汽車穩定性參數測試臺的製作方法
2023-06-10 18:40:01 3
專利名稱：汽車穩定性參數測試臺的製作方法
技術領域：
本發明屬於物理學中的測量技術領域，具體涉及用於汽車汽車軸荷、輪荷、整車總
質量、質心高度、抗側翻角度測試設備及測試方法。
背景技術：
汽車的軸荷、輪荷、整車總質量、質心高度、抗側翻角度等參數是評價汽車總體性 能的重要參數，同時也是汽車電子穩定控制等底盤控制系統的重要基礎數據。因此汽車 軸荷、輪荷、整車總質量、質心高度及抗側翻角度等參數_直是汽車參數測試技術的重要領 域，但目前這些參數的測量多是由單項專用試驗臺完成，導致試驗工作量大而且成本很高。 開發一種能同時完成這些參數測試的一體化設備一直是汽車測試領域追求的目標。因此目 前出現了汽車質量參數如軸荷、輪荷、總質量等的一體化專用測試設備。但集質量參數、質 心位置參數及抗側翻能力測試於一體的設備至今還沒有出現。隨著汽車底盤電子控制系統 越來越多的應用到汽車上，汽車質量參數、質心位置參數及抗側翻能力的一體化測量技術 已成為汽車測試領域必須解決的問題。
發明內容
本發明的目的是提出一種汽車穩定性參數測試臺及使用該測試臺的測試方法，用 於汽車質量參數、質心位置參數及抗側翻角度等參數的一體化測試，克服目前上述參數測
由單項專用試驗臺分別完成，導致試驗工作量大、成本高的不足。 本發明的汽車穩定性參數測試臺由測量臺面，四個安裝在測量檯面上的由稱重傳 感器支承的臺秤，支點呈矩形頂點分布的臺面支柱，承載支柱及臺面的地基，臺面與地基之 間、能夠使臺面縱向或側向傾斜的三個液壓缸，安裝在使臺面縱向傾斜的兩個液壓缸上下 腔位置的液壓傳感器，固定在檯面上的傾角測量裝置，液壓泵站，連接液壓缸和液壓泵站的 油管及油路控制裝置，採集稱重傳感器、液壓缸油壓、臺面傾角數據並進行運算的計算機組 成。其中的臺秤採用現有技術中阻止平向移位的機構安裝在檯面上。其中的支柱與臺面的 四個支點中，一個是由大於半球凹面的球坐與球頭形成不可脫離的球鉸接或使用通常的萬 向聯軸節構成的支撐機構，其餘三個支點是由等於或小於半球凹面的球坐與球頭形成可脫 離的球鉸接或由銷軸與有V形開口的銷軸承載塊形成的可脫離的軸鉸接構成的支撐機構， 在使用銷軸與有V形開口的銷軸承載塊的支撐結構中，與球頭鉸接點在同一矩形邊線的兩 個銷軸軸線通過球頭球心。其中的三個液壓缸與地基及面板的連接點連線呈直角三角形， 兩條直角邊平行於支柱與臺面間的支點形成的矩形的邊線，液壓缸沿測試臺縱向的布局為 靠近兩個同為可脫離鉸接支撐點一側設置兩個液壓缸，作為臺面縱向傾斜液壓缸。三個液 壓缸與臺面和地基的連接均採用球鉸接或萬向節連接。以上為本發明測試臺基本方案。為 使臺秤與臺面在臺面傾斜時有足夠的連接強度，本發明的進一步完善是給出由分別固定在 檯面上和臺秤秤面板下面的鉸軸坐和鉸接在相對鉸軸坐之間的連杆構成的臺秤在檯面上 的導向定位拉杆。每個臺秤與臺面之間設置縱、橫兩根導向定位拉杆。
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為提供適應本發明的傾角測量裝置，本發明進一步提供了由外殼、支架、旋轉軸、 擺臂、重錘、旋轉盤、旋轉盤支坐、固定在檯面上的底座組成的傾角傳感器，其中各構件的連 接為外殼與支架通過螺栓相連接，旋轉軸與擺臂通過螺栓相聯接。擺臂的下端通過螺栓與 重錘相聯接。支架與旋轉盤通過螺栓相連接，支座與固定在平臺上的底座通過螺栓相聯接。 旋轉盤與支座中心部分加工一配套的止口定位結構，旋轉盤上加工一沿圓周方向呈90度 的環形槽。限位螺釘由擰入支座上的螺釘孔並凸出支座伸入旋轉盤的環形槽。中心螺栓穿 過旋轉盤和支座上的中心孔擰入底座上的螺栓孔。 使用該測試臺的測試方法是通過測量平臺的臺秤測量汽車輪荷而計算出汽車質
心在水平面的位置坐標，通過液壓傳感器測量液壓缸由水平位置舉升車輛至一定角度時的
舉升力變化計算汽車質心距水平面的高度。其計算方法為 附,
、= & =
-x丄
(1)
7W, +附2
