CN115790795A - 一种簧下质量的测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种簧下质量的测量方法及装置，其中方法包括如下步骤：加速度测量步骤：对待测车轮增加配重块，分别测量增加配重块前后待测车辆以固定车速匀速通过减速坎的加速度时域信号a1、a2；数据处理步骤：将加速度时域信号a1、a2分别转换成频域信号A1、A2，并分别确定增加配重块前后簧下质量的频率f1、f2；计算步骤：基于簧下质量的频率f1、f2及配重块质量Δm计算对应待测车轮的黄霞质量为
本发明的优点在于：测量简单可靠，计算简单，可以简单快速的实现准确的簧下质量的计算，方便工程应用和研究使用；本申请不用拆解底盘件、不用建立CAE模型，可以快速方便对车型进行簧下质量测量，方便产品研发的推进。
Description
技术领域
本发明涉及汽车底盘开发和试验技术领域，特别涉及车辆簧下质量测量的方法。
背景技术
在车辆底盘性能开发过程中，簧下质量是一个重要的物理量，它影响车辆的乘坐舒适性、加速性能、操控性能。当簧上质量不变时，一定程度上减小簧下质量能使车身更加平稳、提升乘坐者的舒适感；可以提升车轮对路面的响应速度和操控性能。在研究如何减小簧下质量的问题时，必须首先解决簧下质量的测量问题。传统的簧下质量是依靠底盘零部件质量统计出来的：对与车轮一起运动的零部件直接称重、对一些既与车轮又与车身连接的零部件按照二分之一质量计算(依据行业经验)。此方法由于是估算而且需要拆除底盘件进行逐一称重，已经不能满足汽车底盘开发的发展需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种簧下质量的测量方法，该测量方法结果准确且计算简单可靠。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种簧下质量的测量方法，包括如下步骤：
加速度测量步骤：对待测车轮增加配重块，分别测量增加配重块前后待测车辆以固定车速匀速通过减速坎的加速度时域信号a1、a2；
数据处理步骤：将加速度时域信号a1、a2分别转换成频域信号A1、A2，并分别确定增加配重块前后簧下质量的频率f1、f2；
计算步骤：基于簧下质量的频率f1、f2及配重块质量Δm计算对应待测车轮的黄霞质量为
固定车速匀速通过减速坎是指控制车速在设定的速度范围内。
采用加速度传感器来测量待测车轮对应的加速度时域信号。
所述加速度传感器设置在待测车轮的轮心上。
增加的配重块设置在待测车轮的轮心上。
减速坎至少为一条。
当减速坎为多条时，相邻两条减速坎之间的距离大于设定距离阈值；分别对待测车轮经过每一条减速坎前后的加速度进行记录形成加速度时域信号；然后经过数据处理步骤获取待测车轮经过每一条减速坎前后的加速度时域信号对应的簧下质量的频率，然后对多个减速坎对应的多个簧下质量的频率取平均作为待测车轮的簧下质量的频率。
通过傅里叶变换得到频域信号，并在频率为10-15Hz之间选择幅值最大对应的频率作为簧下质量的频率。
一种簧下质量的测量装置，包括加速度传感器、数据处理模块、计算模块；所述加速度传感器设置于待测车轮的轮心处，其输出端连接至数据处理模块；
在测量时，将配重块设置在待测车轮的轮心处；然后在增加配重块前后按照固定车速匀速通过减速坎，加速度传感器检测增加配重块前后车轮待测车轮的加速度时域信号a1、a2并送入到数据处理模块；
所述数据处理模块基于增加配重块前后车轮待测车轮的加速度时域信号a1、a2进行傅里叶变换并找出在10-15Hz频率范围内幅值最大对应的频率作为增加配重块前后的待测车轮的簧下质量的频率f1、f2；
