专利名称：汽车减振器故障测试装置及其测试方法
技术领域：
本发明属于汽车领域，它涉及一种对汽车减振器进行不解体故障诊断的测试装置及一种新的测试方法。
本发明解决技术问题的技术方案如下一种汽车减振器故障测试装置，它包括测试台底座1、测试台面2、弹簧3、直线轴承4、力传感器5、偏心轮6、挠性联轴节7、交流电机8、计算机11，其特征在于它还包括数字变频器9，它的输出通过信号线与交流电机8相连，它的输入通过信号线与计算机11相连，并固装在外置的电器箱中，位移传感器10通过信号线与计算机11相连，并装在测试台底座1上。
所述的汽车减振器故障测试装置的测试方法，其特征在于包括下列步骤1)将汽车车轮P停驻在测试台面2上，用力传感器5测量汽车车轮P对测试台面2的作用力，即汽车车轮P的静载荷W2)启动交流电机8，利用数字变频器9对交流电机8进行调速，使测试台面2的初始激振频率为24Hz，待振动稳定后，用位移传感器10测定出测试台面2的位移X3(t)，用力传感器5测定出汽车车轮P对测试台面2的作用力Fd(t)，再通过计算机将测定的位移X3(t)和作用力Fd(t)代入式[1]计算出该频率ωk处的实测频响值Gk(jωk)，其k＝1，ωk为24HzGk(jωk)＝|Gk(jωk)|∠Gk(jωk)[1]式中，频率ωk处实测频响值的幅值|Gk(jωk)|=A2A1]]>频率ωk处实测频响值的相位∠Gk(jωk)=arctan(a11b11)-arctan(a12b12)]]>A1=a112+b112,A2=a122+b122]]>a11=2NΣt=0N-1X3(t)cos(2πtN),b11=2NΣt=0N-1X3(t)sin(2πtN)]]>a12=2NΣt=0N-1Fd(t)cos(2πtN),b12=2NΣt=0N-1Fd(t)sin(2πtN)]]>式中，t为各采样点，t为0～(N-1)，N为采样点总数，N一般为10003)用数字变频器9改变交流电机8的转速，在频率范围24Hz～6Hz，按频率间隔Δω(为1Hz～2Hz)逐次降低测试台面2的激振频率ωk重复步骤2)测量若干频率ωk处实测频响值Gk(jωk)，其k＝2，…，L，测量点数L取10～12，通过计算机利用式[2]计算出式[3]中频响函数G(jω)的各系数a1，a2，a3，a4，b0，b1，b2，b3，b4和进一步计算出频率范围为24Hz～6Hz的频响函数G(jω)ZY=Λ11Λ12Λ21Λ22-1UV----[2]]]>式中，矩阵Λ11＝real(P*P)，矩阵Λ12＝-real(P*Q)，矩阵Λ12＝ΛT21，矩阵A22＝real(Q*Q)，矩阵U＝real(P*D)，矩阵V＝-real(Q*D)，real(·)表示取实部，矩阵Z＝{b0，b1，b2，b3，b4}T，矩阵Y＝{a1，a2，a3，a4}T，矩阵D＝{G1(jω1)，G2(jω2)，…，GL(jωL)}T，T为矩阵的转置，矩阵 矩阵 矩阵P*为矩阵P的共轭转置，矩阵Q*为矩阵Q的共轭转置，矩阵ΛT21为矩阵Λ12的转置，ω1，ω2，…，ωL为实测频率点，G1(jω1)，G2(jω2)，…，Gk(jωL)为实测频响值，L为测量点数，选取10～12G(jω)=b0+b1(jω)+b2(jω)2+b3(jω)3+b4(jω)4…+bm(jω)m1+a1(jω)+a2(jω)2+a3(jω)3+a4(jω)4+…+an(jω)n---[3]]]>j为虚数单位，ω为激振频率，选取24Hz～6Hz，m和n为频响函数G(jω)的阶次，选取44)通过计算机11利用式[4]计算出频率范围为24Hz～6Hz的频响函数幅值|G(jω)||G(jω)|=(Re(G(jω))2+Im(G(jω))2---[4]]]>式中，Re(G(jω))为频响函数G(jω)的实部，Im(G(jω))为频响函数G(jω)的虚部，5)利用式[4]计算出的频响函数幅值|G(jω)|和用步骤1)测出的汽车车轮P的静载荷W代入式[5]计算出附着力百分比A，并以附着力百分比A的最小值作为评价指标A=(1-eW|G(jω)|)×100---[5]]]>式中，e为偏心轮的偏心距，选取3mm6)通过计算机11将步骤3)已计算出的a1，a2，a3，b3，b4和步骤1)测出的汽车车轮P的静