本实用新型涉及一种1/4汽车主动悬架试验系统，属于汽车悬架试验技术领域。
背景技术：
悬架系统作为所有车辆的重要组成部分，其主要作用是承受车身重量，衰减来自路面的不平度激励和提供良好的轮胎路面接触以确保车辆的行驶安全性。主动悬架和半主动悬架能够很好地兼顾汽车平顺性和操纵稳定性。半主动悬架系统的控制力由CDC减振器或磁流变减振器产生，目前实车上一般采用天棚控制算法和自适应控制算法。半主动悬架相比于主动悬架，具有更好的稳定性，但控制效果相对较差。由于主动作动器能耗高，控制算法不稳定等原因，主动悬架还没有得到广泛的应用。目前的研究集中在进一步改进半主动悬架的控制算法和增加主动悬架的实用性。因此，新型算法和新型作动器的试验验证是必需进行的。
目前开发和改进汽车主动/半主动悬架时，一般通过美国MTS公司和德国SCHENCK公司的电液伺服道路模拟试验系统进行整车试验，或者进行实车路面试验。但是电液伺服道路模拟试验系统的造价极其昂贵，一般的研究单位或悬架系统供应商无法配备该试验设备。而进行实车路面试验也需要昂贵的dSPACE控制系统和人力成本，并且难以保证试验安全。1/4汽车模型是评价悬架性能、进行悬架优化设计和控制器开发最常用的模型。目前已有较多用于被动悬架系统试验的1/4汽车悬架试验台，例如公开号为CN104048823A变刚度虚拟车身夹具悬架试验台和公开号为CN103954459A的汽车悬架试验台。但针对半主动/主动悬架的1/4汽车悬架试验台的悬架结构相对于实车作了过大的简化，例如公开号为CN104897420A的汽车四分之一模拟电磁悬架、机械激振器及其试验台没有考虑悬架控制臂和转向拉杆等悬架结构件的影响，并且该试验台无法进行真实悬架系统的试验，不具有通用性。而且大部分的主动悬架试验需要通过昂贵的dSPACE设备完成。另外，目前的1/4汽车悬架试验台不具备进行减振器和弹簧性能试验的能力。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种1/4汽车主动悬架试验系统，以解决上述背景技术中提出的问题。本实用新型提供如下技术方案：
一种1/4汽车主动悬架试验系统，包括试验台架、数据采集与控制系统，所述试验台架包括铁地板、设置有直线激励电机的激振装置组件、簧载质量组件、设置有直线导轨副的支撑架组件、旋转电机、卷扬机，所述激振装置组件的底板通过螺栓螺母与铁地板固定连接，所述簧载质量组件一端通过螺栓与支撑架组件的直线导轨副的滑块相连，另一端通过连接件和控制电机与悬架控制臂和减振器上端相连，所述支撑架通过螺栓与铁地板固定连接，所述旋转电机通过钢丝与簧载质量组件下端相连，所述卷扬机通过钢丝经支撑架组件的滚轮与簧载质量组件上端相连；所述数据采集与控制系统包括用于测量悬架测试件的轮毂中心加速度的第一加速度传感器、用于测量悬架弹簧变形量的第一位移传感器、用于测量簧载质量组件加速度和位移的第二加速度传感器和第二位移传感器、用于测量直线激励电机、旋转电机和控制电机位移的转角位移传感器、用于测量所述悬架测试件对激振装置组件所施压力的力传感器、功率放大器和采集各传感器信号和输出电信号至功率放大器的数据采集卡、与数据采集卡信号连接的电脑。
进一步地，所述激振装置组件由下至上依次包括龙门架、直线激励电机、圆柱直线导轨、弹簧、下连接板、直线导轨、中间连接板、力传感器、上连接板、轮胎支撑圆盘，所述龙门架由上支撑板和下底板通过均匀分布的槽钢焊接而成，所述下底板中部设有用于安装直线激励电机的螺纹孔，所述上支撑板上均匀分布有安装圆柱直线导轨轴承的螺纹孔和用于光轴通过的通孔，中部设置有用于直线激励电机轴通过的光孔；所述弹簧安装在圆柱直线导轨的轴承与下连接板之间；所述下连接板四周设置有用于安装圆柱直线导轨的光轴的孔位，其中部设有安装直线导轨的孔位；所述直线导轨对称安装在下连接板与中间连接板之间；所述中间连接板的下板面设置有直线导轨滑块的安装螺纹孔，其上板面设置有所述力传感器的安装孔位；所述力传感器安装在中间连接板和上连接板之间，所述上连接板设置有力传感器和轮胎支撑圆盘的安装孔位。
