专利名称：电动/手动一体加载的轿车白车身扭转静刚度测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车整车测试系统，特别是关于一种电动/手动一体加载的轿车白车身扭转静刚度测试系统。
背景技术：
汽车白车身结构静刚度是衡量整车力学性能的重要参数之一。如果车身刚度设计不合理，将会影响汽车在行驶过程中的动态响应和NVH(Noise、Vibration、Harshness，即噪声、振动和声振粗糙度)性能，对汽车的操纵性、稳定性和安全性产生影响。因此，在汽车研发期，需要对白车身结构静刚度进行测试。结构静刚度包括扭转静刚度和弯曲静刚度。过去10年，国内部分高校和企业进行过白车身或者汽车底盘扭转静刚度试验装置的研究和开发。清华大学的范子杰、陈宗渝等开发了一套白车身结构扭转静刚度试验平台(公开号CN 1405542A，
公开日期2003年3月沈日)，该装置成本低，通用性强，操作简便，可以满足测试精度和可靠性要求，但采用手动加载，试验劳动强度大；上海比亚迪公司的黄彦、夏承钢等设计并开发了汽车底盘扭转刚度测试装置(公开号CN 1769858A，
公开日期2006年5月10号)，该装置在测试时，保留悬架部分，但通用性不高，通过千斤顶实现加载，试验劳动强度大；奇瑞汽车公司的陈文敏、郭喜晨和张厚平等公开了一种乘用车白车身结构静刚度测试系统及其试验方法(公开号CN 101281085A,
公开日期2008年10月8号)， 该系统引入了伺服机构进行加载，试验劳动强度降低，但机械装置复杂，存在过约束。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种通用性强，机械装置简单，试验劳动强度低，自动化程度高、测试准确，电动/手动一体加载的轿车白车身扭转静刚度测试系统。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种电动/手动一体加载的轿车白车身扭转静刚度测试系统，其特征在于它包括机械约束装置、电控加载装置、传感测量装置和工控机；所述机械约束装置包括对试验对象进行约束的前约束装置和后约束装置；所述电控加载装置包括电机控制卡，所述电机控制卡设置在所述工控机上；所述电机控制卡的输出端电连接电机驱动器，所述电机驱动器的输出端电连接机械起升装置中的电机，所述机械起升装置设置在前约束装置下方，且其上设置有力传感器，所述力传感器的输出端电连接数据采集卡，所述数据采集卡设置在所述工控机上；所述传感测量装置包括设置在所述前约束装置下方的安装支架，所述安装支架上设置有光电开关和位移传感器；所述光电开关的输出端电连接所述电机驱动器；所述位移传感器的输出端电连接所述数据采集卡；所述工控机内预置有用于对所述电机控制卡和数据采集卡进行控制的测试模块。所述机械约束装置中，所述前约束装置包括安装支架和主钢架；所述安装支架包括一个底座，所述底座上平行焊接两根立柱；所述主钢架呈“T”型，包括水平梁和垂向梁， 所述垂向梁设置在两根所述立柱之间，且通过一连接轴与两根所述立柱转动连接；所述主钢架的水平梁顶面两端分别焊接有一段导轨，每一段所述导轨顶部均配合一导槽，各所述导槽分别通过关节轴承连接一约束立杆，各所述约束立杆的另一端均通过关节轴承连接用于约束试验对象的约束盖板。所述机械约束装置中，所述后约束装置包括一安装板，所述安装板上焊接有一圆筒形的后约束底座；所述后约束底座内通过轴承转动设置有丝母底座，所述丝母底座上方、 所述后约束底座的顶端设置一具有通孔的盖板，所述丝母底座内螺纹连接一丝母，所述丝母上端穿过所述盖板上的通孔且固定连接一手轮；所述丝母内螺纹连接一丝杠，所述丝杠下端插入所述后约束底座内，上端通过关节轴承连接用于约束试验对象的后约束盖板。