CN203178077U - 用于车辆零部件机械性能测试的测试装置 - Google Patents

Abstract

一种有助于提高测试台通用性的用于车辆零部件机械性能测试的测试装置。本实用新型的测试装置包括：测试台单元，其包括用于固定车辆零部件的机械平台、通过铰链连接在机械平台上的执行机构、用于检测执行机构的载荷大小的力传感器、用于检测执行机构的位移信息的位移传感器；控制单元；以及控制总线，其将力传感器、位移传感器、执行机构分别连接至控制单元，以形成闭环控制回路。根据本实用新型的测试装置，由于将用于对车辆零部件进行施力的执行机构通过铰链连接在机械平台上，因此能根据待测试构件的尺寸、形状对执行机构在机械平台上的姿态进行调整，从而能提高测试台的通用性。

Description

用于车辆零部件机械性能测试的测试装置

技术领域

本实用新型涉及测试装置，具体涉及用于车辆零部件、例如车辆操控类零部件及总成的机械性能测试的测试装置。 

背景技术

随着当今对质量的要求和标准的提高，车辆零部件的机械性能测试变得越来越重要。 

车辆零部件的机械性能测试通常包括强度、刚度、疲劳以及功能方面的测试，为进行这些测试，通常使用包括用于安装待测试零件的测试台和安装有各种控制部件的控制柜的测试系统。不过，普通测试台常针对特定的一种产品的某一项或几项机械性能测试，通用性不高，由于专用性强，模块化程度低，不利于测试系统的升级和扩展进行多工位的试验。 

因此，如何提高测试台的通用性以便测试系统的升级和扩展便成了亟待解决的问题。 

实用新型内容

本实用新型是考虑到上述情况而完成的，其目的在于提供一种有助于提高测试台的通用性的用于车辆零部件机械性能测试的测试装置。 

本实用新型第1方面的测试装置用于车辆零部件的机械性能测试，其包括：测试台单元，该测试台单元包括机械平台、通过铰链连接在机械平台上的执行机构、用于检测执行机构的载荷大小的力传感器、用于检测执行机构的位移信息的位移传感器；控制单元；以及控制总线，该控制总线将力传感器、位移传感器、执行机构分别连接至控制单元，以形成基于力传感器、位移传感器的检测信息来控制执行机构的驱动的闭环控制回路。 

根据本实用新型第1方面的测试装置，由于将用于对待测试构件进行施力的执行机构通过铰链连接在机械平台上，因此能利用铰链根据待测试构件的尺寸、形状对执行机构在机械平台上的姿态进行调整，从而能适用于多种不同尺寸、形状的待测试构件的测试，提高了测试台单元的通用性，能够对多种试验对象执行测试。 

本实用新型第2方面的测试装置是在第1方面的测试装置的基础上，所述执行机构是伺服电动缸。 

根据本实用新型第2方面的测试装置，由于采用伺服电动缸作为执行机构，因此，与液压式执行机构和气动式执行机构相比，能提高控制精度，并具有设备紧凑、占地面积小、价格低、易维护、工作噪音小等特点，尤其适用于试验力值在2000N以下、频率低于5Hz的诸如转向盘、组合开关、踏板、排挡杆、座椅等的汽车操控类零部件。另外，通过在伺服电动缸上集成力传感器、位移传感器，能准确、及时地采集电动缸活塞杆的载荷和位置信息用于闭环控制。 

本实用新型第3方面的测试装置是在第2方面的测试装置的基础上，在所述伺服电动缸上固定有用于防止该伺服电动缸的活塞杆自转的活塞杆导向支架。 

根据本实用新型第3方面的测试装置，由于包括用于防止伺服电动缸的活塞杆自转的活塞杆导向支架，因此能避免在测试过程中因伺服电动缸的活塞杆出现自转而产生的偏差，从而能提高测试的精度。 

本实用新型第4方面的测试装置是在第1方面的测试装置的基础上，所述执行机构通过所述铰链安装在角撑上，该角撑以能自由滑动并锁定的方式安装在所述机械平台上。 

根据本实用新型第4方面的测试装置，由于将执行机构通过所述铰链安装在角撑上，该角撑以能自由滑动并锁定的方式安装在所述机械平台上，因此能根据待测试构件的尺寸、形状对执行机构在机械平台上的位置进行调整，从而能进一步提高测试台的通用性。 

