一种非驱动前悬总成综合性疲劳耐久测试装置及方法与流程

本发明涉及汽车悬架总成疲劳耐久测试领域，具体涉及一种非驱动前悬总成综合性疲劳耐久测试装置及方法。

背景技术

汽车疲劳耐久仿真及迭代的模型搭建过程中，需要悬架总成疲劳耐久、侧倾刚度、强度等指标参数，同时造车阶段及ots(offtoolingsample)认证阶段也需要对部件总成进行疲劳耐久验证。现阶段悬架总成主要通过如下方法获取实验数据：

1)利用k&c台架获取初期数据，该台架的作动加载装置加载频率低，无法完成高频率的疲劳耐久实验，该台架仅能够实现对关键部件的疲劳寿命预测，无法完成室内台架验证，利用该台架获取的数据不能作为疲劳耐久结论。

2)实车跑道验证零件的疲劳耐久，但实车路试疲劳耐久费用昂贵。

3)单独对零部件的耐久测试，其无法体现悬架总成的综合性疲劳耐久结论。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种非驱动前悬总成综合性疲劳耐久测试装置及方法，该测试装置模拟悬架总成在车身上的固定位置固定悬架总成，达到固定在车身上的效果，通过两组作动器自下而上往复加载轮胎，并通过方向盘转向模拟汽车行驶过程中不同转向角度对非驱动前悬总成综合性疲劳耐久结论的影响。

本发明的具体技术方案如下：

一种非驱动前悬总成综合性疲劳耐久测试装置，其特征在于，所述测试装置的试验样件为悬架总成，所述悬架总成包括副车架、轮胎、减震器和转向器及方向盘总成，所述轮胎和所述减震器分别与所述副车架相连，所述副车架由前副车架和后副车架构成，所述转向器及方向盘总成用于控制所述轮胎转向；

所述测试装置包括实验台架、作动器组件和数控系统；所述实验台架包括前副车架固定部件、转向器固定部件、龙门架、后副车架固定部件和减震器固定部件；

所述实验台架模拟所述悬架总成在车身上的固定效果固定所述悬架总成，所述前副车架固定部件和所述后副车架固定部件分别固定所述前副车架和所述后副车架；所述转向器固定部件固定所述转向器及方向盘总成；所述减震器固定部件将所述减震器吊装在所述龙门架上；

所述作动器组件由所述数控系统控制分别上下加载左右所述轮胎；所述数控系统检测所述悬架总成在不同转向状态下各种工况的疲劳耐久测试数据。

进一步地，所述实验台架还包括转向管柱夹紧部件，所述转向管柱夹紧部件用于夹紧所述转向器及方向盘总成的转向器中间管柱，固定转向角度。

进一步地，所述实验台架还包括试验台，所述转向器固定部件和所述后副车架固定部件分别固定在所述试验台上。

进一步地，所述试验台上具有多个矩阵排列的通孔结构；所述转向器固定部件和所述后副车架固定部件分别固定在所述试验台的所述通孔结构上。

进一步地，所述实验台架还包括铁地板，所述前副车架固定部件、所述试验台和所述龙门架分别固定在所述铁地板上。

进一步地，所述转向器固定部件包括转向器固定部件a和转向器固定部件b，所述转向器固定部件a用于固定所述转向器及方向盘总成底部，所述转向器固定部件b用于固定所述转向器及方向盘总成顶部。

进一步地，所述作动器组件包括作动器安装架、作动器、托载部件和皮带；两组所述作动器分别安装在所述作动器安装架上，所述托载部件包括托盘和联轴器，所述作动器通过所述联轴器与所述托盘相连，通过所述皮带将所述轮胎固定在所述托盘上；两组所述作动器自下而上通过所述托盘分别加载左右所述轮胎。