所述电控加载装置中，所述机械起升装置设置在所述前约束装置的所述主钢架水平梁的下方；所述机械起升装置包括一箱体，所述箱体内设置有螺旋升降机；所述螺旋升降机的输入端连接设置在所述箱体上的手轮和步进电机；所述螺旋升降机的输出轴穿过所述箱体顶面；所述力传感器的一端通过铰接件连接所述螺旋升降机的输出轴顶端，所述力传感器的另一端通过铰接件连接顶块。所述传感测量装置中，所述安装支架设置在所述前约束装置的所述主钢架水平梁的下方；所述安装支架包括磁座，所述磁座上设置有一竖向支撑杆，所述竖向支撑杆的另一端穿设并通过螺钉紧固在一固定关节上；所述固定关节上还穿设并通过螺钉紧固有一横向支撑杆；所述横向支撑杆的另一端穿设并通过螺钉紧固在另一固定关节上，所述光电开关和位移传感器设置在该所述固定关节上。所述工控机内预置的所述测试模块包括参数设置模块、数据采集模块、数据处理模块和报表生成模块；通过所述参数设置模块设置参数后，所述数据采集模块采集数据，并将采集到的数据输送给所述数据处理模块，所述数据处理模块将处理后的数据输送给所述报表生成模块，所述报表生成模块自动生成试验报表，显示试验结果。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明包括机械约束装置、电控加载装置、传感测量装置和工控机，工控机上预置测试模块，测试模块通过运动控制卡向步进电机驱动器发送一定数量的脉冲，从而控制步进电机实现精确正反转，实现了自动加载和数据的自动采集与处理，自动化程度高，降低了试验过程中试验人员的劳动强度，提高了试验效率。2、本发明设置的机械约束装置包括前约束装置和后约束约束，前约束装置和后约束约束之间完全独立，因此，通过调节前、后约束装置间的安装距离，可以满足不同轿车不同轴距的测试要求，通用性强。3、本发明的前约束装置通过导槽和导轨的配合，可以调节两约束立杆之间的距离，因此，能够满足不同前悬距的测试要求。4、本发明的后约束装置中设置有丝杠丝母装置，通过转动手轮，调节丝杠与丝母的配合位置，进而可以调节后约束装置的支撑高度，因此，可以使不同白车身约束到试验平台之后，均能调节到水平状态。5、 本发明采用步进电机驱动加载，相比于液压加载，步进电机驱动具有成本低，响应快，控制精确的特点；同时，本发明不仅具有步进电机驱动加载，还保留了手动加载，既具有自动化， 又将电动/手动加载集于一体。6、本发明的机械约束装置与白车身的四个支撑处，均采用了关节轴承，限制了部分平动自由度，释放了转动自由度，经过空间自由度计算，保证了白车身与试验台在约束后构成稳定的空间结构，即无过约束，也无欠约束。7、本发明电控加载装置的机械起升装置中设置有力传感器，力传感器两端均设置有铰接件，因此，可以保证力传感器只受轴向压力。8、本发明电控加载装置的机械起升装置中设置有螺旋升降机，螺旋升降机相当于减速箱，既实现了把圆周运动转化成直线运动的功能，又达到了减速增力的作用。本发明结构设置巧妙，通用性强，测量准确，自动化程度高，可广泛用于轿车白车身扭转静刚度的测试过程中。
图1是本发明总流程示意2是本发明机械约束装置示意3是本发明前约束装置示意4是本发明后约束装置示意5是本发明电控加载装置的机械起升装置示意6是本发明传感测量装置的传感器和安装支架示意7是本发明测试模块结构示意8是本发明系统进行测试的流程示意图
