、被测车辆的倾角信号、被测车辆与测试平台的速度、加速度以及位移信号，分别利用压力变送器、双轴倾角传感器、速度传感器、加速度传感器以及位移传感器实现测量，并将检测到的模拟信号传输到数据采集处理模块；

(3)数据采集与处理模块对信号的采集和处理；

数据采集与处理模块对传感器模块传输的信号进行数字信号转换和处理；所述数据采集与处理模接收到传感器模块传输的检测信号，将模拟信号转换为数字信号，并根据测试软件所设置的信号调理参数，对信号进行放大和抗混滤波处理；

(4)测试软件对信号的显示和处理分析；

测试软件和数据采集与处理模块进行数据传输，将数据采集与处理模块传输来的数字信号输出至上位机，从而得到真实、可靠的振动特性参数测量值；在上位机上对所测数据进行实时分析处理，从振动信号中提取与设备运行状态有关的特征信息；

传感器模块的优化配置过程如下：

a)选择模态置信准则MAC作为传感器优化配置准则；

MAC矩阵元素计算公式为：

其中Φ_i和Φ_j分别为第i阶和第j阶模态向量；

b)选择改进的粒子群优化算法作为传感器优化配置的计算方法；

设所有粒子所组成的种群N都是在一个D维空间进行搜索，粒子i的位置为x_i＝(x_i1,x_i2,…,x_id)^T，对应粒子的飞行速度为v_i＝(v_i1,v_i2,…,v_id)^T，粒子个体经历过的最优位置为p_i＝(p_i1,p_i2,…,p_id)^T，整个粒子群所经历的最优位置为p_g＝(x_g1,x_g2,…,x_gd)^T，则改进的粒子群速度及位置的更新公式如下：

v_id ^k+1＝w·v_id ^k+c₁·r₁·(p_id ^k-x_id ^k)+c₂·r₂·(p_gd ^k-x_id ^k)

x_id ^k+1＝x_id ^k+v_id ^k+1

其中：i＝1,2,…,N；d＝1,2,…,D；k为当前迭代次数；

惯性因子w协同学习因子c₁、c₂采用线性递减权值策略：

其中M为最大迭代次数；

设置w_start＝0.9，w_end＝0.4；设置c_min＝0.8，c_max＝2.1；

c)传感器优化配置的实现过程；

步骤1，根据被测的油气悬挂式车辆的模态分析，选定初选测点，并向测试软件导入初选测点的不同阶模态振型；

步骤2，在测试软件后台调用Matlab脚本节点，并进行改进的粒子群优化算法编程；

步骤3，依次增加传感器配置数量，设置对应参数；在测试软件中进行传感器优化配置计算，得出优化结果；

步骤4，根据优化配置准则选取传感器模块最优配置数量及配置位置。

2.根据权利要求1所述的一种油气悬挂式车辆减振性能一体化的测试方法，其特征在于：测试平台由十二台电液伺服型液压激振台组成。

3.根据权利要求1所述的一种油气悬挂式车辆减振性能一体化的测试方法，其特征在于：路面激励由实测路面高程数据拟合而成。

4.根据权利要求1所述的一种油气悬挂式车辆减振性能一体化的测试方法，其特征在于：信号调理单元含可调增益放大电路，测试软件实现对信号调理单元的增益调节。

5.根据权利要求1所述的一种油气悬挂式车辆减振性能一体化的测试方法，其特征在于：传感器优化配置功能用于优化传感器布置位置以及布置数量。

6.根据权利要求1所述的一种油气悬挂式车辆减振性能一体化的测试方法，其特征在于：数据处理分析功能用于将采集的压力、速度、加速度、位移以及车体倾角信号数据进行实时处理分析。

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