进一步地，所述数控系统还包括lms-msc六分力设备，所述lms-msc六分力设备用于测量所述轮胎的路谱数据。

本发明还公开了一种非驱动前悬总成综合性疲劳耐久测试方法，其特征在于，所述测试方法包括如下步骤：

(1)、调整实验台架中各固定部件，模拟悬架总成在车身上的固定，将其固定在实验台架上；

(2)、连接作动器与数控系统；

(3)、模拟不同转向状态下各种工况悬架总成的工作状态，完成悬架总成的疲劳耐久测试；

(3.1)、对方向盘进行转向操作，调节轮胎的转向角度，通过转向管柱夹紧部件固定转向角度，同时用皮带固定转向后的轮胎；

(3.2)、模拟汽车行驶过程中悬架总成的受力；

通过数控系统对两组作动器输入实测路谱、随机、迭代信号，两组作动器分别独立上下往复施加路谱信号，对左右轮胎分别进行相应的激励，轮胎的激励工况传递到悬架总成，实现悬架总成指定工况下工作状态的模拟；

(3.3)、重复步骤(3.2)，通过数控系统向作动器输入不同工况下实测路谱、随机、迭代信号，完成预定转向状态下各种工况悬架总成的疲劳耐久测试；

(3.4)、重复步骤(3.1)至(3.3)，实现不同转向状态下各种工况实测路谱、随机、迭代数据激励悬架总成，获得轮胎的疲劳耐久、刚度、强度指标参数；

(4)、经过多种道路转向工况下预定次数的疲劳加载后，悬架总成未出现裂纹、甚至断裂状况，则该悬架总成疲劳耐久测试合格，否则不合格，最终完成对悬架总成模拟道路的疲劳耐久测试。

进一步地，所述步骤(1)中对实验台架各固定部件的调整及悬架总成的固定过程是：

(1.1)、根据两个轮胎的轴距调节两组作动器的间距，固定作动器，将轮胎置于托盘上；

(1.2)、根据后副车架及转向器及方向盘总成的位置调节试验台的位置，并将其固定在铁地板上；

(1.3)、在试验台上通过左右后副车架固定部件分别固定后副车架左右两端；

(1.4)、根据转向器及方向盘总成的位置调节转向器固定部件a和转向器固定部件b的位置，并将其固定在试验台上，通过转向器固定部件a和转向器固定部件b分别固定转向器及方向盘总成的底部和顶部；

(1.5)、根据前副车架尺寸调节左右两个前副车架固定部件位置，在铁地板上固定第一组立柱，前副车架左右两端分别通过左右前点固定件固定在第一组立柱上；

(1.6)、根据两个减震器的位置将龙门架固定在铁地板上，根据两个减震器间距调节两个第二组立柱的间距，进而调节减震器固定部件在龙门架龙门横梁上的位置；减震器通过减震器固定部件固定在龙门架的龙门横梁上；

(1.7)、在试验台上调整座椅位置，并将其固定。

本发明的有益效果：

本发明模拟悬架总成在车身的固定，具备各转向角度工况下非驱动前悬总成的测试功能，综合考虑各转向角度的不同对非驱动前悬总成疲劳耐久测试结论的影响，为非驱动前悬总成的设计及疲劳寿命分析等提供真实可靠的实验对标数据，从而缩减非驱动前悬总成各零件的开发周期、节约成本等。

作动器自下而上往复施加实测、随机、迭代等信号，符合非驱动前悬总成的实际工作状态，有利于提高分析非驱动前悬总成的耐久、刚度测试等。为计算机仿真技术代替实车的外场试验和室内道路模拟试验，实现疲劳寿命的数字化仿真计算，为悬架总成的设计提供真实可靠的实验对标数据。

该实验台架可以实现减震器、摆臂、副车架、横向稳定杆、连接杆等零件的疲劳耐久测试，且该测试装置能够调节各固定部件的安装固定位置，实现耐久测试装置的平台化及通用性，从而节约测试成本。