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图1所示，本发明包括机械约束装置、电控加载装置、传感测量装置和工控机。 机械约束装置包括前约束装置10和后约束装置20。电控加载装置包括电机控制卡30，电机控制卡30设置在工控机上，电机控制卡30的输出端电连接电机驱动器40，电机驱动器 40的输出端电连接机械起升装置50中的电机，机械起升装置50中还设置有力传感器。传感测量装置包括数据采集卡60和安装支架70，安装支架70上设置有光电开关和位移传感器，光电开关的输出端电连接电机驱动器40 ；位移传感器的输出端和机械起升装置50中的力传感器的输出端均电连接数据采集卡60，数据采集卡60设置在工控机上。工控机内预置有测试模块80。机械约束装置用于约束试验对象；工控机内预置的测试模块80通过电机控制卡 30对电机驱动器40发送脉冲信号，控制机械起升装置50对试验对象加载或者卸载。试验对象受载变形后，力传感器和位移传感器测量的加载力和位移信号通过数据采集卡60返回到测试模块80，完成数据保存与处理。光电开关监测试验对象的受扭情况，当扭转角达到试验对象的最大许可扭转角时，光电开关被触发，信号输入电机驱动器40，加载命令中止。如图1、2所示，试验对象为白车身90，白车身90的前悬架孔通过前约束装置10进行约束，白车身90的后悬架孔通过两个后约束装置20进行约束。前约束装置10和后约束装置20共同作用，约束白车身90，并与白车身90形成稳定的空间结构。如图2、图3所示，前约束装置10包括安装支架101和主钢架102。安装支架101 可以固定在实验室τ型槽上。安装支架101包括一个底座103，底座103上平行焊接两根立柱104 ；主钢架102呈“T”型，其水平梁105和垂向梁106之间对称焊接两根斜撑107，以增加主钢架102的刚性，主钢架102的垂向梁106设置在安装支架101的两根立柱104之间，且通过一连接轴108与两根立柱104转动连接。主钢架102水平梁105的顶面两端分别焊接有一段导轨109，每一段导轨109顶部均配合一导槽110，各导槽110分别通过关节轴承111连接一约束立杆112，各约束立杆112的另一端均通过关节轴承113连接约束盖板 114。约束盖板114直接与白车身90的前悬架孔连接；对于不同的前悬距，可以通过调节导槽Iio与导轨109的配合位置以满足测试需求。如图2、图4所示，后约束装置20包括圆筒形的后约束底座201，后约束底座201 下端焊接有一安装板202，后约束底座201可以通过安装板202固定在实验室T型槽上。后约束底座201周向和安装板202之间间隔焊接有四个加强筋203，用于保护后约束底座201 上的焊缝，增大后约束底座201的刚性。后约束底座201上设置有丝杠丝母机构，丝杠丝母机构包括通过轴承转动设置在后约束底座201内的丝母底座，丝母底座上方设置一具有通孔的盖板204，盖板204通过螺钉固定在后约束底座201顶端，丝母底座内螺纹连接一丝母 205，丝母205上端穿过盖板204上的通孔且通过螺钉固定连接一手轮206。丝母205内螺纹连接一丝杠207，丝杠207下端插入后约束底座201内，上端通过关节轴承208连接后约束盖板209。转动手轮206，带动丝母205转动，转化为丝杠207的垂直升降，从而调节后约束装置20的高度。上述实施例中，其中一个后约束装置20的丝杠207上端设置的关节轴承208的轴承销上设置有止动片，可以严格限制该后约束位置20沿Y轴方向的平动自由度。如图2、图5所示，电控加载装置中的机械起升装置50安装在前约束装置10主钢架102的水平梁105的下方。机械起升装置50包括一箱体，箱体由上箱体501和下箱体502 组成，下箱体502可以固定在实验室T型槽上；箱体内设置有螺旋升降机503 ；螺旋升降机 503的输入端连接设置在箱体上的手轮504和步进电机505。