载荷W代入式[6]计算出各参数值汽车车轮刚度k2、汽车车身刚度k1、汽车车轮质量m2、汽车车身质量m1、及汽车减振器阻尼系数c1k2=-b3a3]]>(单位N/m)，k1=m1(a2-W/k2g)]]>(单位N/m)，m2=b4(a2-W/k2g)]]>(单位kg)，m1＝W/g-m2(单位kg)，c1＝a1k1(单位Ns/m)[6]7)通过计算机11利用式[7]计算出评价指标—阻尼比ζ的值；ζ=c12m1k1---[7]]]>8)利用已计算出的附着力百分比A和阻尼比ζ这两个综合评价指标，作出汽车减振器是否继续使用或应该进行更换的判断，当附着力百分比A≥40％且阻尼比ζ≥0.15时，汽车减振器正常可继续使用；当附着力百分比A≥40％且阻尼比ζ＜0.15时，汽车减振器有故障应进行更换；当附着力百分比A＜40％且阻尼比ζ≥0.18时，汽车减振器正常可继续使用；当附着力百分比A＜40％且阻尼比ζ＜0.18时，汽车减振器有故障应进行更换。
与现有技术相比，本发明的优点如下1)取消现有技术的储能飞轮12，用数字变频器9来改变交流电机8的转速，实现主动激振，并增加位移传感器10提高了对汽车减振器故障测试的准确性；2)采用双评价指标—附着力百分比A和阻尼比ζ，综合对汽车减振器作出评价，提高汽车减振器故障测试的准确性，减小误判率。
3)评价指标—附着力百分比A采用新的计算公式，消除偏心轮6因加工误差对测试结果的影响。
在对汽车减振器进行性能测试时，先将汽车两只前轮停驻在汽车减振器故障测试装置的测试台面2上，图3中汽车车轮以P表示，先测试左车轮，再测试右车轮，然后再将汽车两只后轮停驻在该测试装置上进行左车轮和右车轮相同测试，最终利用计算机11计算的附着力百分比A和阻尼比ζ双评价指标对汽车减振器进行综合评价，以确定各车轮处汽车减振器是否继续使用，还是应该更换。
本发明的汽车减振器故障测试装置的测试方法，其特征在于包括下列步骤将汽车车轮P停驻在测试台面2上，用力传感器5测量汽车车轮P对测试台面2的作用力，即汽车车轮P的静载荷W2)启动交流电机8，利用数字变频器9对交流电机8进行调速，使测试台面2的初始激振频率为24Hz，待振动稳定后，用位移传感器10测定出测试台面2的位移X3(t)，用力传感器5测定出汽车车轮P对测试台面2的作用力Fd(t)，再通过计算机将测定的位移X3(t)和作用力Fd(t)代入式[1]计算出该频率ωk处的实测频响值Gk(jωk)，其k＝1，ωk为24HzGk(jωk)＝|Gk(jωk)|∠Gk(jωk) [1]式中，频率ωk处实测频响值的幅值|Gk(jωk)|=A2A1]]>频率ωk处实测频响值的相位∠Gk(jωk)=arctan(a11b11)-arctan(a12b12)]]>A1=a112+b112,A2=a122+b122]]>a11=2NΣt=0N-1X3(t)cos(2πtN),b11=2NΣt=0N-1X3(t)sin(2πtN)]]>a12=2NΣt=0N-1Fd(t)cos(2πtN),b12=2NΣt=0N-1Fd(t)sin(2πtN)]]>式中，t为各采样点，t为0～(N-1)，N为采样点总数，N-般为10003)用数字变频器9改变交流电机8的转速，在频率范围24Hz～6Hz，按频率间隔Δω(为1Hz～2Hz)逐次降低测试台面2的激振频率ωk重复步骤2)测量若干频率ωk处实测频响值Gk(jωk)，其k＝2，…，L，测量点数L取10～12，通过计算机利用式[2]算出式[3]中频响函数G(jω)的各系数a1，a2，a3，a4，b0，b1，b2，b3，b4和进一步计算出频率范围为24Hz～6Hz的频响函数G(jω)ZY=Λ11Λ12Λ21Λ22-1UV----[2]]]>式中，矩阵Λ11＝real(P*P)，矩阵Λ12＝-real(P*Q)，矩阵Λ12＝ΛT21，矩阵Λ22＝real(Q*Q)，矩阵U＝real(P*D)，矩阵V＝-real(Q*D)，real(·)表示取实部，矩阵Z＝{b0，b1，b2，b3，b4}T，矩阵Y＝{a1，a2，a3，a4}T，矩阵D＝{G1(jω1)，G2(jω2)，…，GL(jωL)}T，T为矩阵的转置，矩阵 矩阵 