6,(m"—mlr) + 6,(w2/—/w2r) ; 。 xvo =/ = a — arcsin
2(w, +附2)
(F3 -屍03) JOcos A cos 2 — —屍016)cos y92 cos a, Gv (sin a2 cos a, — sin a, cos "2)
(F3 —屍03) ^cos A sin a2 - (i^J6 —屍016) JO cos為sin a, Gv (sin or2 cos a, _ sin a, cos or2)
—cos")
-6
(2)
(3) 式中Xeg為汽車第一軸中心線距車輛重心的水平距離，Li為汽車軸距，mi為汽車第 i軸軸荷，單位為kg;y。g為為汽車縱向對稱平面與汽車質心的水平距離(在左側為正)，h 為汽車各軸輪距，(mm)。 m^mir為汽車第i軸左輪與右輪輪荷，單位(kg) 。 xv。為平臺水平 時汽車質心至翻轉軸的水平距離，a工a 2為測量平臺舉升角度，FM為單獨舉昇平臺的舉升 力，Fi為舉升車輛時的舉升力，13為舉升力方向與AO垂線的夾角。 本發明的積極效果是測量平臺的稱重傳感器及臺秤可測出汽車輪荷、軸荷及整車 總重量。由汽車輪荷可以計算出汽車質心在水平面的坐標。通過測量測量平臺縱傾一定角 度時液壓缸上下腔壓力差即可得出由於汽車重量轉移引起的液壓缸支承壓力變化，再根據 重量轉移法計算出汽車質心高度，實現汽車質心三坐標的測量。通過側傾液壓缸舉昇平臺， 則可測出汽車的抗側翻能力。與現有測試設備相比，該設備可完成汽車總質量、軸荷、輪荷、 質心位置(三坐標)、抗側翻角度等各項測試。它可使這些參數測試的試驗工作量及測試成 本降低。
圖1是測試臺結構示意圖。
圖2是臺面俯視圖。 圖3臺秤在檯面上的導向定位拉杆結構圖。 圖4球鉸接頭的結構圖。 圖5銷軸與V形開口塊支承結構圖。
圖6為傾角測量裝置結構圖。
圖7汽車質心高度測量原理圖。
圖8角度|3計算原理圖。
具體實施例方式
1、汽車穩定性參數測試臺 參閱圖1，由測量臺面8，臺面支承柱4、5、6、7，液壓舉升缸1、2、3，液壓傳感器22、 23、25、26，試驗臺安裝基礎9，液壓泵站20、數據採集計算24、測量平臺傾角測量裝置27組 成。其中的臺面支承柱4、5、6、7呈矩形分布。圖1中的10、11、12、13分別是支承柱與測量 平臺的連接裝置，其中連接裝置12為圖4所示的球鉸接頭，圖4中36為球頭部分，37為球 座部分。連接裝置10、 11、 13為圖5所示的圓柱銷與V形開口塊支承結構，圖5中38為銷 軸支架，39為銷軸，40為V形開口底座。以上支承柱與測量平臺連接中，連接裝置10、連接 裝置13中的銷軸軸線通過連接裝置12中球頭的球心。三個液壓缸中的兩個安裝在靠近支 柱6、7位置，一個安裝在靠近支柱4的位置。液壓缸1、2、3在臺面8和基礎9之間呈直角 布置，即液壓缸1、2之間的連線與液壓缸2、3之間的連線成直角，而且直角邊分別平行於連 接裝置10和11、連接裝置11和13的連線。圖1中的17、 18、 19是液壓缸與安裝基礎的連 接裝置，均為圖4所示的球鉸接頭，圖1中的14、15、16為液壓缸與與測量平臺連接裝置，均 為圖4所示的球鉸接頭。27為平臺傾角測量裝置。 參閱圖l，液壓傳感器22、23與液壓缸1、2下腔相連接，以測量下腔壓力。液壓傳 感器25、 26、分別與液壓缸1 、 2上腔相連接以測量上腔壓力。各壓力傳感器與數據採集計算 機24電連接，傾角測量裝置中角度傳感器45與數據採集計算機電連接。數據採集計算機 採集壓力傳感器信號計算壓力值，採集角度傳感器值計算測量平臺傾角。
液壓泵站20與三個液壓缸通過液壓管路相連接，並控制測量平臺的前傾和側傾 運動。這裡要求液壓泵站要滿足這樣的功能要求測量平臺前傾運動時，液壓缸1、2舉升， 液壓缸3處於無載自由伸縮狀態；測量平臺側傾運動時，液壓缸2、3處於舉升狀態，液壓缸 l處於無載自由伸縮狀態。 參閱圖2，測量平臺臺面由臺面本體8和四個測量臺秤28、29、30、31組成。參閱 圖3，每個臺秤的四個角通過稱重傳感器32支承在測量平臺上，臺秤在臺面通過固定在臺 秤28上的支架33、固定在平臺本體8上的支架35、銷軸鉸接的方式分別與支架33和支架 35相連接的拉杆34導向與定位。每個臺秤與臺面之間設置縱、橫兩根導向定位拉杆。
