基于虛擬樣機技術(shù)對汽車懸架進行檢驗和測試系統(tǒng)的研究

1、基于虛擬技術(shù)對懸架進行檢驗測試的研究摘要：基于已經(jīng)建立的振動力學模型和汽車懸架的運動方程，我們分析并且提出了懸架的性能評價指標，同時建立測量懸架性能的一種新的方法。利用虛擬樣機技術(shù)，我們開發(fā)了對于所有汽車懸架都適用的一種新的檢測系統(tǒng)。它采用的是一種PCDAQ的方案。在原有懸架測試系統(tǒng)臺架的基礎上，我們需要在臺架上安裝一些必要的傳感器，還需要個人電腦和虛擬的軟件。這樣的汽車懸架測試系統(tǒng)就建立了。我們可以用它來計算懸架的吸收率，振動頻率，物理差異和相應的振動波形等。它同時為懸架的綜合性能和故障診斷提供依據(jù)。事實證明該模型是正確和可行的，測試系統(tǒng)是準確，可靠的。關(guān)鍵詞：車輛工程；汽車懸架；性能檢測；

2、測試系統(tǒng)；虛擬樣機A STUDY ON THE TESTING AND TESTING SYSTEM OF VEHICLE SUSPENSIONS PERFORMANCE BASED ON VIRTUAL INSTRUMENTGao Xiaodong1 Huang Lan2(School of Automotive Engineering, Xihua UniversityAbstract：On the basis of the vibration mechanical model and themotion equation of automobile suspension built,we

3、 analyse andpropose a performance evaluation index of the suspension,and establish a new testing method for measuring the suspension performanceUsing the virtual instrument technology,We develop all automobile suspension performance testing systemIt adopts the PCDAQ schemeOn the basis of the origina

4、l excitation suspension performance testing table we equip the table with somenecessary sensors，the personal computer and virtul softwareThen the automobile suspension performance testing system is builtWe can use it to measure the absorb efficiency,the vibration frequency,the physic difference and

5、the corresponding vibration waveform and so onIt also provides the foundation for the integrated estimation of the suspension performance and fault diagnosisBy testing cars in practice，we have proved that the model is accurate and feasible and the testing system is exact and credibleKeywords：automob

6、ile engineering；automobile suspension；performance testing；testing system；virtual instrument1. 引言懸架系統(tǒng)是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要組成部分。它的質(zhì)量和性能會直接影響其平順性，操作穩(wěn)定性，乘坐舒適性。在使用中的減震器將會影響車輪和路面之間的動態(tài)粘附狀態(tài)。如果其性能不滿足的話，其動態(tài)性能會受到限制。當其損壞的話，車輪將偏離道路，完全失去控制，從而大大影響行車安全。因此在使用中的汽車應不時的對懸架進行性能檢測來保證懸架系統(tǒng)滿足行駛的需要。一般來說有兩種傳統(tǒng)的方法來檢測懸架的性能。第一種是虛擬樣機。這種方法缺少內(nèi)部性

7、能的定性的分析。另一種方法是給車身施加力，同時瞬間撤銷，觀察汽車的垂直運動來評價減震器的技術(shù)情況。然而這種方法主要依靠的是經(jīng)驗。它的主觀因素太大以至于可靠性很差。隨著檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，人們普遍采用激勵法來檢測懸架系統(tǒng)的性能。我們給車輪的垂直方向以激勵，這樣就同時在汽車懸架上產(chǎn)生垂直的振動。在振動的過程中，試驗臺架會使汽車和車椅發(fā)生共振，當共振發(fā)生在汽車的靜態(tài)地面壓力時，我們就得到了車輪的最小地面壓力比率。所以我們可以用比率來評價懸架的性能。根據(jù)歐洲聯(lián)盟減震器制造的標準，我們推薦使用的激勵方法來測試該懸架的性能。無論是進口的還是國產(chǎn)的設備，都是存在一定的問題的。該檢測參數(shù)是一個數(shù)值。它們不能進

8、行進一步的性能分析和故障的診斷，不能全面的反映懸架的技術(shù)條件。在性能測試表中的顯示設備主要是指針式的或數(shù)字式的。它們只能說明一些特殊點的數(shù)據(jù)，并不能說明整個檢測的過程。所以這就會丟失很多重要的信息，影響測量的精確性，操作和接口的兼容性。因此一個新的懸架測試系統(tǒng)在本文中提出，這個測試系統(tǒng)的研究和建立是在Labview的環(huán)境下，基于虛擬儀器完成的。2. 汽車懸架性能測試的理論分析2.1 汽車懸架性能測試模型的建立當汽車的前軸（或者后輪軸）如1圖安放在測試臺架上同時給以激勵，這時汽車和臺架就形成了一個相互耦合的振動系統(tǒng)“汽車臺架振動系統(tǒng)”1。當“汽車臺架振動系統(tǒng)”的頻率達到非懸架的固有頻率時，這個系

9、統(tǒng)將會發(fā)生共振。圖1 測試臺架的結(jié)構(gòu)原理圖它的工作原理描述如下：電動機驅(qū)動飛輪和凸輪軸同時旋轉(zhuǎn)。座板的振動只能讓車輪垂直的移動。它們緊緊得按住凸輪的周圍同時沿著旋轉(zhuǎn)的凸輪垂直振動。安裝在凸輪和振動臺板之間的力傳感器可以測量凸輪和振動臺板之間的壓力。與汽車的彈性元件相比，該傳感器具有較大的剛度和較少的阻尼。這個系統(tǒng)可以簡化為圖2，這是一個兩自由度的振動力學模型。圖2 二自由度車身和車輪的振動模型設置垂直位移的原點是在靜態(tài)平衡位置時，根據(jù)受力分析得二自由度的振動方程如下所示。m2 Z2+ c2 (z2-z1+k2(z2-Z1=0 (1m1 Z1+c2(z1-z2+ k2(z1-z2+ c1(z1-