进一步地，所述簧载质量组件包括基板，所述基板的背面与支撑架组件的直线导轨副的滑块相连接，所述基板的正面由上至下依次安装有上支持架组件、用于连接悬架减振器的减振器上点安装座、用于连接悬架上控制臂的上控制臂前点安装座和上控制臂后点安装座、用于连接悬架转向横拉杆的转向横拉杆安装座，用于连接悬架下控制臂的下控制臂后点安装座和下控制臂前点安装座。
进一步地，所述上支持架组件包设置有肋板的L形支持架，所述支持架上表面设置有第一空心圆柱、第二空心圆柱和吊环，所述支持架的前部设置有安装座以及用于固定所述控制电机的控制电机安装座。
进一步地，所述上控制臂前点安装座和上控制臂后点安装座、转向横拉杆安装座均设置有用于调整上下安装位置的长圆孔。
进一步地，所述下控制臂前点安装座和下控制臂后点安装座均由依次连接的基座和安装座组成，所述基座和安装座上设置有用于调整上、下、左、右安装位置的长圆孔。
进一步地，所述支撑架组件包括支撑架、固定在支撑架顶端的所述支撑塔、平行设置在所述支撑架竖直面的第一直线导轨副、第二直线导轨副、固定块，所述支撑架顶端面板设置有支撑塔安装螺纹孔，其安装直线导轨副的竖直面经表面光滑处理并均匀设置有第一直线导轨副和第二直线导轨副的导轨以及固定块的安装螺纹孔，所述支撑塔的底板均匀设置有若干安装孔位和加强肋，所述支撑塔顶部安装有前后两个滚轮，所述第一直线导轨副和第二直线导轨副的导轨和滑块通过螺栓分别与支撑架和簧载质量组件固定连接。
进一步地，所述固定块呈L形，所述固定块的中部设置有用于嵌入直线导轨的U形槽，所述U形槽的两侧设置有与支撑架安装直线导轨副的竖直面相连接的长圆孔。
进一步地，所述直线激励电机采用速度和转角位移控制，旋转电机和控制电机采用力矩控制。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型提供一种1/4汽车主动悬架试验系统，考虑了簧载质量的运动，考虑了直线导轨摩擦力的影响加装旋转电机进行摩擦力补偿控制，簧载质量组件可以连接不同形式的独立悬架系统，可以安装直线电机和阻尼可变减振器进行主动悬架或半主动悬架试验，可以进行新型减振器和新型控制算法的试验，采用直线电机激振系统降低了整个台架的高度并且便于控制，采用支撑塔和卷扬机便于簧载质量的安装，可以单独进行减振器和弹簧性能试验。
附图说明
图1为本实用新型实施例的试验台架结构示意图。
图2为本实用新型实施例的数据采集和控制系统框图。
图3为本实用新型实施例的激振装置组件示意图。
图4为本实用新型实施例的簧载质量组件示意图。
图5为本实用新型实施例的支持架组件示意图。
图6为本实用新型实施例的支撑架组件示意图。
图7为本实用新型实施例的试验台架进行减振器和弹簧性能试验时的组装示意图。
图中所示：铁地板 1，激振装置组件 2，龙门架21、直线激励电机 22、圆柱直线导轨23、弹簧24、下连接板25、直线导轨26、中间连接板27、力传感器28、上连接板29、轮胎支撑圆盘2a，第一加速度传感器 3，第一位移传感器 4，第二加速度传感器 5，簧载质量组件6，基板61、上支持架组件62、减振器上点安装座63、上控制臂前点安装座64、上控制臂后点安装座65、转向横拉杆安装座66、下控制臂后点安装座67、下控制臂前点安装座68，支持架621、第一空心圆柱622、第二空心圆柱623、吊环624、安装座625、控制电机安装座626、控制电机627，第二位移传感器 7，支撑架组件8，支撑架81、支撑塔82、第一直线导轨副83、第二直线导轨副84、固定块85，旋转电机9，卷扬机10。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例一