附图说明

图1为本发明实测的路谱数据加载流程图；

图2为本发明非驱动前悬总成综合性疲劳耐久测试装置的原理图；

图3为本发明中非驱动前悬总成爆炸图；

图4为本发明非驱动前悬总成综合性疲劳耐久测试装置结构立体图；

图5为本发明中前副车架固定部件结构示意图；

图6为本发明中后副车架固定部件结构示意图；

图7为本发明中试验台结构示意图；

图8为本发明中试验台装配组件示意图；

图9为本发明中转向器固定部件a结构示意图；

图10为本发明中转向器固定部件b结构示意图；

图11为本发明中减震器固定部件结构示意图；

图12为本发明中转向管柱夹紧部件结构示意图；

图13为本发明非驱动前悬总成综合性疲劳耐久测试装置转向状态结构示意图；

图14为本发明非驱动前悬总成综合性疲劳耐久测试装置侧视图；

图15为本发明非驱动前悬总成综合性疲劳耐久测试装置俯视图；

图16为本发明非驱动前悬总成综合性疲劳耐久测试装置转向状态俯视图。

其中：1-悬架总成，1.1副车架，1.2-横向稳定杆，1.3-摆臂，1.4-制动鼓总成，1.5-轮胎，1.6-减震器，1.7-连接杆，1.8-转向器及方向盘总成，2-前副车架固定部件，2.1-第一组立柱，2.2-前点固定件，3-作动器安装架；4-作动器，5-托载部件，5.1-托盘，5.2-联轴器，6-转向器固定部件a，6.1-通孔，6.2-第一槽孔，7-转向器固定部件b，7.1-固定件，7.2-第二槽孔，8-转向管柱夹紧部件，9-试验台，10-座椅，11-龙门架，12-后副车架固定部件，12.1-连接板，12.2-安装板，13-减震器固定部件，13.1-第二组立柱，13.2-减震器固定件，14-皮带，15-铁地板。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，以下将结合具体实施例和附图对本发明做进一步详细说明。

本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

本发明中，术语“安装”、“相连”、“相接”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信，也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元器件内部的联通，也可以是两个元器件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例记载了一种非驱动前悬总成综合性疲劳耐久测试装置及方法。如图1所示，该测试装置包括实验台架、作动器组件和数控系统，通过实验台架固定试验样件，作动器组件设置在实验台架下方，分别与实验台架和数控系统相连，数控系统根据实验参数控制作动器组件上下往复运动，对试验样件进行激励，模拟试验样件的工作状态，并将获得的实验数据反馈回数控系统，数控系统对实验数据进行分析处理，完成对试验样件的综合性疲劳耐久试验。

本实施例以悬架总成1作为试验样件详细说明本方案，模拟在车身上固定的模式将其安装在测试装置上，达到其固定在车身上的效果。如悬架总成1选用非驱动前悬总成，如图2和图3所示，悬架总成1包括副车架1.1、横向稳定杆1.2、摆臂1.3、制动鼓总成1.4、轮胎1.5、减震器1.6、连接杆1.7和转向器及方向盘总成1.8。副车架1.1由前副车架和后副车架构成，两端分别通过摆臂1.3与制动鼓总成1.4相连，横向稳定杆1.2安装在副车架1.1上，并通过连接杆1.7与减震器1.6相连，轮胎1.5套接在制动鼓总成1.4的转向节上，转向器及方向盘总成1.8通过转向拉杆与转向节相连，当转向器及方向盘总成1.8转动时，带动转向拉杆左右移动，从而转向节和轮胎1.5会沿各自的旋转轴线旋转。

如图2所示，该测试装置的实验台架包括前副车架固定部件2、转向器固定部件a6、转向器固定部件b7、试验台9、龙门架11、后副车架固定部件12、减震器固定部件13和铁地板15。

前副车架固定部件2、试验台9、龙门架11分别固定在铁地板15上，并可根据需求分别调节安装位置，以便适应不同车型悬架总成1的测试需求，扩大该测试装置的适应范围，增强了兼容性，实现了测试装置的平台化和通用性。转向器固定部件a6、转向器固定部件b7和后副车架固定部件12分别固定在试验台9上。减震器固定部件13固定在龙门架11上。铁地板15为t型槽铁地板，采用可拆卸方式安装。

