多自由度車輛動力學試驗平臺的製作方法
2023-05-25 03:36:51 4
專利名稱：多自由度車輛動力學試驗平臺的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種車輛動力學試驗平臺，尤其涉及一種同時具有路面模擬、靜載荷 模擬、動載荷模擬功能的多自由度車輛動力學試驗平臺。
背景技術：
車輛動力學包括縱向、橫向和垂向3個方向上平動與旋轉共6個自由度的動力學。 目前車輛動力學測試與研究所採用的方法主要有實車道路試驗、計算機仿真和臺架試驗。 實車道路試驗需要大的試驗場地，並且極限工況試驗具有很大風險因而難以實施，試驗測 試成本也高；計算機仿真方法需要建立車輛及其部件的準確數學模型，實現難度大，同時仍 需要進行實車道路試驗或臺架試驗加以驗證；臺架試驗方法能夠在很大程度上克服實車道 路試驗與計算機仿真方法的不足，在車輛動力學測試與研究領域得到廣泛應用。目前的車 輛動力學試驗平臺一般以單一的縱向、橫向或垂向動力學的測試與研究為主，有些試驗平 臺可同時進行多自由度的車輛動力學測試，但無法同時模擬車輛靜載荷變化、動載荷和路 面激勵的綜合動力學效應，且無法實現對車輛轉彎行駛時出現的大輪胎側偏角的模擬，未 見同時具有路面模擬、靜載荷模擬、動載荷模擬功能的多自由度車輛動力學測試與研究的 試驗平臺。
發明內容
本發明針對現有技術所存在的不足，提出一種同時具有路面模擬、靜載荷模擬、動 載荷模擬功能的多自由度車輛動力學測試與研究的試驗平臺。本發明是通過如下技術措施實現的一種多自由度車輛動力學試驗平臺，包括帶 軸向力傳感器的雙出杆垂向加載液壓缸、上角度傳感器、加載支架、車輪固定支架、測控系 統、滾筒、碼盤、轉速傳感器、左滾筒支架、右滾筒支架、轉盤、滾珠支架、滾珠、中桶壁、中桶 面、位置伺服液壓缸、連杆、下中心軸、上中心軸、六自由度Stewart平臺、下角度傳感器、軸 承端蓋、下軸承、轉矩傳感器、上軸承、滾筒中心軸、外轉子電機、六分力傳感器、內部帶軸承 的連接裝置、左後對中滾子支架、右後對中滾子支架、左前對中滾子支架、右前對中滾子支 架、對中滾子升降器、後對中滾子、前對中滾子、滑塊。加載支架固定安裝在地基上，滑塊安 裝在加載支架上並可沿加載支架上的導軌移動，帶軸向力傳感器的雙出杆垂向加載液壓缸 的缸筒固定安裝在滑塊上，帶軸向力傳感器的雙出杆垂向加載液壓缸的上活塞杆安裝在滑 塊中的圓柱形滑套內並可在圓柱形滑套內做旋轉和軸向移動，上角度傳感器安裝在帶軸向 力傳感器的雙出杆垂向加載液壓缸的上活塞杆和滑塊之間，帶軸向力傳感器的雙出杆垂向 加載液壓缸的下活塞杆通過車輪固定支架與內部帶軸承的連接裝置連接，後對中滾子由左 後對中滾子支架和右後對中滾子支架支承，前對中滾子由左前對中滾子支架和右前對中滾 子支架支承，左後對中滾子支架和左前對中滾子支架均與左滾筒支架鉸接，右後對中滾子 支架和右前對中滾子支架均與右滾筒支架鉸接，左後對中滾子支架、右後對中滾子支架、左 前對中滾子支架、右前對中滾子支架可在對中滾子升降器的作用下同步運動，對中滾子升降器兩端分別與左滾筒支架和左前對中滾子支架鉸接，滾筒中心軸固定安裝在左滾筒支 架和右滾筒支架上，碼盤固定安裝在外轉子電機的轉子上，轉速傳感器固定安裝在滾筒中 心軸上，外轉子電機的定子與滾筒中心軸固定連接，外轉子電機的轉子通過六分力傳感器 與滾筒固連，左滾筒支架和右滾筒支架固定安裝在轉盤上，轉盤與中桶面之間有環形布置 且可自由滾動的滾珠，滾珠放在滾珠支架的圓孔中，上中心軸與轉盤同軸固定連接，上中 