如图1和图2所示，一种1/4汽车主动悬架试验系统，包括试验台架、数据采集与控制系统，所述试验台架包括铁地板1、设置有直线激励电机22的激振装置组件2、簧载质量组件6、设置有直线导轨副的支撑架组件8、旋转电机9、卷扬机10，所述激振装置组件2的底板通过螺栓螺母与铁地板1固定连接，所述簧载质量组件6一端通过螺栓与支撑架组件8的直线导轨副的滑块相连，另一端通过连接件和控制电机627与悬架控制臂和减振器上端相连，所述支撑架81通过螺栓与铁地板1固定连接，所述旋转电机9通过钢丝与簧载质量组件6下端相连，所述卷扬机10通过钢丝经支撑架组件8的滚轮与簧载质量组件6上端相连；所述数据采集与控制系统包括用于测量悬架测试件的轮毂中心加速度的第一加速度传感器3、用于测量悬架弹簧变形量的第一位移传感器4、用于测量簧载质量组件6加速度和位移的第二加速度传感器5和第二位移传感器7、用于测量直线激励电机22、旋转电机9和控制电机627位移的转角位移传感器、用于测量所述悬架测试件对激振装置组件2所施压力的力传感器28、功率放大器和采集各传感器信号和输出电信号至功率放大器的数据采集卡、与数据采集卡信号连接的电脑。
所述直线激励电机采用速度和转角位移控制，旋转电机和控制电机采用力矩控制。
具体而言，如图3所示，所述激振装置组件2由下至上依次包括龙门架21、直线激励电机22、圆柱直线导轨23、弹簧24、下连接板25、直线导轨26、中间连接板27、力传感器28、上连接板29、轮胎支撑圆盘2a，所述龙门架21由上支撑板和下底板通过均匀分布的槽钢焊接而成，所述下底板中部设有用于安装直线激励电机22的螺纹孔，所述上支撑板上均匀分布有安装圆柱直线导轨23轴承的螺纹孔和用于光轴通过的通孔，中部设置有用于直线激励电机轴通过的光孔；所述弹簧24安装在圆柱直线导轨23的轴承与下连接板25之间；所述下连接板25四周设置有用于安装圆柱直线导轨23的光轴的孔位，其中部设有安装直线导轨26的孔位；所述直线导轨26对称安装在下连接板25与中间连接板27之间；所述中间连接板27的下板面设置有直线导轨26滑块的安装螺纹孔，其上板面设置有所述力传感器28的安装孔位；所述力传感器28安装在中间连接板27和上连接板29之间，所述上连接板29设置有力传感器28和轮胎支撑圆盘2a的安装孔位。所述轮胎支撑圆盘 2a通过螺栓安装在上连接板 29上。
如图4所示，所述簧载质量组件6包括基板61，所述基板61的背面与支撑架组件8的直线导轨副的滑块相连接，所述基板61的正面由上至下依次安装有上支持架组件62、用于连接悬架减振器的减振器上点安装座63、用于连接悬架上控制臂的上控制臂前点安装座64和上控制臂后点安装座65、用于连接悬架转向横拉杆的转向横拉杆安装座66，用于连接悬架下控制臂的下控制臂后点安装座67和下控制臂前点安装座68。其中所述上控制臂前点安装座 64和上控制臂后点安装座 65、转向横拉杆安装座 66，设置有长圆孔，安装位置可以进行上下调整，所述控制臂后点安装座 67和下控制臂前点安装座 68均由基座和安装座组成，都设置有长圆孔，安装位置可以进行上、下、左、右调整。
如图5所示，所述上支持架组件62包设置有肋板的L形支持架621，所述支持架621上表面设置有第一空心圆柱622、第二空心圆柱623和吊环624，所述支持架621的前部设置有安装座625以及用于固定所述控制电机627的控制电机安装座626。所述第一空心圆柱 622和第二空心圆柱 623通过螺栓安装在支持架621上表面，通过在第一空心圆柱 622和第二空心圆柱 623上面增加质量块，调整簧载质量组件的重量。