前副车架固定部件2和后副车架固定部件12分别固定副车架1.1的前副车架和后副车架，其中，两组前副车架固定部件2分别固定前副车架左右两端，两组后副车架固定部件12分别固定副车架1.1的后副车架左右两端。

如图4所示，前副车架固定部件2包括第一组立柱2.1和前点固定件2.2，第一组立柱2.1采用圆柱形结构形式，其一端具有安装板，通过安装板固定在铁地板15上，前副车架通过前点固定件2.2固定在第一组立柱2.1上。前点固定件2.2可如图5所示套接在第一组立柱2.1上，同时在前点固定件2.2上设有连接孔，用以连接前副车架端部。

如图6所示，后副车架固定部件12由垂直连接的连接板12.1和安装板12.2构成，连接板12.1上具有连接孔，用以连接后副车架端部，安装板12.2上设有两组上下对称设置的u型长孔，用以连接试验台9，u型长孔可方便地调节安装板12.2在试验台9上的安装位置。

试验台9固定在铁地板15上，其具有侧板、顶板和支板，如图7和图8所示，且在侧板、顶板和支板上分别具有矩阵排列的通孔结构。通过通孔，后副车架固定部件12利用安装板12.2安装在侧板上，转向器固定部件a6和转向器固定部件b7分别安装在支板和顶板上。矩阵排列的通孔结构可方便调节安装板12.2、转向器固定部件a6和转向器固定部件b7的安装位置，以满足不同车型悬架总成1的测试需求。

转向器固定部件a6用于固定转向器及方向盘总成1.8底部，如图9所示，转向器固定部件a6上设有通孔6.1和第一槽孔6.2。转向器及方向盘总成1.8中的转向器穿过通孔6.1并与转向器固定部件a6固定，转向器固定部件a6对转向器及方向盘总成1.8起支撑和限位作用，防止转向器及方向盘总成1.8上下窜动。转向器固定部件a6通过第一槽孔6.2与试验台9固定相连，如第一槽孔6.2为长槽孔，更利于调节转向器固定部件a6在试验台9上的安装位置。

转向器固定部件b7用于固定转向器及方向盘总成1.8顶部，如图10所示，转向器固定部件b7上下设有固定件7.1和第二槽孔7.2。通过固定件7.1转向器固定部件b7固定支撑转向器及方向盘总成1.8，通过第二槽孔7.2转向器固定部件b7与试验台9固定相连，如第二槽孔7.2为多个横竖排列的长槽孔，可利于调节转向器固定部件b7在试验台9上的安装位置。

两组减震器固定部件13分别吊装在龙门架11的龙门横梁上，用于固定左右两侧减震器1.6。如图11所示，减震器固定部件13包括第二组立柱13.1和减震器固定件13.2，减震器固定件13.2套接在第二组立柱13.1上，本实施例中第二组立柱13.1采用圆柱形结构，其一端具有安装板，通过安装板吊装固定在龙门架11的龙门横梁上，减震器固定件13.2上具有固定孔，利用固定孔减震器固定件13.2固定减震器1.6。另外，第二组立柱13.1在龙门横梁上的安装位置可调，以满足不同车型减震器1.6的安装。

该测试装置可以人为控制转向器及方向盘总成1.8转向角度，并可以固定转向角度，模拟悬架总成1转向时的疲劳耐久测试，再现实车不同转向角度下的前悬总成综合性疲劳耐久测试。

人为控制转向角度是通过测试员操作方向盘转向实现。在试验台9上安装座椅10，如图8所示，通过在试验台9相应位置设置矩阵分布的通孔，可以调节座椅10的安装位置，达到模拟驾驶员在路试转向条件下进行非驱动前悬总成的疲劳耐久测试，也可满足测试员在转向操作测试过程中的舒适度。

