CN109489997A - 一种汽车悬架系统多功能测试平台及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆悬架系统多功能测试平台及其测试方法，所述测试平台包括悬架试验台架和测控系统；悬架实验台架包括台架本体、与台架本体相连的电动油缸和簧载质量模拟模块、与电动油缸的顶部相连的作动器激振头，与作动器激振头相连的托盘、与托盘固定连接的车轮刚度模块、与车轮刚度模块相连的簧下质量模拟模块、与簧下质量模拟模块上方连接的步进电机、气源供给系统，测控系统包括各类传感器、数据采集卡、目标机、悬架控制开发板、宿主机；所述测试方法包括通过调整模拟轮胎刚度的螺旋弹簧、簧载质量模拟模块及簧下质量模拟模块可以测试多种车型及多种工况下的悬架性能；本发明具有縮短开发周期、降低研发成本和循环使用的特点。

Description

一种汽车悬架系统多功能测试平台及其测试方法

技术领域

本发明涉及一种汽车测试装置及测试方法,具体涉及一种汽车悬架系统多功能测试平台及其测试方法。

背景技术

悬架是现代汽车的重要总成之一，是将车架和车桥相连接的一种装置，具有缓和不平波动路面传给车架的冲击力，并衰减由此引起的振动。在进行悬架系统的测试时,传统的纯计算机仿真是利用建立数学模型的方法进行仿真，虽然实施的效率高、成本低，但是仿真结果很大程度上依赖于数学模型的精确，不能有效地反映出真实的路面环境。若实车道路实验则会受到硬件成本、环境因素的影响，难以测试汽车行驶过程中极端工况下的悬架系统特性。

发明内容

发明目的：本发明提供一种汽车悬架系统多功能测试平台，能够模拟整个车辆悬架系统的运行情况，实现汽车悬架系统、减振器、空气弹簧、悬架控制器等性能试验测试；本发明的另一目的是提供四种基于本车辆悬架系统多功能测试平台的测试方法。

技术方案：一种车辆悬架系统多功能测试平台，包括悬架试验台架和测控系统；悬架实验台架包括台架本体、与台架本体相连的电动油缸和簧载质量模拟模块、与电动油缸的顶部相连的作动器激振头，与作动器激振头相连的托盘、与托盘固定连接的车轮刚度模块、与车轮刚度模块相连的簧下质量模拟模块、与簧下质量模拟模块上方连接的步进电机、气源供给系统；测控系统包括在簧载质量组件的上部固定的加速传感器，在非簧载质量组件与托盘之间固定的位移传感器，力传感器固定于空气弹簧上端，数据采集卡分别与加速传感器、位移传感器、力传感器相连接，电动油缸、电动油缸驱动器、数据采集卡、目标机、悬架控制开发板、宿主机依次连接。

一种基于上述的测试平台进行汽车悬架系统测试的方法，包括以下步骤：

a、被测汽车悬架安装于悬架试验台架，目标机的运动控制信号通过数据采集卡输出给电动油缸驱动器，驱动电动油缸输出不同频率和振幅的振动，该振动使作动器激振头施加振动激励，激励簧下质量模拟模块垂向振动；

b、电动油缸的振动通过空气弹簧和减振器传递给支架和簧载质量组件，使簧载质量模拟模块沿着两端的滑块进行竖直上下振动；

c、加速度传感器、位移传感器、力传感器将接收的信号传输至数据采集卡，由数据采集卡将信号变送给宿主机，通过宿主机的Labview平台显示各传感器数据，得到簧载质量模拟模块垂向加速度、悬架动行程和簧下质量模拟模块加速度等信号。

一种基于上述的测试平台进行减振器测试的方法，包括以下步骤：

a、被测减振器安装于悬架试验台架的托盘与簧载质量模拟模块之间，使其仅能够通过作动器激振头的振动而产生运动；

b、目标机的控制信号通过数据采集卡输出给电动油缸驱动器，驱动电动油缸输出不同频率和振幅的振动，从而使作动器激振头施加振动激励；

c、作动器激振头作用于减振器，加速度传感器、位移传感器、力传感器接收减振器在不同状态时产生的信号，通过数据采集卡将信号变送给宿主机，宿主机在Labview平台上输出减振器速度特性曲线。