螺旋升降机503的输出轴穿过上箱体501顶面通过铰接件506连接一力传感器507，力传感器507的另一端通过铰接件 508连接顶块509。试验时，如果选择电动加载，由于步进电机505转速低，手轮504可以不拆下来，随着转动；如果选择手动加载，则步进电机505断电，此时，可以人力转动手轮504。 当手轮504或者步进电机505转动时，通过螺旋升降机503转化成顶块509的垂直升降动作，带动主钢架102绕连接轴108转动，对白车身90施加扭矩；力传感器507用于测量加载力大小。上述实施例中，螺旋升降机503属于现有技术，在此不再详细说明。如图2、图6所示，传感测量装置中的安装支架70设置在前约束装置10主钢架102 的水平梁105下方。安装支架70包括磁座701，磁座701可以吸附在实验室T型槽上；磁座701上设置有一竖向支撑杆702，竖向支撑杆702的另一端穿设并通过螺钉紧固在一固定关节703上；固定关节703上还穿设并通过螺钉紧固有一横向支撑杆704，横向支撑杆704 的另一端穿设并通过螺钉紧固在另一固定关节705上，固定关节705上设置有位移传感器 706和光电开关707。通过松开拧紧螺钉，可以调节各固定关节与支撑杆之间的连接角度， 以测量空间任意点沿任意方向的位移量大小。位移传感器706用来测量主钢架102上某点的垂向位移，可以通过换算得到主钢架102的扭转角。光电开关707起限位保护作用，当扭转角过大时，主钢架102进入光电开光707的感应量程，光电开关707输出开关量信号到电机驱动器40的脱机端，步进电机505停止转动，保护了测试对象。通过传感测量装置测得扭矩和扭转角，从而计算得到扭转刚度系数。如图7所示，测试模块80负责发送各种操作指令，并接收测试数据，自动完成数据处理，得到扭转静刚度试验结果，打印试验报表。测试模块80包括四个模块参数设置模块 801、数据采集模块802、数据处理模块803和报表生成模块804。通过参数设置模块801设置参数后，数据采集模块802采集数据，并将采集到的数据输送给数据处理模块803，数据处理模块803处理后的数据输送给报表生成模块804，报表生成模块804自动生成试验报表，显示试验结果。在参数设置模块801，首先需要选择加载模式，确定是手动加载还是电动加载；然后设置与扭转刚度系数计算相关的车身参数；再设置采集相关的参数，比如采集卡选择、采样频率、传感器通道、传感器灵敏度系数等；如果是电动加载模式，则设置电机参数；最后对各传感器进行归零，设定参考点，如果是手动加载模式，则直接对各传感器进行归零，设定参考点。在数据采集模块802，如果是电动加载模式，则需要进行安全设置，该安全设置与光电开关707的机械限位相互独立，属软件端控制，如果白车身90的扭转角超过了设定值， 电机控制卡30则停止向电机驱动器40发送脉冲，否则进行数据采集。如果是手动加载模式，则直接进行数据采集。在数据处理模块803，根据数据采集模块802采集的数据，绘制扭转刚度加载卸载 F-L曲线，也可以对一些别的采样数据进行绘图，比如车门窗对角线变形、车身底部测量点垂向变形等；然后计算得到试验结果，输送给报表生成模块804。在报表生成模块804，可以自动自成试验报表并完成打印，结束白车身90的扭转静刚度试验。如图8所示，本发明系统的测试方法，包括以下步骤1)将白车身90的前悬架孔通过前约束装置10进行约束，将白车身90的后悬架孔通过两个后约束装置20进行约束。2)工控机内预置的测试模块80通过电机控制卡30对电机驱动器40发送脉冲信号，从而控制步进电机505精确正反转；如果脱机信号=0，则步进电机505按照测试模块 80的指令进行转动，进行步骤幻；否则，步进电机505停转。