在转向器及方向盘总成1.8的转向器中间管柱上设置转向管柱夹紧部件8，可固定转向器的转向管柱，以固定转向角度，从而达到固定转向角度模拟悬架总成1疲劳耐久的效果。如图12所示，转向管柱夹紧部件8由两组前后设置的夹紧件组成，前一组夹紧件用于夹紧转向器中间管柱的外筒，后一组夹紧件用于夹紧转向器中间管柱的旋转内筒。夹紧件由上、下两个夹紧块组成，上、下夹紧块具有相对设置的凹孔，构成夹紧件中间的圆孔，两组夹紧件中间的圆孔大小与转向器中间管柱的旋转内筒和外筒尺寸分别相匹配。夹紧件的上、下夹紧块之间及两组夹紧件之间分别通过螺栓连接。

如图2所示，作动器组件包括作动器安装架3、作动器4、托载部件5和皮带14。两组作动器4设置在铁地板15下方，分别安装在作动器安装架3上，并可在作动器安装架3上调整安装位置，以保证不同轴距的轮胎1.5都能放置且固定在托载部件5上。如图2和图4所示，托载部件5包括托盘5.1和联轴器5.2，作动器4通过联轴器5.2与托盘5.1相连，联轴器5.2穿过铁地板15使托盘5.1置于铁地板15上方，轮胎1.5放置在托盘5.1上，并利用皮带14固定。

两个作动器4分别独立上下往复施加实测、随机、迭代的路谱信号，作动器4施加的激励条件通过联轴器5.2传递至托盘5.1，作动托载部件5对轮胎1.5进行激励，实现作动器4加载轮胎1.5的目的，轮胎1.5的激励工况传递到悬架总成1各零件上，从而模拟汽车行驶过程中各工况悬架总成1的工作状态。

两个作动器4分别与数控系统相连，该数控系统可将软件安装在电脑上，通过电脑控制作动器4设配运行。如图1所示，本实施例中数控系统采用德国instron公司(简称ist)的四通道道路模拟试验系统输入实测路谱、随机、迭代信号，控制左右两组作动器4分别独立上下往复加载轮胎1.5，激励悬架总成1，该二通道的加载系统与整车四通道设备相同，实现测试设备与四通道道路模拟试验系统的共用，即实现测试设备硬件与软件的共用，节约设备及软件成本。

另外该数控系统还包括数字采集系统，采集试验样件的试验数据，并将其传送至数控系统。实现实测数据、随机、迭代等信号激励非驱动前悬总成。其中，实测的路谱数据加载流程，本实施例中数字采集系统将lms-msc(美国密西根科技公司/msc-michiganscientificcorporation；数字采集系统/lms-learningmanagementsystem，简称lms-msc)六分力设备作为采集装置与悬架总成1的轮胎1.5相连接，用于采集试验数据，数字采集系统的tec-ware数据处理软件与测试记录表和gps相结合，通过滤波、去毛刺等得到实测路谱数据，实测路谱数据输入数控系统中控制两组作动器4(实测数据分左右)对轮胎1.5进行加载，从而再现非驱动前悬总成在各工况条件下各转向角度的工作状态；电脑也可以实现输入随机、迭代等数据信号控制作动器4，达到自己想要的非驱动前悬总成运行状态。

利用该测试装置进行非驱动前悬总成综合性疲劳耐久试验，包括如下步骤：

1、调整实验台架中各固定部件，模拟悬架总成1在车身上的固定，将其固定在实验台架上，如图13、图14和图15所示；

1.1、根据两个轮胎1.5的轴距调节两组作动器4的间距，在作动器安装架3上固定作动器4，将轮胎1.5置于托盘5.1上；

1.2、根据后副车架及转向器及方向盘总成1.8的位置调节试验台9的位置，并将其固定在铁地板15上；

1.3、在试验台9上通过左右后副车架固定部件12分别固定后副车架左右两端，达到模拟后副车架固定在车身上的作用；

1.4、根据转向器及方向盘总成1.8的位置调节转向器固定部件a6和转向器固定部件b7的位置，并将其固定在试验台9上，通过转向器固定部件a6和转向器固定部件b7分别固定转向器及方向盘总成1.8的底部和顶部，达到模拟转向器及方向盘总成1.8固定在车身上的作用；