如图6所示，所述支撑架组件8包括支撑架81、固定在支撑架81顶端的所述支撑塔82、平行设置在所述支撑架81竖直面的第一直线导轨副83、第二直线导轨副84、L形固定块85，所述支撑架81顶端面板设置有支撑塔82安装螺纹孔，其安装直线导轨副的竖直面经表面光滑处理并均匀设置有第一直线导轨副83和第二直线导轨副84的导轨以及固定块85的安装螺纹孔，所述支撑塔82的底板均匀设置有若干安装孔位和加强肋，所述支撑塔82顶部安装有前后两个滚轮，所述第一直线导轨副83和第二直线导轨副84的导轨和滑块通过螺栓分别与支撑架81和簧载质量组件6固定连接；所述固定块85的中部设置有用于嵌入所述导轨的U形槽，所述U形槽的两侧设置有与支撑架81安装直线导轨副的竖直面相连接的长圆孔，使固定块85得安装位置可以进行上下调整。
下面采用所述1/4汽车主动悬架试验系统进行主动悬架控制算法验证试验：
在进行试验时，如上述方式安装好各紧固件，先在地面位置安装好簧载质量组件 6和悬架系统试验件，通过卷扬机 10拉升至一定高度后，调整激振装置组件 2的位置，使其轮胎支撑圆盘 2a对准轮胎中心位置，然后通过卷扬机10使簧载质量组件 6和悬架系统试验件缓慢下降至稳定高度位置，断开卷扬机10和簧载质量组件 6的连接；安装旋转电机 9与簧载质量组件6的连接钢丝绳，安装第一位移传感器 4和第二位移传感器 7，安装第一加速度传感器 3和第二加速度传感器 5；接好各传感器与数据采集卡的连接线、功率放大器与数据采集卡的连接线、电脑与数据采集卡的连接线；电脑根据数据采集卡输入的信号产生数字信号传输至数据采集卡，经功率放大器传输电信号至各电机进行控制；根据第一位移传感器 4、第二位移传感器 7、第一加速度传感器 3和第二加速度传感器5以及力传感器 28信号得到的簧载质量加速度、悬架动行程和轮胎动载荷评价主动悬架控制的效果。
实施例二
下面采用所述1/4汽车主动悬架试验系统进行半主动悬架控制算法验证试验：
如实施例一所述将各组件和传感器安装好，其中控制电机 626不用安装，将磁流变减振器或CDC减振器替换悬架试验件的被动减振器，将实施例一中控制电机 626与功率放大器的连接线接在减振器接口上；根据第一位移传感器 4、第二位移传感器 7、第一加速度传感器 3和第二加速度传感器 5以及力传感器 28信号得到的簧载质量加速度、悬架动行程和轮胎动载荷评价控制效果。
实施例三
下面采用所述1/4汽车主动悬架试验系统进行被动悬架系统隔振性能试验：
如实施例一所述将各组件和传感器安装好，其中控制电机 626不用安装；当直线激励电机 22输入不同位移激励下，根据第一位移传感器 4、第二位移传感器 7、第一加速度传感器 3和第二加速度传感器 5以及力传感器 28信号得到的簧载质量加速度、悬架动行程和轮胎动载荷评价被动悬架系统的隔振性能。
实施例四
下面采用所述1/4汽车主动悬架试验系统进行悬架减振器包括普通减振器、磁流变减振器和CDC减振器的阻尼特性试验：
如实施例一所述将各组件安装好，其中控制电机 626、旋转电机 9、第一加速度传感器 3和第二加速度传感器 5、第二位移传感器不用安装，第一位移传感器安装在控制电机安装座 625与激振装置组件 2的上连接板 29之间；悬架试验件不用安装；减振器试验件上端安装在控制电机安装座 625上；通过卷扬机10将簧载质量组件 6拉升适当高度后，调整激励装置组件 2的位置，使其上连接板 29中心对准减振器试验件下端的安装点，紧固连接后，缓慢下降簧载质量组件 6，待其稳定后，用固定块85将簧载质量组件 6紧固在支撑架 81上；在直线激励电机22输入低频正弦位移激励下，根据第一位移传感器4和力传感器28信号，计算出减振器的阻尼特性曲线见图7和图2。
实施例五
下面采用所述1/4汽车主动悬架试验系统进行悬架弹簧的刚度特性试验：
如实施例四所述将各组件和传感器安装好，用弹簧试验件代替实施例四中的减振器试验件；在直线激励电机输入不同频率的正弦位移激励下，根据第一位移传感器 4和力传感器 28信号，计算出弹簧的力-位移特性曲线见图7和图2。
本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。