傾角測量裝置如附圖6所示，角度傳感器45的外殼與支架41通過螺栓相連接，其 旋轉軸與擺臂42通過螺栓相聯接。擺臂42的下端通過螺栓43與重錘44相聯接。支架41 與旋轉盤51通過螺栓固定在一起，支座46與焊接在平臺上底座47通過螺栓50相聯接。旋 轉盤51與支座48中心部分加工一相互配套的止口定位結構，旋轉盤上加工一沿圓周方向 呈90度的環形槽。限位螺釘49擰入底座上的螺釘孔並凸出底座伸入旋轉盤的環形槽，用 於環形槽旋轉時的定位。中心螺栓46穿過旋轉盤和支座上的中心孔擰入底座上的螺栓孔。 通過該結構可以實現採用一個角度傳感器實現兩個相互垂直方向傾角的測量。在操作時松 開螺栓46，轉動旋轉盤到指定方位，然後擰緊螺栓46即可。
試驗臺測試方法說明
在進行測試時，測量平臺處於水平位置，將汽車駛上測量平臺並使每個車輪置於 一個臺秤上，數據採集計算機即可根據稱重傳感器傳送的信號計算出各輪荷、軸荷及汽車 總質量，由汽車各輪輪荷可以計算汽車質心在水平面內的坐標。其計算方法如下
w, -xZ (15)
W] +附2 & ,、 x。g為汽車第一軸中心線距車輛質心的距離，Li為汽車第i軸與第i+1軸之間的軸 距，單位為mm， mi為汽車第i軸軸荷，單位為kg， yeg為汽車縱向對稱平面與質心的水平距 離(在左側為正)，h為汽車各軸輪距，(mm) 。 m『m&為汽車第i軸左輪與右輪輪荷，單位 (kg)。 將平臺舉升至一定角度，根據液壓傳感器測得的液壓缸舉升力的變化可以計算出
質心距測量平臺臺面的高度，如附圖6所示。其計算方法為
A = (F3 — Fo3)爿O eos / , cos o 2 — (F16 — ) ! 5 cos為cos or! — c (加 * Gv (sin a2 cos or! - sin cos a2)
_ (F3 —屍。3) JO cos A sin "2 - (《6 -《16) ^5 cos為sin 廣 、
、=-777":-:-:j- J
G"v (sm cr2 cos - sm a丄cos a2) 式中Xv。為平臺水平時汽車質心至翻轉軸的水平距離，a為測量平臺舉升角度，F。i 為單獨舉昇平臺的舉升力，Fi為舉升車輛時的舉升力，|3為舉升力方向與AO垂線的夾角。 若AO與AB保持垂直，則
~~^satt——^ (31)
》=a — arcsin
爿5(l)抗側翻能力測量 平臺置於水平位置，汽車駛上測量平臺，使四個車輪分別位於一個臺秤上。車輛停 穩後，開始使液壓缸2、3舉升，此時，10、 12兩點成為測量平臺側傾的旋轉軸線。平臺舉升過 程中監測靠近舉升液壓缸一側的兩個臺秤的稱重數值的變化，當這兩個臺秤示數為零時， 測得的平臺側傾角度(計算機採集角度傳感器數值)，即為該車的抗側翻角度。
(2)汽車質心高度計算方法的推導過程 被檢車輛與平臺一起舉升時，系統受力如附圖7、附圖8所示。 [OO42] F-舉升缸的舉升力 P-舉升力方向與平臺垂直方向的夾角
35 -舉升缸到翻轉軸水平距離
Gi-平臺自重 e'-平臺質心至翻轉軸的垂直距離
6
xt。_平臺質心至翻轉軸的水平距離 e -平臺質心至翻轉軸垂線與水平面的夾角s-arctan
xf0
舉升力和平臺重力Gt及汽車重力Gv對翻轉軸之矩平衡，則有
F cos " 20 - cos (a + . ^/;\:,20 + e'2 - Gv (xv0 cosa-(/ g +e)sina) = 0
G,cos(a + g)々x,20+e'2 Gv(j;v0cos"-(/ g+g)sin") cos/ i Bcos/J
上述方程
。,2
cos (or + f)- ^/x,20 +
( v (xvQ cos" -(/^ +.e)sin") 15 cos 〃