10、q+k1(z1-q= 0 (2m1無懸架質(zhì)量(kg；m2有懸架質(zhì)量(kg；k1車輪的剛度； k2懸架的剛度；cl車輪的阻尼系數(shù)；c2減震器的阻尼系數(shù)；zl車輪的垂直位移；z2車身的垂直位移；q對路面不平度的激勵；q=A cos wt。車輪和實驗臺架之間的動態(tài)負載是Fd(t。Fd(t=c1(z1-q+k1(z1-q車輪的阻尼系數(shù)比減震器的要小，所以我們可以忽略c1。所以c1=0，方程（1）和（2）可以簡化成如下：m2 Z2+ c2 (z2-z1+k2(z2-Z1=0 （3）m1 Z2+c2(z1-z2+k2(z1-z2+k1(z1-q= 0 （4）2.2 汽車懸架的性能指標2.2.1 懸架的吸收

11、率懸架的吸收率反映了車輪和路面的動態(tài)粘性的能力。最小的垂直負載和發(fā)生共振時的車輪靜態(tài)負載的比值就叫做是懸架的吸收率。吸收率越大，懸架的阻尼特性越好。3 設計汽車懸架性能的測試系統(tǒng)3.1 該系統(tǒng)的硬件設計測試臺架的硬件設計如圖1所示。在原激發(fā)試驗臺的基礎上，兩個轉(zhuǎn)速傳感器分別安裝在左右在試驗臺架的凸輪上以用來測量汽車-臺架振動系統(tǒng)在振動的過程中的差異性。這種實驗臺架可以測量，懸架振動頻率和相應的振動波形.我們可以用振動頻率，異常波形分析等來準確的評價懸架的綜合性能。3.2 虛擬測試系統(tǒng)的設計23虛擬測試系統(tǒng)采用的是PCDAQ的方案。它是用來數(shù)據(jù)采集和對虛擬測試系統(tǒng)進行控制的。它包括速度傳感器，力

12、傳感器，安裝有電腦的工作臺和虛擬的軟件。我們將測試系統(tǒng)的數(shù)字量變?yōu)橄到y(tǒng)的模擬量，這種模擬量的數(shù)字更加靈活，智能。同時它使pc機作為核心來支持硬件。圖3 性能測試的結(jié)構(gòu)圖3.2.1 虛擬系統(tǒng)的硬件設計對汽車懸架的虛擬測試系統(tǒng)包括硬件和外設.基礎硬件平臺采用P4的工業(yè)計算機.外圍硬件主要包括轉(zhuǎn)速傳感器和力傳感器，信號處理和轉(zhuǎn)換電路，一個多功能數(shù)據(jù)采集卡等。3.2.2 虛擬系統(tǒng)的軟件設計虛擬系統(tǒng)的軟件包括系統(tǒng)軟件和應用軟件。系統(tǒng)軟件采用的是windows的操作系統(tǒng)。平臺的應用系統(tǒng)是由美國國家儀器公司開發(fā)的Labview的軟件。Labview是一個具有傳播功能的軟件。我們可以用它來設計應用程序，用戶使

13、用起來很方便。應用程序包括軟面板儀器，檢測程序，檢測數(shù)據(jù)庫.text文件等4。4 結(jié)論兩自由度的懸架的測試臺架的振動模型對振動實驗室可行的。懸架性能的評價指標和測試方法能夠比較全面反映懸架性能。相對于傳統(tǒng)的測試系統(tǒng)，基于虛擬儀器懸架性能測試系統(tǒng)具有更強大的功能。另外在它設施、擴展性、數(shù)據(jù)處理等方面有更多的優(yōu)勢。所需的投資低，開發(fā)周期短。其共同點是強勁，且易于維護。它提高了性能測試，智能化程度。它具有界面友好，易于操作，可以提高工作效率。事實證明，懸架測試系統(tǒng)基于虛擬儀器具有精度高，性能可靠。參 考 文 獻1 Le Xiaoxiong,Zhang Lijun,Jiang Hao,(2002.Au

14、tomobile vibration analysisM,Tongji University Press,Shanghai,pp59892 Liu Yumei，Su Ban，Pan Hongda,(2005.Application of virtual instrument technology in automobile testingJ.China Journal of Highway and Transport,V01.18No.2,pp112-1153 Liu Yumei,Wang Qingnian,Wei Chuanfeng,(2005.Vehicle performance tes

15、ting system based on virtual instrument technologyJ,Journal of Jilin University(Engineering and Technology EditionV01.35 No.5.pp462-4664 Zhang Min,Xu Xun,(2002.Signal detection based on Labview and data acquisition card,Journal of Northern Jiao tong University,Beijing,V01.24 No.5,PP.7881Duì qìch xuán jià de xn cèshì xìtng bokuò yìngjiàn hé wài shè hardware.The jch yìngjiàn píngtái ciyòng P4 de jch gngyè computer.The wàiwéi yìngjiàn zhyào bokuò xián wài