矩阵P*为矩阵P的共轭转置，矩阵Q*为矩阵Q的共轭转置，矩阵ΛT21为矩阵Λ12的转置，ω1，ω2，…，ωL为实测频率点，G1(jω1)，G2(jω2)，…，GL(jωL)为实测频响值，L为测量点数，选取10～12G(jω)=b0+b1(jω)+b2(jω)2+b3(jω)3+b4(jω)4…+bm(jω)m1+a1(jω)+a2(jω)2+a3(jω)3+a4(jω)4+…+an(jω)n---[3]]]>j为虚数单位，ω为激振频率，选取24Hz～6Hz，m和n为频响函数G(jω)的阶次，选取44)通过计算机11利用式[4]计算出频率范围为24Hz～6Hz的频响函数幅值|G(jω)||G(jω)|=(Re(G(jω))2+Im(G(jω))2---[4]]]>式中，Re(G(jω))为频响函数G(jω)的实部，Im(G(jω))为频响函数G(jω)的虚部，5)利用式[4]计算出的频响函数幅值|G(jω)|和用步骤1)测出的汽车车轮P的静载荷W代入式[5]计算出附着力百分比A，并以附着力百分比A的最小值作为评价指标A=(1-eW|G(jω)|)×100---[5]]]>式中，e为偏心轮的偏心距，选取3mm6)通过计算机11将步骤3)已计算出的a1，a2，a3，b3，b4和用步骤1)测出的汽车车轮P的静载荷W代入式[6]计算出各参数值汽车车轮刚度k2、汽车车身刚度k1、汽车车轮质量m2、汽车车身质量m1、及汽车减振器阻尼系数c1k2=-b3a3]]>(单位N/m)，k1=m1(a2-W/k2g)]]>(单位N/m)，m2=b4(a2-W/k2g)]]>(单位kg)，m1＝W/g-m2(单位kg)，c1＝a1k1(单位Ns/m)[6]7)通过计算机11利用式[7]计算出评价指标—阻尼比ζ的值；ζ=c12m1k1---[7]]]>8)利用已计算出的附着力百分比A和阻尼比ζ这两个综合评价指标，作出汽车减振器是否继续使用或应该进行更换的判断，当附着力百分比A≥40％且阻尼比ζ≥0.15时，汽车减振器正常可继续使用；当附着力百分比A≥40％且阻尼比ζ＜0.15时，汽车减振器有故障应进行更换；当附着力百分比A＜40％且阻尼比ζ≥0.18时，汽车减振器正常可继续使用；当附着力百分比A＜40％且阻尼比ζ＜0.18时，汽车减振器有故障应进行更换。
表2
2)测试车型普通桑塔纳，由表3可知，在序号2，4，5的测试条件下，本发明均能对汽车减振器作出正确的评价，而现有技术会作出错误的评价，可见，本发明对汽车减振器故障的判断准确性明显提高。
表3
权利要求
1.一种汽车减振器故障测试装置，它包括测试台底座(1)、测试台面(2)、弹簧(3)、直线轴承(4)、力传感器(5)、偏心轮(6)、挠性联轴节(7)、交流电机(8)、计算机(11)，其特征在于它还包括数字变频器(9)，它的输出通过信号线与交流电机(8)相连，它的输入通过信号线与计算机(11)相连，并固装在外置的电器箱中、位移传感器(10)通过信号线与计算机(11)相连，装在测试台底座(1)上。
2.根据权利要求1所述的汽车减振器故障测试装置的测试方法，其特征在于包括下列步骤1)将汽车车轮(P)停驻在测试台面(2)上，用力传感器(5)测量汽车车轮(P)对测试台面(2)的作用力，即汽车车轮(P)的静载荷W2)启动交流电机(8)，利用数字变频器(9)对交流电机(8)进行调速，使测试台面(2)的初始激振频率为24Hz，待振动稳定后，用位移传感器(10)测定出测试台面(2)的位移X3(t)，用力传感器(5)测定出汽车车轮(P)对测试台面(2)的作用力Fd(t)，再通过计算机将测定的位移X3(t)和作用力Fd(t)代入式[1]计算出该频率ωk处的实测频响值Gk(jωk)，其k＝1，ωk为24HzGk(jωk)＝|Gk(jωk)|∠Gk(jωk)[1]式中，频率ωk处实测频响值的幅值|Gk(jωk)|=A2A1]]>频率ωk处实测频响值的相位∠Gk(jωk)=arctan(a11b11)-arctan(a12b12)]]>A1=a112+b112,A2=a122+b122]]>a11=2NΣt=0N-1X3(t)cos(2πtN),b11=2NΣt=0N-1X3(t)sin(2πtN)]]>a12=2NΣt=0N-1Fd(t)cos(2πtN),b12=2NΣt=0N-1Fd(t)