所述数据处理模块的输出端连接至计算模块，所述计算模块基于数据处理模块传来的簧下质量的频率f1、f2按照如下公式计算待测车轮的簧下质量m：
所述计算装置的输出端连接显示装置，用于显示计算出的簧下质量m。
本发明的优点在于：测量简单可靠，计算简单，可以简单快速的实现准确的簧下质量的计算，方便工程应用和研究使用；本申请不用拆解底盘件、不用建立CAE模型，可以快速方便对车型进行簧下质量测量，方便产品研发的推进。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明中加速度时域信号转换成频域信号的频谱图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
实施例1：
本实施例提供一种测量方法，能准确、快速的测量汽车车簧下质量，具体方案如下：
本测量方法包括加速度测量、数据处理、计算三个步骤；由于簧下质量是以车轮为基础进行了，分别为左前、左后、右前、右后四个车轮对应的簧下质量，本申请以左前车轮对应的簧下质量进行说明，其余三个车轮的簧下质量类似：
加速度测量：在试验车辆左前轮心处布置一个加速度传感器并连接信号处理设备。这里加速度传感器可以通过胶水等方式设置在轮心上，保证加速度传感器可以稳定跟随车辆运动。
以一固定车速V匀速通过减速坎，获取此过程中加速度信号a1。在这里车速V一般为范围值，只要保证车速在V附近即可，比如设置车速范围为V-a～V+a之间波动，a为波动阈值，可以根据需要设置；在此区间内则认为车速是固定的，是满足要求的。在本实施例中，减速坎为1个。
然后在试验车辆左前轮心处增加一个已知质量配重块，其质量计为Δm，其中配重块可以通过胶水等方式安装在上面；重复上述加速度测量操作：以一固定车速V匀速通过减速坎，获取加装配重块后此过程中加速度信号a2。
数据处理：对增加配重块前后的加速度时域信号a1、a2进行傅里叶变换得到频域信号A1、A2，找出在10～15Hz范围内的幅值最大值对应的频率即为簧下质量的频率。如图1所示，其为驾驶都时域信号转换为频域信号后的频谱示意图；在图中，以10-15Hz范围内幅值最大记为圆圈内的数值，其对应的频率为11.5Hz，则此时就认为11.5Hz为该车轮的簧下质量的频率，这样就可以对加速度时域信号a1、a2处理分别得到增加配重块前的簧下质量频率f1以及增加配重块之后的簧下质量频率f2。
计算步骤：计算步骤：将未配重前的频率计为f1，配重后的频率为f2，配重块质量记为Δm，则左前车轮对应的原车簧下质量为
以上以左前轮的簧下质量测量为例说明，右前/左后/右后的方法类似，只是将配重块分别增加到右前/左后/右后车轮上从而分别计算出右前/左后/右后对应的簧下质量。
本实施例中的要点包括：
(1)传感器布置，将加速度传感器固定在左前转向节近轮心处，并与信号处理主机相连；
(2)驾驶员以一固定车速匀速通过减速坎，采集加速度信号；
(3)在左前车轮心处增加一已知质量的配重块，确保连接可靠；
(4)驾驶员再次以同一个固定车速匀速通过减速坎，采集加速度信号；
(5)数据处理得到两次的簧下频率，经过公式计算得出原车的簧下质量。
本申请还提供一种簧下质量的测量装置，用于实现簧下质量测量的硬件组成部分，其包括加速度传感器、数据处理模块、计算模块；其中加速度传感器设置于待测车轮的轮心处，其输出端连接至数据处理模块；
在测量时，将配重块设置在待测车轮的轮心处；然后在增加配重块前后按照固定车速匀速通过减速坎，加速度传感器检测增加配重块前后车轮待测车轮的加速度时域信号a1、a2并送入到数据处理模块；
数据处理模块基于增加配重块前后车轮待测车轮的加速度时域信号a1、a2进行傅里叶变换并找出在10-15Hz频率范围内幅值最大对应的频率作为增加配重块前后的待测车轮的簧下质量的频率f1、f2；
