一種輪心六分力測量方法及系統的製作方法
2023-05-26 01:22:16
一種輪心六分力測量方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種輪心六分力測量方法及系統。該方法包括：建立懸架運動學及動力學特性模型；測量懸架運動量；測量相關零部件受力；將懸架運動量和零部件受力作為輸入，利用懸架運動學及動力學特性模型逆向求解輪心六分力。該系統包括：懸架建模模塊；懸架運動量測量模塊；受力測量模塊；計算模塊。採用本輪心六分力測量方法及系統，測量的物理量使用相對便宜的傳感器就能測得，不需要使用六分力傳感器和專用的安裝夾具，降低了測試成本。
【專利說明】—種輪心六分力測量方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及懸架零部件測量【技術領域】，具體涉及輪心六分力的測量方法及系統。【背景技術】
[0002]對懸架零部件的強度和壽命進行校核是新車型開發的重要環節，為了確定懸架零部件所受載荷的邊界條件，一般首先要獲得輪心六分力再由懸架多體系統動力學模型計算得到各個連接點處的載荷。由此可見，精確獲取輪心六分力，是懸架零部件載荷計算的重要條件。
[0003]目前汽車開發過程的測量方法是將專用的輪心六分力傳感器直接安裝在樣車輪轂上，在試車場進行路試工況測得輪心六分力。此方法對於不同的車型常常需要加工專用的安裝夾具。而且輪心六分力傳感器單價十分昂貴，一般情況下，至少要同時安裝左右兩個輪心六分力傳感器才能滿足試驗要求，為了保證試驗結果的可信度，有時甚至需要前後左右四個車輪都安裝，而且輪心六分力傳感器本身十分嬌貴，使用過程中稍不注意極易出現永久變形導致傳感器元件損壞而報廢，這些都對汽車生產廠家的研發投入要求極高。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種輪心六分力測量方法及系統，不需要使用昂貴的六分力傳感器，從而降低測試成本，且不需要安裝夾具。
[0005]本發明提供一種輪心六分力測量方法，所述方法包括:
[0006]建立懸架運動學及動力學特性模型；
[0007]測量懸架運動量，所述懸架運動量包括輪心三向加速度、減振器拉壓位移、方向盤轉角信號；
[0008]測量相關零部件受力，所述相關零部件受力包括懸架減震器上端受力、轉向橫拉杆外球頭受力和擺臂外球頭受力；
[0009]將所述懸架運動量和零部件受力作為輸入，利用所述懸架運動學及動力學特性模型逆向求解獲得輪心六分力。
[0010]優選地，所述懸架運動學及動力學特性模型利用可識別參數建模方法建立。
[0011]優選地，所述輪心六分力測量方法還包括:建立懸架運動學及動力學特性模型後，利用樣車實驗數據對所述懸架運動學及動力學特性模型進行驗證，確定建立的懸架運動學及動力學特性模型與實際車輛模型是否存在誤差；如果存在誤差，則通過修改所述懸架運動學及動力學特性模型的設計參數對所述懸架運動學及動力學特性模型進行修正。
[0012]優選地，所述輪心六分力測量方法還包括:獲得輪心六分力後，利用輪心六分力數據計算輪心三向加速度、懸架減震器上端受力、轉向橫拉杆外球頭受力和擺臂外球頭受力，與實際測得的輪心三向加速度、懸架減震器上端受力、轉向橫拉杆外球頭受力和擺臂外球頭受力進行比較，驗證輪心六分力結果是否正確。
[0013]優選地，所述測量相關零部件受力包括:在所述零部件上粘貼應變片；對所述零部件施加作用力，測量得到表徵應變片應變；根據所述應變片應變及所述作用力，計算得到零部件應力之間關係的標定係數；根據應變片應變和標定係數計算零部件受力。