本实用新型第5方面的测试装置是在第1方面的测试装置的基础上，所 述机械平台包括平台主体和相对于该平台主体能自由滑移并锁定的横梁，所述执行机构通过所述铰链连接在所述横梁上。 

根据本实用新型第5方面的测试装置，由于机械平台包括平台主体和相对于该平台主体能自由滑移并锁定的横梁，执行机构通过铰链连接在横梁上，因此能根据待测试构件的尺寸、形状对执行机构在机械平台上的位置进行调整，从而能进一步提高测试台的通用性。 

本实用新型第6方面的测试装置是在第1方面的测试装置的基础上，所述机械平台是由铝型材构成的框架。 

根据本实用新型第6方面的测试装置，由于将用铝型材构成的框架作为机械平台，因此能减小机械平台整体的重量，降低测试装置的制造成本。 

本实用新型第7方面的测试装置是在第1方面的测试装置的基础上，所述机械平台具有多个支脚，这多个支脚的底部安装有能锁定的滚轮。 

根据本实用新型第7方面的测试装置，由于机械平台具有底部安装有能锁定的滚轮的多个支脚，因此能容易地进行机械平台的移动和固定。 

本实用新型第8方面的测试装置是在第1方面的测试装置的基础上，所述铰链是球铰链。 

根据本实用新型第8方面的测试装置，由于采用球铰链将执行机构连接至机械平台，因此在机械平台上固定执行机构时能有效地化解侧向力的影响。 

本实用新型第9方面的测试装置是在第1方面的测试装置的基础上，所述控制单元包括工业控制计算机、数据采集卡和模拟信号输出卡，所述力传感器及所述位移传感器经由所述数据采集卡而与所述工业控制计算机连接，所述执行机构经由所述模拟信号输出卡而与所述工业控制计算机连接。 

根据本实用新型第9方面的测试装置，由于能利用普通的计算机、用于采集力传感器、位移传感器信号的数据采集板卡和用于将驱动控制指令输出至执行机构的模拟信号输出卡来构成控制单元，因此能降低测试装置的制造成本。 

附图说明

图1是表示本实用新型的用于车辆零部件机械性能测试的测试装置的整体结构的示意图。 

图2（A）和图2（B）是表示本实用新型的用于车辆零部件机械性能测试的测试装置的伺服电动致动器的具体结构的图，其中，图2（A）是伺服电动致动器的主视图，图2（B）是伺服电动致动器的立体图。 

图3是表示本实用新型的用于车辆零部件机械性能测试的测试装置的机械平台的大致结构的立体图。 

图4（A）和图4（B）是表示本实用新型的用于车辆零部件机械性能测试的测试装置的电气柜的具体结构的图，其中，图4（A）表示电气柜的正面，图4（B）表示电气柜的背面。 

图5是表示本实用新型的用于车辆零部件机械性能测试的测试装置的闭环控制回路的电气原理图。 

具体实施方式

下面，结合附图，对本实用新型的用于车辆零部件机械性能测试的测试装置进行说明。 

（测试装置的大体结构） 

图1是表示本实用新型的用于车辆零部件机械性能测试的测试装置的整体结构的示意图，其表示将本实用新型的用于车辆零部件机械性能测试的测试装置应用于汽车踏板疲劳耐久试验的情况。 

本实用新型的测试装置主要由测试台单元和控制单元构成。 

如图1所示，测试台单元主要包括机械平台101、设置在机械平台101上的侧视呈三角形形状的角撑102、通过球铰链103以能转动的方式与角撑102连接的伺服电动致动器（伺服电动缸）104、安装在具有伺服电机104a的伺服电动致动器104的外壳上的位移传感器106、通过球铰链107安装在伺服电动致动器104的活塞杆前端的力传感器108，控制单元主要包括设置于电气柜201的工业控制计算机202、数据采集卡和模拟信号输出卡（未图示）。另外，在电气柜201中还设置有未图示的220V/24V电源、电路板、集线盒、 电源开关及通道指示灯等元器件。 

如图1所示，测试台单元的位移传感器106、力传感器108和伺服电机104a通过控制总线300而与控制单元相连，控制总线300包含力传感器108、位移传感器106的信号线和伺服电机104a的控制线。在测试时，控制总线104a可将力传感器108、位移传感器106的检测信号输出至工业控制计算机202，并将工业控制计算机202的控制指令输送至伺服电机104a，以对伺服电机104a进行适当驱动。 