数据处理模块的输出端连接至计算模块，所述计算模块基于数据处理模块传来的簧下质量的频率f1、f2按照如下公式计算待测车轮的簧下质量m：
计算装置的输出端连接显示装置，用于显示计算出的簧下质量m。其中数据处理模块和计算模块可以一起集成在一个具备数据处理和计算的主机或控制器中。
下面将对簧下质量计算公式的原理进行推导如下：
由汽车理论可知
簧下质量的频率
其中，m为簧下质量，k为悬挂刚度，kt为轮胎刚度。
在步骤1中，当簧下质量为m1时，
当簧下质量为m2＝m1+Δm时，
将上述两个公式联立化简后可得：
进一步移向化简后
其中汽车理论包括：
对于汽车的双质量无阻尼系统的振动而言，其运动微分方程为
其中，m2为悬架质量、m1为簧下质量、z2为车轮位移、z1为车身位移，k为悬架刚度，kt为轮胎刚度。
若m2不动(z2＝0)，相当于簧下质量m1作单自由度无阻尼自由振动，于是可得
解方程，可得
pt为簧下质量的固有圆频率，进一步可得
实施例2：
本实施例将按照两条减速坎的方式来计算簧下质量，具体方案如下：
加速度测量：在试验车辆左前轮心处布置一个加速度传感器并连接信号处理设备。这里加速度传感器可以通过胶水等方式设置在轮心上，保证加速度传感器可以稳定跟随车辆运动。
减速坎可以为减速带等方式的设置在路上用于实现减速功能的凸起，本申请以两个减速坎为例进行说明，在车轮行驶方向上设置于两条减速坎，两条减速坎之间的垂直距离要大于设定距离阈值，因为要保证车轮已经完整的经过其中一个减速坎后才能进入下一个减速坎，避免车轮在两个减速坎之间行驶造成的测量不准确，这样就可以保证车辆在经过一个减速坎后再经过下一个减速坎，从而形成两个经过减速坎的过程。
同样，在本实施例中，以一固定车速V匀速先后通过两个减速坎，由于经过两个减速坎，实际上可以将此过程分解成两次经过减速坎，以每一个减速坎作为一个完成的减速坎经过过程，则分为经过两个减速坎，此时获取此过程中加速度时域信号就包括两个时域信号a11、a12，这两个信号也就是没有增加配重块时左前车轮对应的加速度时域信号。在这里车速V一般为范围值，只要保证车速在V附近即可，比如设置车速范围为V-a～V+a之间波动，a为波动阈值，可以根据需要设置；在此区间内则认为车速是固定的，是满足要求的。A11分别为经过第一个减速坎过程采集的加速度信号，a12就为经过第二个减速坎对应的加速度信号。
然后在试验车辆左前轮心处增加一个已知质量配重块，其质量计为Δm，其中配重块可以通过胶水等方式安装在上面；重复上述加速度测量操作：以一固定车速V匀速通过减速坎，获取加装配重块后此过程中加速度信号a21、a22,a21、a22分别为经过第一个减速坎过程采集的加速度信号，a22就为经过第二个减速坎对应的加速度信号。
数据处理：对增加配重块前后的加速度时域信号a1、a2进行傅里叶变换得到频域信号，找出在10～15Hz范围内的幅值最大值对应的频率即为簧下质量的频率。对增加配重块前的两个时域信号a11、a12分别进行傅里叶变换，得到a11对应的频域频谱图T11，a12对应的频域频谱图T12，然后在频谱图T11中找到簧下质量的频率f11、在频谱图T12中找到簧下质量的频率f12，然后通过取平均得到配重块增加前的簧下质量的频率f1＝(f11+f12)/2。
同理：对增加配重块后的两个时域信号a21、a22分别进行傅里叶变换，得到a21对应的频域频谱图T21，a22对应的频域频谱图T22，然后在频谱图T21中找到簧下质量的频率f21、在频谱图T22中找到簧下质量的频率f22，然后通过取平均得到配重块增加前的簧下质量的频率f2＝(f21+f22)/2。