[0014]本發明提供一種輪心六分力測量系統，所述系統包括:
[0015]懸架建模模塊，用於建立懸架運動學及動力學特性模型；
[0016]懸架運動量測量模塊，用於測量懸架運動量，所述懸架運動量包括輪心三向加速度、減振器拉壓位移、方向盤轉角信號；
[0017]受力測量模塊，用於測量相關零部件受力，所述相關零部件受力包括懸架減震器上端受力、轉向橫拉杆外球頭受力和擺臂外球頭受力；
[0018]計算模塊，用於將所述懸架運動量和零部件受力作為輸入，利用所述懸架運動學及動力學特性模型逆向求解獲得輪心六分力。
[0019]優選地，所述懸架建模模塊，具體用於利用可識別參數建模方法建立懸架運動學及動力學特性模型的功能。
[0020]優選地，所述輪心六分力測量系統還包括:
[0021]模型特性驗證模塊，用於利用樣車實驗數據對所述懸架運動學及動力學特性模型進行驗證，確定建立的懸架運動學及動力學特性模型與實際車輛模型是否存在誤差；
[0022]修正模塊，用於在建立的懸架運動學及動力學特性模型與實際車輛模型是否存在誤差時，通過修改所述懸架運動學及動力學特性模型的設計參數對所述懸架運動學及動力學特性模型進行修正。
[0023]優選地，所述輪心六分力測量系統還包括:
[0024]傳感器測量值驗證模塊，用於將逆向求解得到的輪心六分力數據計算輪心三向加速度、懸架減震器上端受力、轉向橫拉杆外球頭受力、擺臂外球頭受力與傳感器實際測量得到的輪心三向加速度、懸架減震器上端受力、轉向橫拉杆外球頭受力、擺臂外球頭受力進行對比，驗證計算結果的正確性。
[0025]優選地，所述受力測量模塊包括:
[0026]施力單元，用於對粘貼了應變片的所述零部件施加作用力；
[0027]測量單元，用於測量所述零部件在施加作用力情況下的應變；
[0028]第一計算單元，用於根據所述應變片應變及所述作用力，計算得到零部件應力之間關係的標定係數；
[0029]第二計算單元，用於根據應變片應變和標定係數計算零部件受力。
[0030]本發明的有益效果在於:
[0031]本發明實施例的輪心六分力測量方法，採用建模方式，對一些容易獲取的物理量進行測量，然後逆向求解獲得輪心六分力，不使用六分力傳感器，也不需要使用專用的安裝夾具，所需測量的物理量是加速度、位移、應變，這些物理量容易獲取，而且使用相對便宜的傳感器就能測得，因此大大降低了輪心六分力的測量成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1是本發明實施例輪心六分力測量方法的流程圖。
[0033]圖2是本發明實施例加入驗證環節的輪心六分力測量方法的流程圖。
[0034]圖3是本發明實施例輪心六分力測量系統的一種結構示意圖。[0035]圖4是本發明實施例加入驗證模塊和修正模塊的輪心六分力測量系統的另一種結構示意圖。
[0036]圖5是本發明實施例輪心六分力測量系統的受力測量模塊的一種結構圖。
【具體實施方式】
[0037]如圖1所示，是本發明實施例輪心六分力測量方法的流程圖，包括以下步驟:
[0038]步驟SlOl，建立懸架運動學及動力學特性模型；