一种基于上述的测试平台进行空气弹簧测试的方法，包括以下步骤：

a、被测空气弹簧安装于悬架试验台架的在托盘与簧载质量模拟模块之间，气源供给系统给空气弹簧充气；

b、作动器激振头给空气弹簧从下往上压缩一个工作行程；

c、压力传感器和位移传感器测得空气弹簧压缩过程的气体压力和行程信号，数据采集卡经将信号变送给宿主机，测控软件界面实时输出空气弹簧刚度特性。

一种基于上述测试平台进行悬架控制器测试的方法，包括以下步骤：

a、宿主机在Simulink环境下建立四分之一汽车悬架系统模型，应用Real-TimeWorkshop将控制策略和汽车模型生成标准控制程序C代码，通过编译程序生成可执行程序，通过数据线下载到目标机或悬架控制开发板中；

b、接通电源，电动油缸驱动器驱动电动油缸启动工作，从而使作动器激振头给汽车悬架施加激励；

c、数据采集卡实时采集加速度传感器、位移传感器及力传感器的信号，将数据通过数据线输送给宿主机，测控软件界面可以实时显示各信号；

d、悬架控制开发板控制信号接收到传感器信号后，启动控制程序进行计算、判断及决策，生成控制指令输送给汽车悬架执行机构，进行实时调节；

e、处理试验结果，分析悬架性能是否满足设计要求，若不满足，返回步骤a修改控制策略，重新生成控制程序并进行二次性能测试，直到满足要求为止。

有益效果：(1)本发明利用硬件在环理念，试验时能够嵌入难以建模的电磁阀等部分实物与目标机或悬架控制开发板间的信号交互，既简化了数学模型的难度又可以测试悬架控制程序。(2)本发明通过可以调整簧载质量、非簧载质量、螺旋弹簧刚度，可以测试多种车型、多种工况的悬架性能，同时平台测试可以縮短新产品开发周期。(3)本发明可以测试减振器、悬架弹簧、被动悬架、主动悬架及半主动悬架的性能，具有一套设备可以测试多种汽车部件的功能。一机多用可以显著降低汽车悬架的开发成本。

附图说明

图1为本发明进行四分之一汽车悬架系统测试结构示意图；

图2为本发明进行减振器特性测试结构示意图；

图3为本发明进行弹簧特性测试结构示意图；

图4为本发明进行悬架控制器测试结构示意图；

图5为本发明进行实验数据挖掘的流程图。

具体实施方式

一种车辆悬架系统多功能测试平台，测试平台包括悬架试验台架和测控系统。悬架实验台架包括台架本体、与台架本体相连的电动油缸和簧载质量模拟模块、与电动油缸的顶部相连的作动器激振头，与作动器激振头相连的托盘、与托盘固定连接的车轮刚度模块、与车轮刚度模块相连的簧下质量模拟模块、与簧下质量模拟模块上方连接的步进电机、气源供给系统。台架本体由铁地板、龙门式框架、支架及滑块组成，其中龙门式框架通过螺栓固定于铁地板，而支架两端安装滑块，滑块可沿龙门式框架立柱上下滑动；激振力机构包括电动油缸和作动器激振头，可提供正弦、余弦、三角波、锯型波等激振力；簧载质量模拟模块是由质量大小不同的质量块组合而成，模拟空载、半载及满载等多种工况；簧下质量模拟模块由质量不同的质量块组合而成，可模拟不同车型；气源供给系统空气滤清器、空气压缩机、油气分离器、干燥器、稳压罐、气阀及连接气管，可给空气弹簧或空气悬架提供高压气源；车轮刚度模块由刚度不同的螺旋弹簧组合而成，可模拟不同刚度的汽车轮胎。