计算步骤：计算步骤：将未配重前的频率计为f1，配重后的频率为f2，配重块质量记为Δm，则左前车轮对应的原车簧下质量为
以上以左前轮的簧下质量测量为例说明，右前/左后/右后的方法类似，只是将配重块分别增加到右前/左后/右后车轮上从而分别计算出右前/左后/右后对应的簧下质量。
本申请以两条减速坎为例进行说明，实际可以为多条减速坎来增加计算的精度，当减速坎为多条时，相邻两条减速坎之间的距离大于设定距离阈值；分别对待测车轮经过每一条减速坎前后的加速度进行记录形成加速度时域信号；然后经过数据处理步骤获取待测车轮经过每一条减速坎前后的加速度时域信号对应的簧下质量的频率，然后对多个减速坎对应的多个簧下质量的频率取平均作为待测车轮的簧下质量的频率。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种簧下质量的测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
加速度测量步骤：对待测车轮增加配重块，分别测量增加配重块前后待测车辆以固定车速匀速通过减速坎的加速度时域信号a1、a2；
数据处理步骤：将加速度时域信号a1、a2分别转换成频域信号A1、A2，并分别确定增加配重块前后簧下质量的频率f1、f2；
计算步骤：基于簧下质量的频率f1、f2及配重块质量Δm计算对应待测车轮的簧下质量为
2.如权利要求1所述的一种簧下质量的测量方法，其特征在于：固定车速匀速通过减速坎是指控制车速在设定的速度范围内。
3.如权利要求1所述的一种簧下质量的测量方法，其特征在于：采用加速度传感器来测量待测车轮对应的加速度时域信号。
4.如权利要求3所述的一种簧下质量的测量方法，其特征在于：所述加速度传感器设置在待测车轮的轮心上。
5.如权利要求1所述的一种簧下质量的测量方法，其特征在于：增加的配重块设置在待测车轮上。
6.如权利要求1所述的一种簧下质量的测量方法，其特征在于：减速坎至少为一条。
7.如权利要求6所述的一种簧下质量的测量方法，其特征在于：当减速坎为多条时，相邻两条减速坎之间的距离大于设定距离阈值；分别对待测车轮经过每一条减速坎前后的加速度进行记录形成加速度时域信号；然后经过数据处理步骤获取待测车轮经过每一条减速坎前后的加速度时域信号对应的簧下质量的频率，然后对多个减速坎对应的多个簧下质量的频率取平均作为待测车轮的簧下质量的频率。
8.如权利要求1所述的一种簧下质量的测量方法，其特征在于：通过傅里叶变换得到频域信号，并在频率为10-15Hz之间选择幅值最大对应的频率作为簧下质量的频率。
9.一种簧下质量的测量装置，其特征在于：包括加速度传感器、数据处理模块、计算模块；所述加速度传感器设置于待测车轮的轮心处，其输出端连接至数据处理模块；
在测量时，将配重块设置在待测车轮的轮心处；然后在增加配重块前后按照固定车速匀速通过减速坎，加速度传感器检测增加配重块前后车轮待测车轮的加速度时域信号a1、a2并送入到数据处理模块；
所述数据处理模块基于增加配重块前后车轮待测车轮的加速度时域信号a1、a2进行傅里叶变换并找出在10-15Hz频率范围内幅值最大对应的频率作为增加配重块前后的待测车轮的簧下质量的频率f1、f2；
所述数据处理模块的输出端连接至计算模块，所述计算模块基于数据处理模块传来的簧下质量的频率f1、f2按照如下公式计算待测车轮的簧下质量m：
10.如权利要求9所述的一种簧下质量的测量装置，其特征在于：所述计算装置的输出端连接显示装置，用于显示计算出的簧下质量m。
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