（伺服电动致动器的具体结构） 

图2（A）和图2（B）是表示本实用新型的用于车辆零部件机械性能测试的测试装置的伺服电动致动器104的具体结构的图，其中，图2（A）是伺服电动致动器104的主视图，图2（B）是伺服电动致动器104的立体图。 

如图2（A）和图2（B）所示，伺服电动致动器104包括：具有大致呈长方体筒状的壳体104b和能相对于该壳体104b进退移动（图2（A）和图2（B）中是上下移动）的活塞杆104c的电动缸；以及安装在该电动缸的一端侧（图2（A）和图2（B）中的下端侧）的用于驱动活塞杆104c进退移动的伺服电机104a。另外，在电动缸的壳体104b的一端（图2（A）和图2（B）中的下端）安装有球铰链103，在电动缸的壳体104b的另一端（图2（A）和图2（B）中的上端）通过固定支架110安装有位移传感器106，在电动缸的活塞杆104c的前端（图2（A）和图2（B）中的上端）安装有球铰链107。 

如图2（A）和图2（B）所示，在伺服电动致动器104上安装有用于防止该伺服电动致动器104的活塞杆104c自转的活塞杆导向支架120。具体而言，活塞杆导向支架120包括：导杆120a，该导杆120a利用轴承120c以能沿着与电动缸的活塞杆104c平行的方向移动的方式安装在电动缸的壳体104b上；以及活塞杆固定板120b，该活塞杆固定板120b将导杆120a与活塞杆104c相固定。 

（机械平台的具体结构） 

图3是表示本实用新型的用于车辆零部件机械性能测试的测试装置的机械平台101的大致结构的立体图。 

如图3所示，机械平台101是由工业铝型材拼装而成的框架，机械平台101具有多个支脚101a，这多个支脚101a的底部安装有能锁定的滚轮，藉此，机械平台101能根据需要自由移动。另外，机械平台101上部的中间的几根横梁101b的两端（图3中Y1-Y2方向的两端）以能自由移动并锁定的方式嵌合在机械平台101上部的纵梁101c的滑槽内。另外，安装在机械平台101上部的横梁上的三角撑102也可沿着横梁上的滑槽在任意位置固定。 

（电气柜的具体结构） 

图4（A）和图4（B）是表示本实用新型的用于车辆零部件机械性能测试的测试装置的电气柜201的具体结构的图，其中，图4（A）表示电气柜201的正面，图4（B）表示电气柜201的背面。 

如图4（A）所示，电气柜201包括位于其上部的工业控制计算机202、位于工业控制计算机202下侧的控制箱203和比该控制箱203更靠下侧的工具抽屉204。如图4（B）所示，在电气柜201的背面设置有与力传感器信号线301连接的力传感器信号线连接端口、与位移传感器信号线302连接的位移传感器信号线连接端口、与伺服电机104a连接的伺服电机驱动器信号线连接端口和空气开关304等。 

（闭环控制回路的结构） 

图5是表示本实用新型的用于车辆零部件机械性能测试的测试装置的闭环控制回路的电气原理图。 

在本实用新型的测试装置中，工业控制计算机（简称工控机）通过对电压控制卡和数据采集卡的直接控制来实现系统的各项功能。电压控制卡生成电压信号并通过伺服电机控制板和伺服电机驱动器的信号处理产生驱动伺服电机的电压信号。数据采集卡的作用是将位移传感器和力传感器产生的电信号传送给工业控制计算机，同时接受工业控制计算机的指令发出伺服控制的数字信号控制伺服电机的工作状态。直流开关电源的作用是供电，分别将220V交流电供给工业控制计算机、伺服电机控制板和伺服电机控制器，将24V直流电供给位移传感器和力传感器。 

下面，根据图1对利用本实用新型的用于车辆零部件机械性能测试的测试装置对作为测试对象的一例的汽车踏板进行测试的情况加以说明。 

在进行测试时，首先，在机械平台101上固定夹具112，并将该夹具112通过球铰链107与伺服电动致动器104的活塞杆的前端连接。然后，在夹具112上固定汽车踏板111，并使安装在夹具112上的力传感器108的一端与汽车踏板111抵接。 