测控系统由信号采集模块、测控硬件、测控软件及控制指令输出模块组成。信号采集模块由加速度传感器、位移传感器、力传感器及数据采集卡组成，可以实时采集被测对象的各类信号；测控硬件由宿主机、目标机和悬架控制开发板组成，宿主机Simulink软件建立悬架汽车系统模型和汽车技术参数，应用Real-TimeWorkshop生成标准控制程序C代码，经过编译成功后生成控制软件下载到目标机或悬架控制开发板上，用于控制主动悬架或半主动悬架；测控软件是基于Labview软件开发，安装于宿主机上，通过USB数据线连接数据采集卡，通过软件界面可以实时显示数据，并将其保存于硬盘中。信息流方面，加速度传感器、位移传感器及力传感器等信号流向数据采集卡，信号经过A/D转换后，输送给目标机、宿主机和悬架控制开发板，控制指令输送给电动油缸、电动油缸驱动器、步进电机及电磁阀等执行机构。

图1为四分之一汽车悬架系统测试图，以空气悬架为例进行说明，主要特征步骤如下：

a、目标机22的运动控制信号通过数据采集卡20输出给电动油缸驱动器19，驱动电动油缸3做出不同频率、振幅的振动，从而使作动器激振头4施加振动激励使非簧载质量组件9在电动油缸3的带动下产生垂直的上下位移，

b、作动器激振头4的振动会通过空气弹簧12和减振器11传递给支架16和簧载质量组件14，使簧载质量组件14沿着两端的滑块17进行垂直上下位移的振动。

c、宿主机23在Simulink环境下建立汽车悬架系统仿真模型，应用Real-TimeWorkshop生成标准控制程序C代码下载到目标机22中，各传感器信号经信号采集模块传输至数据采集卡20，经信号调理模块21反馈至宿主机23，通过宿主机23显示各传感器数据，得到簧载质量加速度、悬架动行程和空气弹簧内压信号，监视性能曲线变化并适当调整参数，评价半主动悬架控制算法的控制效果。

图2为汽车减振器特性测试方法，以可调阻尼减振器为例进行说明，主要特征步骤如下：

a、簧载质量组件14拉伸到合适的高度后，使减振器11的顶端与支架16固定，调整电动油缸3及作动器激振头4的位置，使托盘5的中心对准减振器11下端的安装点；

b、紧固连接后，目标机22的运动控制信号通过数据采集卡20输出给电动油缸驱动器19，驱动电动油缸19做出不同频率、振幅的振动，从而使作动器激振头4施加振动激励；

c、减振器11阻尼分为软、中、硬三个状态，驱动步进电机10带动减振器11的回转阀一起转动不同的角度，从而引起减振器11节流孔的面积,实现阻尼的软、中、硬三种状态的变化，加速度传感器13、位移传感器18、力传感器15接收在减振器11不同状态时产生的信号传输至数据采集卡，数据采集卡20经信号调理模块21将信号输送给宿主机23，宿主机23在Labview平台输出减振器速度特性曲线，可以获得可调阻尼减振器11的特性。

图3为悬架弹簧性能测试方法，以空气弹簧为例进行说明，主要特征步骤如下：

a、将空气弹簧12顶端固定，在不同的初始气体压力下，按照一定的速度压缩空气弹簧12；

b、气源供给系统8对空气弹簧12充气使其气囊内压为某一定值后，作动器激振头4给空气弹簧12从高往下压缩一个工作行程；

c、压力传感器15和位移传感器18测得空气弹簧12压缩过程的气体压力和行程信号，数据采集卡20经信号调理模块21将信号传送给宿主机23，由宿主机23Labview平台输出空气弹簧刚度特性曲线。