sin(2πtN)]]>式中，t为各采样点，t为0～(N-1)，N为采样点总数，N一般为10003)用数字变频器(9)改变交流电机(8)的转速，在频率范围24Hz～6Hz，按频率间隔Δω(为1Hz～2Hz)逐次降低测试台面(2)的激振频率ωk重复步骤2)测量若干频率ωk处实测频响值Gk(jωk)，其k＝2，…，L，测量点数L取10～12，通过计算机利用式[2]计算出式[3]中频响函数G(jω)的各系数a1，a2，a3，a4，b0，b1，b2，b3，b4和进一步计算出频率范围为24Hz～6Hz的频响函数G(jω)ZY=Λ11Λ12Λ21Λ22-1UV----[2]]]>式中，矩阵Λ11＝real(P*P)，矩阵Λ12＝-real(P*Q)，矩阵Λ12＝ΛT21，矩阵Λ22＝real(Q*Q)，矩阵U＝real(P*D)，矩阵V＝-real(Q*D)，real(·)表示取实部，矩阵Z＝{b0，b1，b2，b3，b4}T，矩阵Y＝{a1，a2，a3，a4}T，矩阵D＝{G1(jω1)，G2(jω2)，…，GL(jωL)}T，T为矩阵的转置，矩阵 矩阵 矩阵P*为矩阵P的共轭转置，矩阵Q*为矩阵Q的共轭转置，矩阵ΛT21为矩阵Λ12的转置，ω1，ω2，…，ωL为实测频率点，G1(jω1)，G2(jω2)，…，GL(jωL)为实测频响值，L为测量点数，选取10～12G(jω)=b0+b1(jω)+b2(jω)2+b3(jω)3+b4(jω)4…+bm(jω)m1+a1(jω)+a2(jω)2+a3(jω)3+a4(jω)4+…+an(jω)n---[3]]]>j为虚数单位，ω为激振频率，选取24Hz～6Hz，m和n为频响函数G(jω)的阶次，选取44)通过计算机(11)利用式[4]计算出频率范围为24Hz～6Hz的频响函数幅值|G(jω)||G(jω)|=(Re(G(jω))2+Im(G(jω))2---[4]]]>式中，Re(G(jω))为频响函数G(jω)的实部，Im(G(jω))为频响函数G(jω)的虚部，5)利用式[4]计算出的频响函数幅值|G(jω)|和用步骤1)测出的汽车车轮(P)的静载荷W代入式[5]计算出附着力百分比A，并以附着力百分比A的最小值作为评价指标A=(1-eW|G(jω)|)×100---[5]]]>式中，e为偏心轮的偏心距，选取3mm6)通过计算机(11)将步骤3)已计算出的a1，a2，a3，b3，b4和步骤1)测出的汽车车轮(P)的静载荷W代入式[6]计算出各参数值汽车车轮刚度k2、汽车车身刚度k1、汽车车轮质量m2、汽车车身质量m1、及汽车减振器阻尼系数c1k2=-b3a3]]>(单位N/m)，k1=m1(a2-W/k2g)]]>(单位N/m)，m2=b4(a2-W/k2g)]]>(单位kg)，m1＝W/g-m2(单位kg)，c1＝a1k1(单位Ns/m) [6]7)通过计算机(11)利用式[7]计算出评价指标—阻尼比ζ的值；ζ=c12m1k1---[7]]]>8)利用已计算出的附着力百分比A和阻尼比ζ这两个综合评价指标，作出汽车减振器是否继续使用或应该进行更换的判断，当附着力百分比A≥40％且阻尼比ζ≥0.15时，汽车减振器正常可继续使用；当附着力百分比A≥40％且阻尼比ζ＜0.15时，汽车减振器有故障应进行更换；当附着力百分比A＜40％且阻尼比ζ≥0.18时，汽车减振器正常可继续使用；当附着力百分比A＜40％且阻尼比ζ＜0.18时，汽车减振器有故障应进行更换。
全文摘要
本发明属于汽车领域，本发明的汽车减振器故障测试装置，其特征是取消了现有测试装置上的储能飞轮，而用数字变频器来改变交流电机的转速，实现不同频率的激振，并增加位移传感器用于测量测试台面的位移，并在该装置上实现了新的故障测试方法。本发明除评价指标附着百分比A外，又增加了评价指标阻尼比ζ，建立了双评价指标对汽车减振器作出综合评价，以实际测试对比看，本发明显著地提高了对汽车减振器故障测试准确性，避免了误判。
文档编号G01M17/04GK1403795SQ0213750
公开日2003年3月19日 申请日期2002年10月17日 优先权日2002年10月17日
发明者周建鹏, 曹永上, 陈昌锡, 徐兆坤, 严运兵, 诸琦 申请人:上海工程技术大学