在这种状态下，力传感器108和位移传感器106实时地将伺服电动致动器104的运行状态信息通过控制总线300反馈到工业控制计算机202中。在工业控制计算机202中，将指令输入基于例如Labview平台编写的应用软件，软件通过计算发出伺服电动致动器的执行指令传给电气柜201中的伺服电机控制器，再通过控制总线4发送到伺服电机104a驱动伺服电动致动器运动，从而实现力、位移两种模式的闭环伺服控制，进行汽车踏板的疲劳耐久试验。 

（本实用新型的技术效果） 

在本实用新型的测试装置中，由于将用于对待测试构件进行施力的伺服电动致动器通过铰链连接在机械平台上，因此能利用铰链根据待测试构件的尺寸、形状对伺服电动致动器在机械平台上的姿态进行调整，从而能适用于多种不同尺寸、形状的待测试构件的测试，提高了测试台单元的通用性，能够对多种试验对象执行测试。 

在本实用新型的测试装置中，试验系统控制部分采用模块化设计理念，为每一个伺服电动致动器试验通道配备一块电路板。该电路板具备线路集成功能，连接各种传感器信号线路和工业控制计算机控制线路，并通过R232接口与伺服电机控制器通信，将指令信号传送给伺服电机，此外，还具有隔离外界干扰的信号调理功能，并通过三极管电路将数字信号转换成伺服控制信号。因此，通过配合基于例如Labview平台编写的应用软件，当系统需要扩展时只需增配电路板即可快速建立试验通道。 

（变形例） 

在上述实施方式中，采用了伺服电动致动器作为执行机构，但本实用新型 并不局限于此，也可采用液压式执行机构和气动式执行机构等。 

在上述实施方式中，伺服电动致动器利用球铰链103通过角撑102安装在机械平台101上，但本实用新型并不局限于此，也可将伺服电动致动器通过球铰链直接安装在机械平台101上。另外，将伺服电动致动器与角撑连接的铰链也不局限于球铰链，但考虑到易于控制，最好是采用球铰链。 

在上述实施方式中，在伺服电动致动器104的一端（图1中的左端）通过球铰链107安装有夹具112，在该夹具112上安装有力传感器108，但不局限于此，也可将力传感器108直接安装在伺服电动致动器104的活塞杆上。 

在上述实施方式中，在伺服电动致动器104的长度方向（图1中的左右方向）中途安装有位移传感器106，在伺服电动致动器104的另一端（图1中的右端）侧安装有伺服电机104a，但位移传感器106和伺服电机104a的安装位置并不局限于此，可根据实际需要进行适当调节。 

以上具体实施方式和试验方法是对本发明的详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本实用新型的保护范围。 

Claims (9)

1.一种测试装置，用于车辆零部件的机械性能测试，其特征在于，包括： 

测试台单元，该测试台单元包括用于固定车辆零部件的机械平台、通过铰链连接在所述机械平台上的执行机构、用于检测所述执行机构的载荷大小的力传感器、用于检测所述执行机构的位移信息的位移传感器； 

控制单元； 

以及控制总线，该控制总线将所述力传感器、所述位移传感器、所述执行机构分别连接至所述控制单元，以形成基于所述力传感器、所述位移传感器的检测信息来控制所述执行机构的驱动的闭环控制回路。 

2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述执行机构是伺服电动缸。 

3.如权利要求2所述的测试装置，其特征在于，在所述伺服电动缸上固定有用于防止该伺服电动缸的活塞杆自转的活塞杆导向支架。 

4.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述执行机构通过所述铰链安装在角撑上，该角撑以能自由滑动并锁定的方式安装在所述机械平台上。 

5.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述机械平台包括平台主体和相对于该平台主体能自由滑移并锁定的横梁，所述执行机构通过所述铰链连接在所述横梁上。 

6.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述机械平台是由铝型材构成的框架。 

7.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述机械平台具有多个支脚，这多个支脚的底部安装有能锁定的滚轮。 

8.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述铰链是球铰链。 

9.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述控制单元包括工业控制计算机、数据采集卡和模拟信号输出卡，所述力传感器及所述位移 传感器经由所述数据采集卡而与所述工业控制计算机连接，所述执行机构经由所述模拟信号输出卡而与所述工业控制计算机连接。 

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