3)步进电机505带动螺旋升降机503升降，对白车身90施加扭矩。4)通过机械起升装置50上的力传感器507检测电控加载装置的加载力；通过安装支架70上的位移传感器706检测加载位移；光电开关707实时检测电控加载装置的加载情况，当白车身90的扭转角过大，主钢架102水平梁105上的测点进入光电开关行程，光电开关被触发，开关量信号返回到电机驱动器40，步进电机505停止转动，加载过程被中止。5)力传感器507和位移传感器706检测的模拟量信号通过数据采集卡60返回到工控机中的测试模块80 ；测试模块80将这些模拟量信号转化成数字量信号，得到需要的测量数据，计算白车身90的扭转静刚度值。上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种电动/手动一体加载的轿车白车身扭转静刚度测试系统，其特征在于它包括机械约束装置、电控加载装置、传感测量装置和工控机；所述机械约束装置包括对试验对象进行约束的前约束装置和后约束装置；所述电控加载装置包括电机控制卡，所述电机控制卡设置在所述工控机上；所述电机控制卡的输出端电连接电机驱动器，所述电机驱动器的输出端电连接机械起升装置中的电机，所述机械起升装置设置在前约束装置下方，且其上设置有力传感器，所述力传感器的输出端电连接数据采集卡，所述数据采集卡设置在所述工控机上；所述传感测量装置包括设置在所述前约束装置下方的安装支架，所述安装支架上设置有光电开关和位移传感器；所述光电开关的输出端电连接所述电机驱动器；所述位移传感器的输出端电连接所述数据采集卡；所述工控机内预置有用于对所述电机控制卡和数据采集卡进行控制的测试模块。
2.如权利要求1所述的电动/手动一体加载的轿车白车身扭转静刚度测试系统，其特征在于所述机械约束装置中，所述前约束装置包括安装支架和主钢架；所述安装支架包括一个底座，所述底座上平行焊接两根立柱；所述主钢架呈“T”型，包括水平梁和垂向梁， 所述垂向梁设置在两根所述立柱之间，且通过一连接轴与两根所述立柱转动连接；所述主钢架的水平梁顶面两端分别焊接有一段导轨，每一段所述导轨顶部均配合一导槽，各所述导槽分别通过关节轴承连接一约束立杆，各所述约束立杆的另一端均通过关节轴承连接用于约束试验对象的约束盖板。
3.如权利要求1所述的电动/手动一体加载的轿车白车身扭转静刚度测试系统，其特征在于所述机械约束装置中，所述后约束装置包括一安装板，所述安装板上焊接有一圆筒形的后约束底座；所述后约束底座内通过轴承转动设置有丝母底座，所述丝母底座上方、所述后约束底座的顶端设置一具有通孔的盖板，所述丝母底座内螺纹连接一丝母，所述丝母上端穿过所述盖板上的通孔且固定连接一手轮；所述丝母内螺纹连接一丝杠，所述丝杠下端插入所述后约束底座内，上端通过关节轴承连接用于约束试验对象的后约束盖板。
4.如权利要求2所述的电动/手动一体加载的轿车白车身扭转静刚度测试系统，其特征在于所述机械约束装置中，所述后约束装置包括一安装板，所述安装板上焊接有一圆筒形的后约束底座；所述后约束底座内通过轴承转动设置有丝母底座，所述丝母底座上方、所述后约束底座的顶端设置一具有通孔的盖板，所述丝母底座内螺纹连接一丝母，所述丝母上端穿过所述盖板上的通孔且固定连接一手轮；所述丝母内螺纹连接一丝杠，所述丝杠下端插入所述后约束底座内，上端通过关节轴承连接用于约束试验对象的后约束盖板。
5.如权利要求1或2或3或4所述的电动/手动一体加载的轿车白车身扭转静刚度测试系统，其特征在于所述电控加载装置中，所述机械起升装置设置在所述前约束装置的所述主钢架水平梁的下方；所述机械起升装置包括一箱体，所述箱体内设置有螺旋升降机； 所述螺旋升降机的输入端连接设置在所述箱体上的手轮和步进电机；所述螺旋升降机的输出轴穿过所述箱体顶面；所述力传感器的一端通过铰接件连接所述螺旋升降机的输出轴顶端，所述力传感器的另一端通过铰接件连接顶块。
