一种液电耦合的汽车运动模拟平台装置和方法与流程

本发明属于汽车运动模拟技术领域，具体涉及一种液电耦合的汽车运动模拟平台装置和方法。

背景技术：

汽车运动模拟平台是一种用于模拟汽车驾驶人员动态感受的地面模拟仿真设备，能够让模拟平台上的驾乘人员感受到真实汽车行驶过程中相近的瞬时过载及姿态变化。运动模拟平台的发展历史大致可分为如下三个阶段：第一阶段为机电模拟阶段该时期的运动模拟平台不具备基本的运动及动力学学解算功能，无法准确还原出驾驶员的真实运动感受；第二个阶段为电子模拟阶段在这一时期电子技术快速发展，诞生了第一台电子计算机，研究人员开始利用模拟电路来解算汽车动力学模型，使得模拟平台的各方面性能有了较大程度的提升。但是由于模拟电路的增加，带来了更多的累积误差，严重影响了对精度的要求；第三阶段是数字模拟阶段该阶段典型的特征是成功地将数字计算机技术应用于运动模拟平台的开发过程中。数字计算机克服了模拟电路硬件所产生的累积误差，使得计算能力大幅度提高，进一步提高了数学模型的求解精度，大幅度提升了运动模拟平台动态模拟能力。

国外的运动模拟平台大都采用六自由度的并联机构，但是对于汽车而言，在某些自由度方向只需要做微小的运动就能快速改变运动轨迹。由于其改变幅度甚至远远低于人体感知阈值，所以使用少自由度的运动模拟平台进行动态模拟成为可能，而当不必要的自由度被减少之后，机构的复杂程度和研制成本就将大大降低，但价格仍是非常昂贵。

现阶段的汽车运动模拟平台可分为液压作动器式和电缸作动器式两种运动输出方式。

液压作动器控制模式的汽车运动模拟平台装置存在的主要问题是：

1、需要通过液压泵站和液压系统实现液压缸体运动输出，控制结构复杂，控制逻辑繁琐，设备安装调试难度极大，导致后期装置的使用难度大及平台维护成本高；

2、运行时噪声大，在液压泵的作用下，平台运动过程中缸体内的液压油压力高，极易导致液压回路的漏油问题，同时对工作空间产生的严重的噪音污染。

电缸作动器控制模式的汽车运动模拟平台装置存在的主要问题是：

1、需要通过复杂的电器控制系统进行平台控制，控制策略复杂，由于电缸作动器的零件布置受空间限制，导致电缸输出扭矩、输出量程和运行速度受限，针对大量程、大扭矩和高速输出的汽车极限工况运行难于实现；

2、电缸作动器中的电机、减速器等部分组成零部件为汽车运动模拟平台随动部件，导致电缸作动器在运行过程中转动惯量大，从而影响电缸作动器控制的汽车运动模拟平台装置的启动和制动速度，严重影响了平台装置的运动模拟性能，同时平台装置转动惯量大直接导致运行能耗高。

综上所述，亟需在满足应用需求和低成本的要求下，开发一种汽车运动模拟平台装置。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种液电耦合的汽车运动模拟平台装置，满足模拟实际使用工况下汽车位姿变化的应用需求为前提，解决了现有汽车运动模拟装置成本高、结构复杂、控制繁琐和不适合做耐久性实验的问题。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种液电耦合的汽车运动模拟平台装置，包括运动平台3、支撑平台4、固定在支撑平台4上的4个连通液压机构1和直线运动单元2；所述的4个连通液压机构1的移动液压缸15的缸筒与运动平台3通过球铰连接，所述的球铰与运动平台3的位置关系与汽车轮胎与车身的布置一致，连通液压机构1的固定液压缸17的固定液压缸活塞杆19与直线运动单元2的传动机构固定连接；所述的运动平台3上固定有位移角度传感器31。

作为本发明进一步的技术方案：所述的连通液压机构1包括底座11、移动液压缸活塞杆12、传动连接板13、球头14、移动液压缸15、液压软管16、固定液压缸17、支撑块18和固定液压缸活塞杆19；所述的固定液压缸15的缸筒与其内部的活塞和固定液压缸活塞杆19组成移动副；移动液压缸15的缸筒与其内部的活塞和移动液压缸活塞杆12组成移动副；所述的底座11一端固定在支撑平台4固连上，另一端与移动液压缸活塞杆12固连；移动液压缸15的出液口通过液压软管16与固定液压缸17的出液口连通，固定液压缸17通过支撑块18固定在支撑平台4上；所述的传动连接板13一端同移动液压缸15的缸筒固连，另一端同球头14固连，球头14同焊接在运动平台3的球角座球铰连接。