心軸通過轉矩傳感器與下中心軸固定連接，中桶面與中桶壁固定連接，中桶壁與六自由度 Stewart平臺固定連接，六自由度Stewart平臺固定安裝在地基上，上中心軸與中桶面之間 安裝有上軸承，下中心軸與中桶面之間安裝有下軸承，與下軸承配合的軸承端蓋固定安裝 在中桶面上，下角度傳感器安裝在下中心軸與軸承端蓋之間，下中心軸與連杆固定連接，連 杆與位置伺服液壓缸的活塞杆之間鉸接，位置伺服液壓缸與中桶壁之間鉸接，轉盤可在位 置伺服液壓缸的作用下旋轉，帶軸向力傳感器的雙出杆垂向加載液壓缸、位置伺服液壓缸、 上角度傳感器、下角度傳感器、轉矩傳感器、六自由度Stewart平臺、對中滾子升降器、外轉 子電機、六分力傳感器、轉速傳感器均與測控系統電連接。上述提到的六自由度Stewart平臺可以採用六個液壓伺服油缸驅動，每個液壓伺 服油缸上安裝有軸向力傳感器和位移傳感器，可以測量液壓輸出力和活塞位移，進而計算 六自由度Stewart平臺的6維動、靜態負載力和上平臺的空間位置，這個六自由度Stewart 平臺是公知的。上述提到的六分力傳感器也是公知的，可以測量直角坐標系3個平動和3個旋轉 方向上的共6個分力。本發明的有益效果是使用本發明可以模擬道路路面幾何形狀和力學特性的變 化及其對車輪的激勵作用，對車輪施加6維路面激勵力即縱向力、橫向力、垂向力、滾動阻 力矩、側傾阻力矩和回正阻力矩中的任何一維或多維力，可以同時進行路面模擬、靜載荷模 擬、動載荷模擬，車輪可相對於滾筒轉向，實現對車輛轉彎行駛時出現的大輪胎側偏角的模 擬，並可對車輪轉向角和車輪所受的6維力進行測量，對車輛實際行駛工況進行更好的模 擬與測試，實現多自由度車輛動力學的全面研究，提供一種性能更優的車輛動力學試驗平 臺。
圖1為本發明的主視圖。圖2為本發明的側視圖。圖3為本發明的俯視圖。圖4為圖1的A-A剖視圖。圖中1-帶軸向力傳感器的雙出杆垂向加載液壓缸，2-上角度傳感器，3-加載支 架，4-車輪固定支架，5-測控系統，6-滾筒，7-碼盤，8-轉速傳感器，9-左滾筒支架，9A-右 滾筒支架，10-轉盤，11-滾珠支架，12-滾珠，13-中桶壁，13A-中桶面，14-位置伺服液壓 缸，15-連杆，16-下中心軸，16A-上中心軸，17-六自由度Stewart平臺，18-下角度傳感器， 19-軸承端蓋，20-下軸承，21-轉矩傳感器，22-上軸承，23-滾筒中心軸，24-外轉子電機， 25-六分力傳感器，26-內部帶軸承的連接裝置，27-左後對中滾子支架，27A-右後對中滾子 支架，28-左前對中滾子支架，28A-右前對中滾子支架，29-對中滾子升降器，30-後對中滾子，31-前對中滾子，32-滑塊。
具體實施例方式為能清楚說明本方案的技術特點，下面通過具體實施方式
，並結合附圖，對本方案 進行闡述。如圖1、圖2、圖3、圖4所示的一種多自由度車輛動力學試驗平臺，包括帶軸向力傳 感器的雙出杆垂向加載液壓缸1、上角度傳感器2、加載支架3、車輪固定支架4、測控系統5、 滾筒6、碼盤7、轉速傳感器8、左滾筒支架9、右滾筒支架9A、轉盤10、滾珠支架11、滾珠12、 中桶壁13、中桶面13A、位置伺服液壓缸14、連杆15、下中心軸16、上中心軸16A、六自由度 Stewart平臺17、下角度傳感器18、軸承端蓋19、下軸承20、轉矩傳感器21、上軸承22、滾筒 中心軸23、外轉子電機24、六分力傳感器25、內部帶軸承的連接裝置26、左後對中滾子支架