6.如权利要求1或2或3或4所述的电动/手动一体加载的轿车白车身扭转静刚度测试系统，其特征在于所述传感测量装置中，所述安装支架设置在所述前约束装置的所述主钢架水平梁的下方；所述安装支架包括磁座，所述磁座上设置有一竖向支撑杆，所述竖向支撑杆的另一端穿设并通过螺钉紧固在一固定关节上；所述固定关节上还穿设并通过螺钉紧固有一横向支撑杆；所述横向支撑杆的另一端穿设并通过螺钉紧固在另一固定关节上，所述光电开关和位移传感器设置在该所述固定关节上。
7.如权利要求5所述的电动/手动一体加载的轿车白车身扭转静刚度测试系统，其特征在于所述传感测量装置中，所述安装支架设置在所述前约束装置的所述主钢架水平梁的下方；所述安装支架包括磁座，所述磁座上设置有一竖向支撑杆，所述竖向支撑杆的另一端穿设并通过螺钉紧固在一固定关节上；所述固定关节上还穿设并通过螺钉紧固有一横向支撑杆；所述横向支撑杆的另一端穿设并通过螺钉紧固在另一固定关节上，所述光电开关和位移传感器设置在该所述固定关节上。
8.如权利要求1或2或3或4或7所述的电动/手动一体加载的轿车白车身扭转静刚度测试系统，其特征在于所述工控机内预置的所述测试模块包括参数设置模块、数据采集模块、数据处理模块和报表生成模块；通过所述参数设置模块设置参数后，所述数据采集模块采集数据，并将采集到的数据输送给所述数据处理模块，所述数据处理模块将处理后的数据输送给所述报表生成模块，所述报表生成模块自动生成试验报表，显示试验结果。
9.如权利要求5所述的电动/手动一体加载的轿车白车身扭转静刚度测试系统，其特征在于所述工控机内预置的所述测试模块包括参数设置模块、数据采集模块、数据处理模块和报表生成模块；通过所述参数设置模块设置参数后，所述数据采集模块采集数据，并将采集到的数据输送给所述数据处理模块，所述数据处理模块将处理后的数据输送给所述报表生成模块，所述报表生成模块自动生成试验报表，显示试验结果。
10.如权利要求6所述的电动/手动一体加载的轿车白车身扭转静刚度测试系统，其特征在于所述工控机内预置的所述测试模块包括参数设置模块、数据采集模块、数据处理模块和报表生成模块；通过所述参数设置模块设置参数后，所述数据采集模块采集数据，并将采集到的数据输送给所述数据处理模块，所述数据处理模块将处理后的数据输送给所述报表生成模块，所述报表生成模块自动生成试验报表，显示试验结果。
全文摘要
本发明涉及一种电动/手动一体加载的轿车白车身扭转静刚度测试系统，其特征在于它包括机械约束装置、电控加载装置、传感测量装置和工控机；机械约束装置包括前约束装置和后约束装置；电控加载装置包括设置在工控机上的电机控制卡；电机控制卡的输出端电连接电机驱动器，电机驱动器的输出端电连接机械起升装置中的电机，机械起升装置设置在前约束装置下方，且其上设置有力传感器，力传感器的输出端电连接设置在工控机上的数据采集卡；传感测量装置包括设置在前约束装置下方的安装支架，安装支架上设置有光电开关和位移传感器；光电开关的输出端电连接电机驱动器；位移传感器的输出端电连接数据采集卡；工控机内预置有用于对电机控制卡和数据采集卡进行控制的测试模块。
文档编号G01M5/00GK102230839SQ20111008734
公开日2011年11月2日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者彭钱磊, 桂良进, 范子杰, 邓承浩 申请人:清华大学