专利名称：带加载装置的多功能车辆动力学动态特性试验台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆动力学试验台，尤其涉及一种带加载装置的多功能车辆动力 学试验台。
背景技术：
车辆整车动力学主要包括纵向动力学、横向动力学和垂向动力学。目前关于车辆 动力学测试与研究所采用的方法主要有实车道路试验、计算机仿真和台架试验。实车道路 试验，需要大的试验场地，并且测试成本高。计算机仿真方法需建立车辆及其部件数学模 型，且需要试验验证。台架试验方法在很大程度上克服了实车道路试验与计算机仿真方法 的缺陷，在车辆动力学测试与研究中得到广泛应用，但目前的车辆动力学试验台以纵向动 力学、横向动力学或垂向动力学的测试与研究为主，未见同时具有纵向、横向和垂向动力学 动态特性测试与研究功能的试验台。
发明内容
本发明针对现有技术所存在的不足，提出一种可同时用于纵向、横向和垂向动力 学特性测试与研究的多功能车辆动力学动态特性试验台。本发明是通过如下技术措施实现的一种带加载装置的多功能车辆动力学动态特 性试验台，两个对中滚子分别由两组对中滚子支架支承，对中滚子支架与滚筒支架铰接，两 组对中滚子支架可在对中滚子升降器作用下同步运动，对中滚子升降器两端分别与滚筒支 架和对中滚子支架铰接，码盘与外转子电机的转子固定连接，转速传感器固定在滚筒轴上， 旋转编码器固定安装在电机滑块上，旋转编码器的轴端通过同步带与力矩电机的输出轴一 端联接，力矩电机的输出轴另一端安装有轴套，电机滑块内侧通过轴承安装在轴套上，挡环 对轴承进行轴向定位，轴套通过力矩传感器与转盘联接，电机滑块和纵向导轨配合，可沿纵 向导轨自由滑动，纵向导轨与横向导轨之间垂向布置安装，纵向导轨可沿横向导轨自由滑 动，横向导轨和固定方板固连，固定方板与转盘中间有环形布置且可自由滚动的钢球，钢球 放在钢球固定架的圆孔中，转盘可沿固定方板的顶面作平面运动，转盘上固定有滚筒支架， 滚筒支架与滚筒轴固定连接，滚筒轴与外转子电机的定子固定连接，外转子电机的转子通 过力和力矩传感器与滚筒连接，转盘上固定安装有加载支架，加载支架上安装有角度传感 器和带力传感器的垂向加载液压缸，带力传感器的垂向加载液压缸可绕自身轴线转动并可 沿加载支架上的导轨移动，带力传感器的垂向加载液压缸的另一端与带力传感器的横向加 载液压缸、轮胎支架固联，轮胎支架通过力传感器与轮胎法兰连接，带力传感器的横向加载 液压缸另一端通过角位移传感器与丝杠滑块铰接，丝杠滑块安装在丝杠上，丝杠的一端安 装有带角度传感器的丝杠支座，丝杠的另一端与电机联结，电机安装在电机支座上，位移传 感器安装在带力传感器的横向加载液压缸的活塞上，带力传感器的横向加载液压缸缸体与 液压缸托盘固连，液压缸托盘和液压缸支撑底座之间安装有可自由滚动的液压缸支撑钢 球，液压缸支撑钢球安装在液压缸支撑钢球固定架的圆孔中，带力传感器的横向加载匹配液压缸与加载支架下端铰接，带力传感器的横向加载匹配液压缸的另一端通过匹配角位移 传感器与匹配丝杠滑块铰接，匹配丝杠滑块安装在匹配丝杠上，匹配丝杠的一端安装有带 角度传感器的匹配丝杠支座，匹配丝杠的另一端与匹配电机联结，匹配电机安装在匹配电 机支座上，匹配位移传感器安装在带力传感器的横向加载匹配液压缸的活塞上，带力传感 器的横向加载匹配液压缸缸体与匹配液压缸托盘固连，匹配液压缸托盘和匹配液压缸支撑 底座之间安装有可自由滚动的匹配液压缸支撑钢球，匹配液压缸支撑钢球安装在匹配液压 缸支撑钢球固定架的圆孔中，旋转编码器、力矩电机、力矩传感器、外转子电机、力和力矩传 感器、力传感器、位移传感器、角位移传感器、带力传感器的横向加载液压缸、带力传感器的 垂向加载液压缸、角度传感器、转速传感器、带力传感器的横向加载匹配液压缸、匹配位移 传感器、匹配角位移传感器、对中滚子升降器、带角位移传感器的匹配丝杠支座、匹配电机、 带角位移传感器的丝杠支座、电机均与测控系统电连接。