27、右後對中滾子支架27A、左前對中滾子支架28、右前對中滾子支架28A、對中滾子升降器 29、後對中滾子30、前對中滾子31、滑塊32。加載支架3固定安裝在地基上，滑塊32安裝 在加載支架3上並可沿加載支架3上的導軌移動，帶軸向力傳感器的雙出杆垂向加載液壓 缸1的缸筒固定安裝在滑塊32上，帶軸向力傳感器的雙出杆垂向加載液壓缸1的上活塞杆 安裝在滑塊32中的圓柱形滑套內並可在圓柱形滑套內做旋轉和軸向移動，上角度傳感器2 安裝在帶軸向力傳感器的雙出杆垂向加載液壓缸1的上活塞杆和滑塊32之間，帶軸向力傳 感器的雙出杆垂向加載液壓缸1的下活塞杆通過車輪固定支架4與內部帶軸承的連接裝置 26連接，後對中滾子30由左後對中滾子支架27和右後對中滾子支架27A支承，前對中滾 子31由左前對中滾子支架28和右前對中滾子支架28A支承，左後對中滾子支架27和左前 對中滾子支架28均與左滾筒支架9鉸接，右後對中滾子支架27A和右前對中滾子支架28A 均與右滾筒支架9A鉸接，左後對中滾子支架27、右後對中滾子支架27A、左前對中滾子支架
28、右前對中滾子支架28A可在對中滾子升降器29的作用下同步運動，對中滾子升降器29 兩端分別與左滾筒支架9和左前對中滾子支架28鉸接，滾筒中心軸23固定安裝在左滾筒 支架9和右滾筒支架9A上，碼盤7固定安裝在外轉子電機24的轉子上，轉速傳感器8固定 安裝在滾筒中心軸23上，外轉子電機24的定子與滾筒中心軸23固定連接，外轉子電機24 的轉子通過六分力傳感器25與滾筒6固連，左滾筒支架9和右滾筒支架9A固定安裝在轉 盤10上，轉盤10與中桶面13A之間有環形布置且可自由滾動的滾珠12，滾珠12放在滾珠 支架11的圓孔中，上中心軸16A與轉盤10同軸固定連接，上中心軸16A通過轉矩傳感器21 與下中心軸16固定連接，中桶面13A與中桶壁13固定連接，中桶壁13與六自由度Stewart 平臺17固定連接，六自由度Stewart平臺17固定安裝在地基上，上中心軸16A與中桶面 13A之間安裝有上軸承22，下中心軸16與中桶面13A之間安裝有下軸承20，與下軸承20配 合的軸承端蓋19固定安裝在中桶面13A上，下角度傳感器18安裝在下中心軸16與軸承端 蓋19之間，下中心軸16與連杆15固定連接，連杆15與位置伺服液壓缸14的活塞杆之間 鉸接，位置伺服液壓缸14與中桶壁13之間鉸接，轉盤10可在位置伺服液壓缸14的作用下 旋轉，帶軸向力傳感器的雙出杆垂向加載液壓缸1、位置伺服液壓缸14、上角度傳感器2、下 角度傳感器18、轉矩傳感器21、六自由度Stewart平臺17、對中滾子升降器29、外轉子電機 24、六分力傳感器25、轉速傳感器7均與測控系統5電連接。試驗時，將被試車輛的車輪置於滾筒6上並與內部帶軸承的連接裝置26連接，測控系統5控制對中滾子升降器29及後對中滾子30、前對中滾子31運動，實現車輪在滾筒6 上的對中；根據六分力傳感器25、轉速傳感器7的測量信息，控制外轉子電機24產生滾筒 旋轉力矩，模擬車輪所受的縱向力；控制帶軸向力傳感器的雙出杆垂向加載液壓缸1產生 車輪受到的垂向載荷，模擬車輛所受的靜載荷變化和動載荷變化；結合上角度傳感器2、下 角度傳感器18和六自由度Stewart平臺17的測量信息，控制六自由度Stewart平臺17和 位置伺服液壓缸14帶動轉盤10旋轉，產生期望的車輪側偏角，模擬車輪受到的橫向力；控 制六自由度Stewart平臺17模擬道路路面幾何形狀和力學特性的變化，產生車輪受到的路 