[0039]該建模過程可以在ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of MechanicalSystems，機械系統動力學自動分析軟體)中完成，懸架運動學及動力學特性模型由麥弗遜式獨立懸架和齒輪齒條轉向系組合而成。其中麥弗遜式獨立懸架包括下擺臂、轉向節、轉向橫拉杆、副車架、彈簧、減振器、壓縮緩衝塊、拉伸限位塊、襯套，在ADAMS軟體中，下擺臂通過前後兩個襯套與副車架連接，下擺臂後端通過球鉸運動副約束與轉向節連接，轉向橫拉杆內點通過等速萬向節運動副約束與轉向齒條連接，轉向橫拉杆外點通過球鉸跟轉向節連接，減振器上端滑柱通過襯套與車身連接，減振器下端管柱通過固定運動副約束與轉向節連接，減振器上下端之間作用有彈簧彈性力、減振器阻尼力、壓縮緩衝塊彈性力、拉伸限位塊彈性力等力元，副車架通過四個襯套與車身連接。齒輪齒條轉向系包括方向盤、轉向管柱、轉向傳動軸、齒輪齒條轉向機，建模所需連接關鍵點坐標、轉向傳動比、零部件質心坐標、質量、轉動慣量參數以及彈簧、減振器、壓縮緩衝塊、拉伸限位塊、襯套的彈性元件縱向剛度和阻尼特性由廠家提供。
[0040]步驟S102,測量懸架運動量；
[0041]所述懸架運動量可以包括輪心三向加速度、減振器拉壓位移、方向盤轉角信號。具體地，可以在輪心、減震器、方向盤上分別安裝加速度傳感器、拉線式位移傳感器和方向盤轉角傳感器，獲得傳感器測得的輪心三向加速度、減振器拉壓位移、方向盤轉角信號數據。
[0042]步驟S103，測量相關零部件受力；
[0043]所述相關零部件受力包括懸架減震器上端受力、轉向橫拉杆外球頭受力和擺臂外球頭受力。具體地，可以通過應變片測量懸架減震器上端受力、轉向橫拉杆外球頭受力和擺臂外球頭受力。當然，在實際應用中，還可以採用其它方式測量相關零部件的受力情況，對此本發明實施例不做限定。
[0044]步驟S104，將所述懸架運動量和零部件受力作為輸入，利用所述懸架運動學及動力學特性模型逆向求解獲得輪心六分力。
[0045]上述逆向求解過程可以在ADAMS軟體中計算完成。比如，在已經建立的懸架運動學及動力學特性模型中，在減振器管柱部件上建立一個參考標記，該標記的位置和方向與減振器上端三向力的測量位置和方向定義一致；在下擺臂部件上建立一個參考標記，該標記的位置和方向與下擺臂外球鉸三向力的測量位置和方向定義一致；在轉向節部件上建立一個參考標記，該標記的位置和方向與輪心三向加速度的測量位置和方向定義一致；在轉向橫拉杆部件上建立一個參考標記，該標記的位置和Z方向與轉向橫拉杆軸向力的測量位置和方向定義一致。建立一個虛物體，該虛物體的質心、質量、轉動慣量與轉向節的相同。在減振器上端建立一個三向力，施力體是地面，受力體是該虛物體，該三向力的作用點和方向與減振器管柱的參考標記一致、大小由減振器上端三向力的測量曲線確定；在下擺臂外球鉸建立一個三向力，施力體是地面，受力體是該虛物體，該三向力的作用點和方向與下擺臂的參考標記一致、大小由下擺臂外球鉸三向力的測量曲線確定；在輪心處建立一個三向力，施力體是地面，受力體是該虛物體，該三向力的作用點和方向與轉向節的參考標記一致、大小由輪心三向加速度的測量曲線以及轉向節質量確定；在轉向橫拉杆外點建立一個單向力，施力體是地面，受力體是該虛物體，該單向力的作用點和方向與轉向橫拉杆的參考標記一致，大小由轉向橫拉杆軸向力的測量曲線確定。在輪心處建立該虛物體與地面之間的固定副約束。將測得的輪心三向加速度、減振器拉壓位移、方向盤轉角信號及懸架減震器上端受力、轉向橫拉杆外球頭受力和擺臂外球頭受力輸入到模型中，其中加速度換算成慣性力，對懸架多體系統動力學模型進行運動仿真，測量該固定副受到的力和力矩，即為轉向節輪心處的六分力。