图4为悬架控制器性能测试方法，以空气悬架控制器为例进行说明，具体步骤如下：

a、目标机22的运动控制信号通过数据采集卡20输出给电动油缸驱动器19，驱动电动油缸19做出不同频率和振幅的振动，从而使作动器激振头4施加振动激励；

b、加速度传感器13、位移传感器18、力传感器15接收空气弹簧12不同状态的数据，各传感器通过数据采集卡20将数据反馈给宿主机23，由宿主机23Labview平台上显示各传感器数据；

c、悬架控制开发板24以设定值为目标值，根据采集的信号判断悬架动行程是否超过允许值，如果超出，悬架控制开发板24发出不同的脉冲信号驱动步进电机10，以改变减振器11的阻尼和空气弹簧12的刚度保证簧载质量模拟模块14和簧下质量模拟模块9组件处于适合的位置，确保操纵稳定性指标，若悬架动行程不超出允许值，则对簧载质量组件9的振动加速度信号采样。

图5为基于数据挖掘的实验数据后处理，具体步骤如下：

a、将每次实验过程中传感器采集到的信号，存放在宿主机的电子文档中，作为数据挖掘的数据源；

b、利用信号调理模块21对所述有效数据进行预处理，包括将采集到的数据进行去噪声、滤波处理、信号放大以及删除无效数据，将处理后的数据存储在宿主机23Labview平台的数据缓存区中；

c、利用宿主机23Labview平台的图形显示模块，将数据预处理得到的数据数组经波形图控件进行图形化显示；

d、由用户输入目标文件的路径，将采集的信号以宿主机23Labview平台特有的tdms文件格式一键保存在硬盘中，也可以将数据保存在数据库中，便于日后分析或处理。

Claims (10)

1.一种车辆悬架系统多功能测试平台，其特征在于:包括悬架试验台架和测控系统；悬架实验台架包括台架本体、与台架本体相连的电动油缸(3)和簧载质量模拟模块(14)、与电动油缸(3)的顶部相连的作动器激振头(4)，与作动器激振头(4)相连的托盘(5)、与托盘(5)固定连接的车轮刚度模块、与车轮刚度模块相连的簧下质量模拟模块(9)、与簧下质量模拟模块(9)上方连接的步进电机(10)、气源供给系统(8)；测控系统包括在簧载质量组件(14)的上部固定的加速传感器，在非簧载质量组件(9)与托盘(5)之间固定的位移传感器(18)，力传感器(15)固定于空气弹簧(12)上端，数据采集卡(20)分别与加速传感器(13)、位移传感器(18)、力传感器(15)相连接，电动油缸(3)、电动油缸驱动器(19)、数据采集卡(20)、目标机(22)、悬架控制开发板(24)、宿主机(23)依次连接。

2.根据权利要求1所述的车辆悬架系统多功能测试平台，其特征在于：悬架实验台架在托盘(5)与簧载质量模拟模块(14)之间安装测试对象，所述对象包括悬架减震器、悬架弹簧、单支悬架等，具有测试减振器、空气弹簧、螺旋弹簧、汽车悬架系统及悬架控制器等性能的功能。

3.根据权利要求1所述的车辆悬架系统多功能测试平台，其特征在于：台架本体包括铁地板(1)、龙门式框架(2)、支架(16)及滑块(17)，龙门式框架(2)通过螺栓与铁地板(1)固定连接，支架(16)两端安装于滑块(17)，滑块(17)安装于龙门式框架(2)上。

4.根据权利要求2所述的车辆悬架系统多功能测试平台，其特征在于：所述的龙门式框架(2)包括两个立柱、直线导轨副、直线滚珠轴承，立柱内侧与直线导轨副连接，直线导轨副与直线滚动轴承采用螺栓固定连接，滑块(17)安装于直线滚动轴承上。

5.根据权利要求2所述的车辆悬架系统多功能测试平台,其特征在于：簧载质量模拟模块(14)由质量大小不同的质量块组合而成簧载质量组件，而其上端采用螺栓固定连接于支架(16)上；通过增减质量块可以模拟汽车在空载、半载、满载及任意载荷工况；簧下质量模拟模块(9)由质量大小不同的质量块组合而成非簧质量组件，通过增减质量块可以模拟不同车型汽车的簧下质量。