作为本发明进一步的技术方案：所述的直线运动单元2包括伺服电机21、支撑板22、轴承29、丝杆23和丝母24组成的传动机构、平板25和连接块26组成的连接部；所述的丝杠23的通过轴承29连接在支撑板22上，丝杠的一端与伺服电机21的输出轴固连，所述的连接部的平板25固连在丝母24上，连接块26固连在25上，固定液压缸活塞杆19与连接块26固连，支撑板22固定在在支撑平台上。

作为本发明进一步的技术方案：所述的直线运动单元2还包括梯形滑块27和梯形导轨28组成的移动副，所述的梯形滑块27固连在丝母24的下端，梯形导轨固定在支撑板22上。

作为本发明进一步的技术方案：所述的直线运动单元2的传动机构包括连杆结构和减速器213，连杆结构的一端与固定液压缸活塞杆19组成旋转副，另一端与减速器213的输出轴固连，减速器213的输入轴与伺服电机21的输出轴固连。

作为本发明进一步的技术方案：所述的连杆结构为多连杆或第一连杆211和第二连杆(212)组成的双连杆。

作为本发明进一步的技术方案：所述的伺服电机21、减速器213和控制器控制连接。

本发明的另一个目的是提供基于所述的液电耦合的汽车运动模拟平台装置的操作方法，其步骤如下：

(1)将连通液压机构1中由移动液压缸15内、固定液压缸17、缸筒内部的活塞和液压油管16组成的连通油路中充满具有一定压力的液压油；

(2)通过控制器按照设定的汽车行驶路面条件分别控制4个直线运动单元2的伺服电机21输出轴的转向及其转速，传动机构带动连接块26的向前或是向后输出直线运动，固定液压缸液压杆19向前推动或是向后拉动固定液压缸17内活塞，液压油通过液压软管16流入移动液压缸15或是流入固定液压缸17内，带动移动液压缸15的缸筒上升或是下降；

进而移动液压缸15输出位移变化通过球头14传递至运动平台3；

(3)通过运动平台3上的位移角度传感器31获取运动平台3的角度和位移变化。

本发明的有益效果如下：

1、同液压作动器控制的汽车运动模拟平台装置相比：一、无需借助复杂控制的液压泵站和液压系统，控制原理清晰，控制结构简单，便于后期装置的使用和维修；二、运行时噪声微小，液压缸体内的液压油工作压力低，能够解决液压回路的漏油问题，同时高效地降低了传统液压作动器工作过程中产生的噪音污染问题。

2、同电缸作动器控制的汽车运动模拟平台装置相比：一、无需借助复杂的电器控制系统，控制思路清晰，能够避免传统电缸作动器的零件布置空间受限问题，装置成本低，结构易于实现；二、能够大幅度地减小运动平台的转动惯量，提升了运动模拟性能，降低了运行能耗，适合完成汽车或汽车零部件耐久性实验

综上所述，本发明的汽车运动模拟平台装置适用于各种运动位姿的模拟，包括乘用车、商用车、工程车、摩托车和飞机等的运动模拟，具有成本低、控制简单、结构易于实现和适合完成汽车或汽车零部件耐久性实验的优点。

附图说明

图1是本发明液电耦合的汽车运动模拟平台装置的结构俯视图；

图2是本发明液电耦合的汽车运动模拟平台装置的结构主视图；

图3是本发明连通液压机构的原理图；

图4是本发明连通液压机构的主视图；

图5是本发明直线运动单元的结构图；

图6是本发明连通液压机构和直线运动单元的连接图；

图7是本发明另一种直线运动单元结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1和2所示，本发明提供一种液电耦合的汽车运动模拟平台装置，包括运动平台3、支撑平台4、固定在支撑平台4上的4个连通液压机构1和直线运动单元2；所述的4个连通液压机构1的移动液压缸15的缸筒与运动平台3通过球铰连接，所述的球铰与运动平台3的位置关系与汽车轮胎与车身的布置一致，连通液压机构1的固定液压缸17的固定液压缸活塞杆19与直线运动单元2的传动机构固定连接；所述的运动平台3上固定有位移角度传感器31。所述的伺服电机21、减速器213和控制器控制连接。