面激勵，實現路面對作用在車輪上縱向、橫向、垂向、側傾、橫擺和滾動6維路面激勵力中任 何一維或多維力的模擬；上述垂向載荷、橫向力和任何一維或多維路面激勵力可同時施加 在車輪上；測控系統5通過帶軸向力傳感器的雙出杆垂向加載液壓缸1中的力傳感器測定 輪胎所受的垂向載荷大小；通過六分力傳感器25測量車輪所受的6維力；通過上角度傳感 器2、下角度傳感器18和六自由度Stewart平臺17測量車輪轉向角；通過轉速傳感器8測 量滾筒6的旋轉速度；通過六自由度Stewart平臺17測量路面幾何形狀變化和路面作用在 車輪上的6維路面激勵力；通過控制位置伺服液壓缸14產生更大的車輪側偏角，補償六自 由度Stewart平臺17產生的車輪側偏角的不足，實現對車輛轉彎行駛時出現的大輪胎側偏 角的模擬。從而實現多自由度車輛動力學的全面研究。
權利要求
一種多自由度車輛動力學試驗平臺，包括帶軸向力傳感器的雙出杆垂向加載液壓缸[1]、上角度傳感器[2]、加載支架[3]、車輪固定支架[4]、測控系統[5]、滾筒[6]、碼盤[7]、轉速傳感器[8]、左滾筒支架[9]、右滾筒支架[9A]、轉盤[10]、滾珠支架[11]、滾珠[12]、中桶壁[13]、中桶面[13A]、位置伺服液壓缸[14]、連杆[15]、下中心軸[16]、上中心軸[16A]、六自由度Stewart平臺[17]、下角度傳感器[18]、軸承端蓋[19]、下軸承[20]、轉矩傳感器[21]、上軸承[22]、滾筒中心軸[23]、外轉子電機[24]、六分力傳感器[25]、內部帶軸承的連接裝置[26]、左後對中滾子支架[27]、右後對中滾子支架[27A]、左前對中滾子支架[28]、右前對中滾子支架[28A]、對中滾子升降器[29]、後對中滾子[30]、前對中滾子[31]、滑塊[32]，加載支架[3]固定安裝在地基上，滑塊[32]安裝在加載支架[3]上並可沿加載支架[3]上的導軌移動，帶軸向力傳感器的雙出杆垂向加載液壓缸[1]的缸筒固定安裝在滑塊[32]上，帶軸向力傳感器的雙出杆垂向加載液壓缸[1]的上活塞杆安裝在滑塊[32]中的圓柱形滑套內並可在圓柱形滑套內做旋轉和軸向移動，上角度傳感器[2]安裝在帶軸向力傳感器的雙出杆垂向加載液壓缸[1]的上活塞杆和滑塊[32]之間，帶軸向力傳感器的雙出杆垂向加載液壓缸[1]的下活塞杆通過車輪固定支架[4]與內部帶軸承的連接裝置[26]連接，後對中滾子[30]由左後對中滾子支架[27]和右後對中滾子支架[27A]支承，前對中滾子[31]由左前對中滾子支架[28]和右前對中滾子支架[28A]支承，左後對中滾子支架[27]和左前對中滾子支架[28]均與左滾筒支架[9]鉸接，右後對中滾子支架[27A]和右前對中滾子支架[28A]均與右滾筒支架[9A]鉸接，左後對中滾子支架[27]、右後對中滾子支架[27A]、左前對中滾子支架[28]、右前對中滾子支架[28A]可在對中滾子升降器[29]的作用下同步運動，對中滾子升降器[29]兩端分別與左滾筒支架[9]和左前對中滾子支架[28]鉸接，滾筒中心軸[23]固定安裝在左滾筒支架[9]和右滾筒支架[9A]上，碼盤[7]固定安裝在外轉子電機[24]的轉子上，轉速傳感器[8]固定安裝在滾筒中心軸[23]上，外轉子電機[24]的定子與滾筒中心軸[23]固定連接，外轉子電機[24]的轉子通過六分力傳感器[25]與滾筒[6]固連，左滾筒支架[9]和右滾筒支架[9A]固定安裝在轉盤[10]上，轉盤[10]與中桶面[13A