[0046]本發明實施例的輪心六分力測量方法，採用建模方式，對一些容易獲取的物理量進行測量，然後逆向求解獲得輪心六分力，不使用六分力傳感器，也不需要使用專用的安裝夾具，所需測量的物理量是加速度、位移、應變，這些物理量容易獲取，而且使用相對便宜的傳感器就能測得，因此大大降低了輪心六分力的測量成本。
[0047]建立懸架運動學及動力學特性模型步驟SlOl中，為方便後續修改，在ADAMS軟體中利用可識別參數建模方法建立。採用此建模方法，可以對模型參數進行修改，提高模型的精度。
[0048]如圖2所示，是本發明實施例輪心六分力測量方法的另一流程圖。
[0049]在該實施例中，步驟S201、S203至S205與圖1所示實施例中步驟SlOl至S104相對應，在此不再贅述。
[0050]與圖1所示實施例不同的是，在該實施例中，為保證懸架運動學及動力學特性模型的準確度，在模型建立好後，需要驗證建立的模型是否滿足精度要求，即步驟S202，具體地，可以計算建立的模型與實際車輛模型的誤差是否在設定的誤差範圍內。如果是，則執行步驟S203，否則，可以通過修改所述懸架運動學及動力學特性模型的設計參數對所述懸架運動學及動力學特性模型進行修正。具體地，可以利用樣車K&C臺架實驗數據對所述懸架運動學及動力學特性模型進行驗證，確定建立的懸架運動學及動力學特性模型與實際車輛模型是否存在誤差。
[0051]在步驟S202中，驗證建立的模型是否滿足精度要求時，可以對懸架運動學及動力學特性模型的車輪進行大範圍位移跳動輸入，分析懸架定位參數變化等運動學特徵，得到懸架的K特性；對懸架車輪進行各個方向的力輸入，分析由襯套及導向杆系變形所引起的定位參數變化，得到懸架的C特性。將K特性及C特性數據與廠家提供的樣車前懸架K&C臺架試驗數據進行比對，確定建立的懸架運動學及動力學特性模型與實際車輛模型的誤差。如果誤差不符合精度要求，則修改彈性元件的縱向剛度和阻尼特性。重複上述過程，直至模型K&C特性與廠家提供的樣車前懸架K&C臺架試驗數據的誤差滿足精度要求。
[0052]採用上述模型驗證環節與修正環節，進一步提高了模型的精度，保證了計算結果的準確性。
[0053]如圖2所示，為保證輪心六分力計算結果的準確性，在逆向求解獲得輪心六分力後，可以進一步將輪心六分力數據正向輸入到懸架運動學及動力學特性模型，計算輪心三向加速度、懸架減震器上端受力、轉向橫拉杆外球頭受力和擺臂外球頭受力，即步驟S206，然後將得到的這些數值與利用傳感器實際測得的輪心三向加速度、懸架減震器上端受力、轉向橫拉杆外球頭受力和擺臂外球頭受力進行比較，以驗證其誤差是否滿足精度要求，即步驟S207。
[0054]採用上述驗證環節，可以充分驗證逆向求解得到的輪心六分力的準確性。
[0055]在本發明實施例中，相關零部件受力包括懸架減震器上端受力、轉向橫拉杆外球頭受力和擺臂外球頭受力，具體可以通過標定環節和測量環節進行測量。
[0056]標定環節中，在懸架減震器上端、轉向橫拉杆外球頭和擺臂外球頭兩個垂直方向上粘貼應變片，比如120 Ω電阻式動態應變片，對懸架減震器上端、轉向橫拉杆外球頭和擺臂外球頭施加多組單一方向的作用力，讀取應變片數據，代入下述公式:
【權利要求】
1.一種輪心六分力測量方法，其特徵在於，包括: 建立懸架運動學及動力學特性模型； 測量懸架運動量，所述懸架運動量包括輪心三向加速度、減振器拉壓位移、方向盤轉角信號; 測量相關零部件受力，所述相關零部件受力包括懸架減震器上端受力、轉向橫拉杆外球頭受力和擺臂外球頭受力； 將所述懸架運動量和零部件受力作為輸入，利用所述懸架運動學及動力學特性模型逆向求解獲得輪心六分力。