由平臺單獨舉升時與舉升被測車輛時的任兩個角度a" ^取相應壓力值即可解 。由此可得質心高度及汽車質心距翻轉軸的距離為
(《—F03)y4OcosAcosa2 —(屍16 —屍m6)乂OcosyS2COSc^ Gv (sin a2 cos — sin cos a2)
(F3 —F。3)JOcos^sin"2 -(^6 -Fo!6)^40cosAsinc^ Gv (sin a2 cos — sin a! cos a2) 式中xv。為車質心至翻轉軸的水平距離，a為舉升角度，F。3F。16為單獨舉昇平臺分 別至一個小角度和一個較大角度時對應的舉升力，F3F16為舉升車輛分別至上述相應角度時 的舉升力，P為舉升力方向與A' 0連線的垂線的夾角。AO與AB垂直，則
^40(1 —cosa)
(28) (29)〃 = t —ZWOncsin-
(31)
權利要求
汽車穩定性參數測試臺，其特徵是由測量臺面，四個安裝在測量檯面上的由稱重傳感器支承的臺秤，支點呈矩形頂點分布的臺面支柱，承載支柱及臺面的地基，臺面與地基之間、能夠使臺面縱向或側向傾斜的三個液壓缸，安裝在使臺面縱向傾斜的兩個液壓缸上下腔位置的液壓傳感器，固定在檯面上的傾角測量裝置，液壓泵站，連接液壓缸和液壓泵站的油管及油路控制裝置，採集稱重傳感器、液壓缸油壓、臺面傾角數據並進行運算的計算機組成；其中的臺秤採用現有技術中阻止平向移位的機構安裝在檯面上，其中的支柱與臺面的四個支點中，一個是由大於半球凹面的球坐與球頭構成不可脫離的球鉸接或使用通常的萬向聯軸節構成的支撐機構，其餘三個支點是由等於或小於半球凹面的球坐與球頭形成可脫離的球鉸接或由銷軸與有V形開口的銷軸承載塊構成的可脫離的軸鉸接構成的支撐機構，在使用銷軸與有V形開口的銷軸承載塊的支撐結構中，與球頭鉸接點在同一矩形邊線的兩個銷軸軸線通過球頭球心，其中的三個液壓缸與地基及面板的連接點連線呈直角三角形，兩條直角邊平行於支柱與臺面間的支點形成的矩形的邊線，液壓缸沿測試臺縱向的布局為靠近兩個同為可脫離鉸接支撐點一端設置兩個液壓缸，作為臺面縱向傾斜液壓缸；三個液壓缸與臺面和地基的連接均採用球鉸接或萬向節連接。
2. 根據權利要求1所述的汽車穩定性參數測試臺，其特徵是有由分別固定在檯面上 和臺秤秤面板下面的鉸軸坐和鉸接在相對鉸軸坐之間的連杆構成的臺秤在檯面上的導向 定位拉杆，每個臺秤與臺面之間設置縱、橫兩根導向定位拉杆。
3. 根據權利要求l所述的汽車穩定性參數測試臺，其特徵是有由外殼、支架、旋轉軸、 擺臂、重錘、旋轉盤、旋轉盤支坐、固定在檯面上的底座組成的傾角傳感器，其中各構件的連 接為外殼與支架通過螺栓相連接，旋轉軸與擺臂通過螺栓相聯接，擺臂的下端通過螺栓與 重錘相聯接。支架與旋轉盤通過螺栓相連接，支座與固定在平臺上的底座通過螺栓相聯接， 旋轉盤與支座中心部分加工一配套的止口定位結構，旋轉盤上加工一沿圓周方向呈90度 的環形槽，限位螺釘由擰入支座上的螺釘孔並凸出支座伸入旋轉盤的環形槽，中心螺栓穿 過旋轉盤和支座上的中心孔擰入底座上的螺栓孔。
全文摘要
汽車穩定性參數測試臺，屬於測量技術領域。用於汽車質量參數、質心位置參數及抗側翻角度參數的一體化測試。由測量臺面，四個安裝在測量檯面上的由稱重傳感器支承的臺秤。支點呈矩形頂點分布的臺面支柱。承載支柱及臺面的地基，臺面與地基之間、能夠使臺面縱向或側向傾斜的三個液壓缸。固定在檯面上的傾角測量裝置。安裝在使臺面縱向傾斜的兩個液壓缸上下腔位置的液壓傳感器，連接液壓缸的泵站。採集稱重傳感器、液壓缸油壓、臺面傾角數據並進行運算的計算機。本發明的積極效果是與現有測試設備相比，該設備可完成汽車總質量、軸荷、輪荷、質心位置、抗側翻角度等各項測試。可以使這些參數測試的試驗工作量及測試成本大大降低。
文檔編號G01G19/02GK101788385SQ20091006649
公開日2010年7月28日 申請日期2009年1月25日 優先權日2009年1月25日
發明者王化平, 靳立強 申請人:長春泰斯特科技有限公司