]之間有環形布置且可自由滾動的滾珠[12]，滾珠[12]放在滾珠支架[11]的圓孔中，上中心軸[16A]與轉盤[10]同軸固定連接，上中心軸[16A]通過轉矩傳感器[21]與下中心軸[16]固定連接，其特徵在於，中桶面[13A]與中桶壁[13]固定連接，中桶壁[13]與六自由度Stewart平臺[17]固定連接，六自由度Stewart平臺[17]固定安裝在地基上，上中心軸[16A]與中桶面[13A]之間安裝有上軸承[22]，下中心軸[16]與中桶面[13A]之間安裝有下軸承[20]，與下軸承[20]配合的軸承端蓋[19]固定安裝在中桶面[13A]上，下角度傳感器[18]安裝在下中心軸[16]與軸承端蓋[19]之間，下中心軸[16]與連杆[15]固定連接，連杆[15]與位置伺服液壓缸[14]的活塞杆之間鉸接，位置伺服液壓缸[14]與中桶壁[13]之間鉸接，轉盤[10]可在位置伺服液壓缸[14]的作用下旋轉，帶軸向力傳感器的雙出杆垂向加載液壓缸[1]、位置伺服液壓缸[14]、上角度傳感器[2]、下角度傳感器[18]、轉矩傳感器[21]、六自由度Stewart平臺[17]、對中滾子升降器[29]、外轉子電機[24]、六分力傳感器[25]、轉速傳感器[7]均與測控系統[5]電連接。
2.如權利要求1所述的一種多自由度車輛動力學試驗平臺，其特徵在於，通過控制位 置伺服液壓缸[14]產生更大的車輪側偏角，補償六自由度Stewart平臺[17]產生的車輪側偏角的不足，實現對車輛轉彎行駛時出現的大輪胎側偏角的模擬。
3.如權利要求1所述的一種多自由度車輛動力學試驗平臺，其特徵在於，測控系統[5] 根據六分力傳感器[25]、轉速傳感器[7]的測量信息，控制外轉子電機[24]產生滾筒旋轉 力矩，模擬車輪所受的縱向力；控制帶軸向力傳感器的雙出杆垂向加載液壓缸[1]產生車 輪受到的垂向載荷，模擬車輛所受的靜載荷變化和動載荷變化；結合上角度傳感器[2]、下 角度傳感器[18]和六自由度Stewart平臺[17]的測量信息，控制位置伺服液壓缸[14]和 六自由度Stewart平臺[17]帶動轉盤[10]旋轉，產生期望的車輪側偏角，模擬車輪受到的 橫向力；控制六自由度Stewart平臺[17]模擬道路路面幾何形狀和力學特性的變化，產生 車輪受到的路面激勵，實現路面對作用在車輪上縱向、橫向、垂向、側傾、橫擺和滾動6維路 面激勵力中任何一維或多維力的模擬；上述縱向力、垂向載荷、橫向力和任何一維或多維路 面激勵力可同時施加在車輪上。
全文摘要
本發明公開了一種多自由度車輛動力學試驗平臺，包括帶軸向力傳感器的雙出杆垂向加載液壓缸、測控系統、滾筒、轉盤、位置伺服液壓缸、六自由度Stewart平臺、外轉子電機、六分力傳感器等。使用本發明可以模擬道路路面幾何形狀和力學特性的變化及其對車輪的激勵作用，對車輪施加6維路面激勵力中的任何一維或多維力，可同時進行路面模擬、靜載荷模擬、動載荷模擬，車輪可相對於滾筒轉向，實現對車輛轉彎行駛時出現的大輪胎側偏角的模擬，並可對車輪轉向角和車輪所受的6維力進行測量，對車輛實際行駛工況進行更好的模擬與測試，實現多自由度車輛動力學的全面研究，提供一種性能更優的車輛動力學試驗平臺。
文檔編號G01L5/16GK101968403SQ20101050213
公開日2011年2月9日 申請日期2010年10月11日 優先權日2010年10月11日
發明者張竹林, 李貽斌, 楊福廣, 榮學文, 邱緒雲, 阮久宏 申請人:山東交通學院