6.根据权利要求2所述的车轮刚度模块，其特征在于：四根螺旋弹簧(7)组合而成，通过不同螺旋弹簧刚度的组合可以模拟不同型号的汽车轮胎，安装于非簧载质量组件(9)与托盘(5)间。

7.一种基于权利要求1所述的测试平台进行汽车悬架系统测试的方法，其特征在于包括以下步骤：

a、被测汽车悬架安装于悬架试验台架，目标机(22)的运动控制信号通过数据采集卡(20)输出给电动油缸驱动器(19)，驱动电动油缸(3)输出不同频率和振幅的振动，该振动使作动器激振头(4)施加振动激励，激励簧下质量模拟模块(9)垂向振动；

b、电动油缸(3)的振动通过空气弹簧(12)和减振器(11)传递给支架(16)和簧载质量模拟模块(14)，使簧载质量模拟模块(14)沿着两端的滑块(17)进行竖直上下振动；

c、加速度传感器(13)、位移传感器(18)、力传感器(15)将接收的信号传输至数据采集卡(20)，数据采集卡(20)经将信号变送给宿主机(23)，通过宿主机(23)的Labview平台显示各传感器数据，得到簧载质量模拟模块(14)垂向加速度、悬架动行程和簧下质量模拟模块(9)加速度等信号。

8.一种基于权利要求1所述的测试平台进行减振器测试的方法，其特征在于包括以下步骤：

a、被测减振器(11)安装于悬架试验台架的托盘与簧载质量模拟模块(14)之间，使其仅能够通过作动器激振头(4)的振动而产生运动；

b、目标机(22)的控制信号通过数据采集卡(20)输出给电动油缸驱动器(19)，驱动电动油缸(19)输出不同频率和振幅的振动，从而使作动器激振头(4)施加振动激励；

c、作动器激振头(4)作用于减振器(11)，加速度传感器(13)、位移传感器(18)、力传感器(15)接收减振器(11)在不同状态时产生的信号，数据采集卡(20)将信号变送给宿主机(23)，在Labview平台上输出减振器(11)速度特性曲线。

9.一种基于权利要求1所述的测试平台进行空气弹簧测试的方法，其特征在于包括以下步骤：

a、被测空气弹簧安装于悬架试验台架的在托盘与簧载质量模拟模块(14)之间，气源供给系统(8)给空气弹簧(12)充气；

b、作动器激振头(4)给空气弹簧(12)从下往上压缩一个工作行程；

c、压力传感器(15)和位移传感器(18)测得空气弹簧(12)压缩过程的气体压力和行程信号，数据采集卡(20)将信号变送给宿主机(23)，测控软件界面实时输出空气弹簧刚度特性。

10.一种基于权利要求1所述的测试平台进行悬架控制器测试的方法，其特征在于包括以下步骤：

a、宿主机在Simulink环境下建立四分之一汽车悬架系统模型，应用Real-TimeWorkshop将控制策略和汽车模型生成标准控制程序C代码，通过编译程序生成可执行程序，通过数据线下载到目标机或悬架控制开发板中；

b、接通电源，电动油缸驱动器(19)驱动电动油缸(3)启动工作，使作动器激振头给汽车悬架施加激励；

c、数据采集卡(20)实时采集加速度传感器(13)、位移传感器(18)及力传感器(15)的信号，将数据通过数据线输送给宿主机(23)，测控软件界面可以实时显示各信号；

d、悬架控制开发板控制(24)信号接收到传感器信号后，启动控制程序进行计算、判断及决策，生成控制指令输送给汽车悬架执行机构，进行实时调节；

e、处理试验结果，分析悬架性能是否满足设计要求，若不满足，返回步骤a修改控制策略，重新生成控制程序并进行二次性能测试，直到满足要求为止。