2.根據權利要求1所述的輪心六分力測量方法，其特徵在於，所述建立懸架運動學及動力學特性模型包括: 利用可識別參數建模方 法建立懸架運動學及動力學特性模型。
3.根據權利要求1所述的輪心六分力測量方法，其特徵在於，所述方法還包括: 建立懸架運動學及動力學特性模型後，利用樣車實驗數據對所述懸架運動學及動力學特性模型進行驗證，確定建立的懸架運動學及動力學特性模型是否滿足精度要求； 如果不滿足，則通過修改所述懸架運動學及動力學特性模型的設計參數對所述懸架運動學及動力學特性模型進行修正。
4.根據權利要求1所述的輪心六分力測量方法，其特徵在於，所述方法還包括: 逆向求解獲得輪心六分力後，利用輪心六分力數據計算輪心三向加速度、懸架減震器上端受力、轉向橫拉杆外球頭受力和擺臂外球頭受力，與傳感器實際測得的輪心三向加速度、懸架減震器上端受力、轉向橫拉杆外球頭受力和擺臂外球頭受力進行比較，驗證結果是否正確。
5.根據權利要求1至4任一項所述的輪心六分力測量方法，其特徵在於，所述測量相關零部件受力包括: 在所述零部件上粘貼應變片； 對所述零部件施加作用力，測量得到應變片應變； 根據所述應變片應變及所述作用力，可計算得到應變片應變與零部件應力之間關係的線性標定係數； 根據應變片應變和標定係數計算零部件實際工作中的受力。
6.一種輪心六分力測量系統，其特徵在於，包括: 懸架建模模塊，用於建立懸架運動學及動力學特性模型； 懸架運動量測量模塊，用於測量懸架運動量，所述懸架運動量包括輪心三向加速度、減振器拉壓位移、方向盤轉角信號； 受力測量模塊，用於測量相關零部件受力，所述相關零部件受力包括懸架減震器上端受力、轉向橫拉杆外球頭受力和擺臂外球頭受力； 計算模塊，用於將所述懸架運動量和零部件受力作為輸入，利用所述懸架運動學及動力學特性模型逆向求解獲得輪心六分力。
7.根據權利要求6所述的輪心六分力測量系統，其特徵在於，所述懸架建模模塊，具體用於利用可識別參數建模方法建立懸架運動學及動力學特性模型的功能。
8.根據權利要求6所述的輪心六分力測量系統，其特徵在於，所述系統還包括:模型特性驗證模塊，用於利用樣車實驗數據對所述懸架運動學及動力學特性模型進行驗證，確定建立的懸架運動學及動力學特性模型是否滿足精度要求； 修正模塊，用於在建立的懸架運動學及動力學特性模型不滿足精度要求時，通過修改所述懸架運動學及動力學特性模型的設計參數對所述懸架運動學及動力學特性模型進行修正。
9.根據權利要求6所述的輪心六分力測量系統，其特徵在於，所述系統還包括: 傳感器測量值驗證模塊，用於將逆向求解得到的輪心六分力數據計算輪心三向加速度、懸架減震器上端受力、轉向橫拉杆外球頭、擺臂外球頭受力與傳感器實際測量得到的輪心三向加速度、懸架減震器上端受力、轉向橫拉杆外球頭受力、擺臂外球頭受力進行對比，驗證計算結果的正確性。
10.根據權利要求6至9任一項所述的輪心六分力測量系統，其特徵在於，所述受力測量模塊包括: 施力單元，用於對粘貼了應變片的所述零部件施加作用力； 測量單元，用於測量所述零部件在施加作用力情況下的應變； 第一計算單元，用於根據所述應變片應變及所述作用力，計算得到應變片與零部件應力之間關係的標定係數； 第二計算單元，用於根據`應變片應變和標定係數計算零部件受力。
【文檔編號】G01M17/04GK103822789SQ201410079466
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月5日 優先權日:2014年3月5日
【發明者】周勇 申請人:安徽江淮汽車股份有限公司