如图4所示，本发明所述的连通液压机构1包括底座11、移动液压缸活塞杆12、传动连接板13、球头14、移动液压缸15、液压软管16、固定液压缸17、支撑块18和固定液压缸活塞杆19；所述的固定液压缸15的缸筒与其内部的活塞和固定液压缸活塞杆19组成移动副；移动液压缸15的缸筒与其内部的活塞和移动液压缸活塞杆12组成移动副；所述的底座11一端固定在支撑平台4固连上，另一端与移动液压缸活塞杆12固连；移动液压缸15的出液口通过液压软管16与固定液压缸17的出液口连通，固定液压缸17通过支撑块18固定在支撑平台4上；所述的传动连接板13一端同移动液压缸15的缸筒固连，另一端同球头14固连，球头14同焊接在运动平台3的球角座球铰连接。连通液压机构1中由移动液压缸15内、固定液压缸17、缸筒内部的活塞和液压油管16组成的连通油路。

如图5和6所示，所述的直线运动单元2包括伺服电机21、支撑板22、轴承29、丝杆23和丝母24组成的传动机构、平板25和连接块26组成的连接部；所述的丝杠23的通过轴承29连接在支撑板22上，丝杠的一端与伺服电机21的输出轴固连，所述的连接部的平板25固连在丝母24上，连接块26固连在25上，固定液压缸活塞杆19与连接块26固连，支撑板22固定在在支撑平台上。所述的直线运动单元2还包括梯形滑块27和梯形导轨28组成的移动副，所述的梯形滑块27固连在丝母24的下端，梯形导轨固定在支撑板22上。

如图7所示，所述的直线运动单元2的传动机构包括连杆结构和减速器213，连杆结构的一端与固定液压缸活塞杆19组成旋转副，另一端与减速器213的输出轴固连，减速器213的输入轴与伺服电机21的输出轴固连。所述的连杆结构为多连杆或第一连杆211和第二连杆212组成的双连杆。

实施例1：

应用本发明所述的液电耦合的汽车运动模拟平台装置，可模拟了汽车实际使用工况下的汽车位姿变化。本发明的液电耦合的汽车运动模拟平台装置的操作方法的步骤如下：

(1)、如图3所示，将连通液压机构1中由移动液压缸15内、固定液压缸17、缸筒内部的活塞和液压油管16组成的连通油路中充满具有一定压力的液压油；

(2)、通过控制器控制伺服电机21输出轴的正转和转速，在丝杆23和丝母24的作用下，实现连接块26的以一定的速度输出直线运动，在固定液压缸液压杆19的作用下挤压固定液压缸17内的液压油通过液压软管16流入移动液压缸15内，带动移动液压缸上升；

(3)、通过控制器控制直线运动单元2的伺服电机21输出轴的反转和转速，在丝杆23和丝母24的作用下，实现连接块26的以一定的速度输出直线运动，在固定液压缸液压杆19的作用下使连通液压机构1的移动液压缸15内的液压油通过液压软管16流入固定液压缸15内，带动移动液压缸下降；

(4)、通过控制器按照一定的汽车行驶路面条件分别控制4个直线运动单元2的伺服电机21，使移动液压缸15输出位移变化，通过球头14将位移变化传递至运动平台3；

(5)、通过运动平台3的位移角度传感器31获取运动平台3的角度和位移变化。

实施例2：

本发明的液电耦合的汽车运动模拟平台装置的操作方法，其步骤如下：

(1)、如图3所示，将连通液压机构1中由移动液压缸15内、固定液压缸17、缸筒内部的活塞和液压油管16组成的连通油路中充满具有一定压力的液压油；

(2)、通过控制器控制直线运动单元2的伺服电机21输出轴的正转和转速，在第一连杆211、第二连杆212和减速器213的作用下，实现固定液压缸液压杆19挤压固定液压缸17内的液压油通过液压软管16流入移动液压缸15内，带动移动液压缸上升；

(3)、通过控制器控制直线运动单元2的伺服电机21输出轴的反转和转速，在第一连杆211、第二连杆212和减速器213的作用下，实现固定液压缸液压杆19抽取移动液压缸15内的液压油，使液压油通过液压软管16流入固定液压缸15内，带动移动液压缸下降；

(4)、通过控制器按照一定的汽车行驶路面条件分别控制4个直线运动单元2的伺服电机21，使移动液压缸15输出位移变化，通过球头14将位移变化传递至运动平台3；

(5)、通过运动平台3的位移角度传感器31获取运动平台3的角度和位移变化。

在本发明中4个连通液压机构1的移动液压缸15的缸体按照汽车四个轮胎的位置关系与运动平台3的四个角点通过球铰连接，同移动液压缸15相配合的液压杆12与支撑平台4固定连接；4个连通液压机构1的移动液压缸15的缸体同直线运动单元2的传动机构固定连接；通过控制4个直线运动单元2的伺服电机21的转速实现对运动平台3的位姿控制，该装置能够模拟汽车在行驶过程中的车身位姿，无需借助复杂的电器系统和液压系统。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。