1.5、根据前副车架尺寸调节左右两个前副车架固定部件2位置，在铁地板15上固定第一组立柱2.1，前副车架左右两端分别通过左右前点固定件2.2固定在第一组立柱2.1上，达到模拟前副车架固定在车身上的作用；

1.6、根据两个减震器1.6的位置将龙门架11固定在铁地板15上，根据两个减震器1.6间距调节两个第二组立柱13.1的间距，进而调节减震器固定部件13在龙门架11龙门横梁上的位置；减震器1.6通过减震器固定部件13固定在龙门架11的龙门横梁上，达到模拟减震器1.6固定在车身上的作用；

1.7、在试验台9上调整座椅10位置，并将其固定，达到模拟驾驶员舒适进行方向盘转向的目的；

2、连接作动器4与数控系统；

3、模拟不同转向状态下各种工况悬架总成1的工作状态，完成悬架总成1的疲劳耐久测试。

3.1、如图16所示，对方向盘进行转向(方向盘通常可转2.5～3.5圈)操作，调节轮胎1.5的转向角度，通过转向管柱夹紧部件8固定转向角度，同时用皮带14固定转向后的轮胎1.5，模拟驾驶员在路试转向条件下进行非驱动前悬总成的疲劳耐久测试；

3.2、模拟汽车行驶过程中悬架总成1的受力；

根据需要，通过数控系统对两组作动器4输入实测路谱、随机、迭代信号，两组作动器4二通道分别独立上下往复施加路谱信号，对左右轮胎1.5分别进行相应的激励，轮胎1.5的激励工况传递到悬架总成1，实现悬架总成1指定工况下工作状态的模拟；

其中，实测路谱数据过程是：在整车状态下，lms-msc六分力设备与轮胎1.5相连，直接采集轮胎1.5的疲劳耐久、刚度、强度等指标参数；数字采集系统通过滤波、去毛刺等得到实测路谱数据，将实测路谱数据输入德国ist公司的四通道道路模拟试验的数控系统控制作动器4对轮胎1.5进行加载，从而再现悬架总成1在指定工况条件下的工作状态，并进行预定次数(可根据标准设定试验次数)的疲劳加载；

3.3、重复步骤3.2，通过数控系统向作动器4输入不同工况下实测路谱、随机、迭代信号，改变作动器4对轮胎1.5的加载高度，进而改变悬架总成1所承受的载荷，完成预定转向状态下各种工况悬架总成1的疲劳耐久测试；

或者通过调整方向盘，进行不同转向工况下悬架总成1的疲劳耐久测试；

3.4、重复步骤3.1至3.3，实现不同转向状态下各种工况实测路谱、随机、迭代等数据激励悬架总成1，综合考虑各转向角度对悬架总成1测试的影响，获得轮胎1.5的疲劳耐久、刚度、强度等指标参数，从而达到模拟汽车行驶过程中不同转向角度对非驱动前悬总成综合性疲劳耐久结论的影响；

4、经过多种道路转向工况下预定次数的疲劳加载后，悬架总成1未出现裂纹、甚至断裂等状况，则该悬架总成1疲劳耐久测试合格，否则不合格，最终完成对悬架总成1模拟道路的疲劳耐久测试。

由上述测试步骤可以看出，该测试装置通过两组作动器4加载轮胎1.5，再现不同转向状态下各种工况非驱动前悬总成的实测路谱、随机、迭代的工作状态，模拟实车状态的固定转向非驱动前悬总成疲劳耐久测试，通过对方向盘进行转向操作，达到模拟驾驶员在路试转向条件下进行非驱动前悬总成的疲劳耐久测试。

且在实测路谱数据过程中利用lms-msc六分力设备直接测量轮胎1.5的路谱数据，疲劳耐久测试装置的加载位置也是轮胎1.5，省略多个步骤的数据处理，保证路谱数据不失真。从而解决目前悬架总成1各零件的疲劳耐久、刚度、强度等综合性测试输入迭代转化数据的状况。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。