本发明的有益效果是使用本发明可以在对车轮施加纵向力、垂向力的同时进行 横向力和回正阻力矩的加载，车轮可以连同滚筒一起转向，模拟车辆的转弯行驶，并可对车 轮转向角进行测量，对车辆实际行驶工况进行更好的模拟，实现整车动力学的全面研究，提 供一种性能更优的车辆动力学试验台。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1为本发明的主视图。图2为本发明的侧视图。图3为本发明的俯视图。图中1-旋转编码器，2-同步带，3-力矩电机，4-挡环，5-轴承，6-电机滑块，7-轴 套，8-纵向导轨，9-横向导轨，10-固定方板，11-钢球，12-钢球固定架，13-转盘，14-力矩 传感器，15-滚筒支架，16-滚筒轴，17-外转子电机，18-力和力矩传感器，19-滚筒，20-轮 胎法兰，21-力传感器，22-液压缸支撑底座，23-液压缸支撑钢球固定架，24-液压缸支撑钢 球，25-液压缸托盘，26-位移传感器，27-角位移传感器，28-带力传感器的横向加载液压 缸，29-带力传感器的垂向加载液压缸，30-角度传感器，31-加载支架，32-轮胎支架，33-测 控系统，34-码盘，35-转速传感器，36-带力传感器的横向加载匹配液压缸，37-匹配位移传 感器，38-匹配角位移传感器，39-匹配液压缸托盘，40-匹配液压缸支撑钢球，41-匹配液压 缸支撑钢球固定架，42-匹配液压缸支撑底座，43、44_对中滚子支架，45-对中滚子升降器， 46-带角位移传感器的匹配丝杠支座，47-匹配丝杠滑块，48-匹配电机支架，49-匹配电机， 50、55_对中滚子，51-带角位移传感器的丝杠支座，52-丝杠滑块，53-电机支架，54-电机， 56-丝杠，57-匹配丝杠。
具体实施例方式为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式
，并结合附图，对本 方案进行阐述。一种带加载装置的多功能车辆动力学动态特性试验台，由旋转编码器1、同步带 2、力矩电机3、挡环4、轴承5、电机滑块6、轴套7、纵向导轨8、横向导轨9、固定方板10、钢球11、钢球固定架12、转盘13、力矩传感器14、滚筒支架15、滚筒轴16、外转子电机17、力 和力矩传感器18、滚筒19、轮胎法兰20、力传感器21、液压缸支撑底座22、液压缸支撑钢球 固定架23、液压缸支撑钢球24、液压缸托盘25、液压缸位移传感器26、液压缸角位移传感器 27、带力传感器的横向加载液压缸28、带力传感器的垂向加载液压缸29、角度传感器30、加 载支架31、轮胎支架32、测控系统33、码盘34、转速传感器35、带力传感器的横向加载匹配 液压缸36、匹配液压缸位移传感器37、匹配液压缸角位移传感器38、匹配液压缸托盘39、匹 配液压缸支撑钢球40、匹配液压缸支撑钢球固定架41、匹配液压缸支撑底座42、对中滚子 支架43和44、对中滚子升降器45、带角位移传感器的匹配丝杠支座46、匹配丝杠滑块47、 匹配电机支架48、匹配电机49、带角位移传感器的丝杠支座51、丝杠滑块52、电机支架53、 电机54、对中滚子50和55、丝杠56和匹配丝杠57组成，对中滚子50、55分别由对中滚子 支架44、43支承，对中滚子支架43、44与滚筒支架15铰接，对中滚子支架43、44可在对中 滚子升降器45作用下同步运动，对中滚子升降器45两端分别与滚筒支架15、对中滚子支架 44铰接，码盘34与外转子电机17的转子固定连接，转速传感器35固定在滚筒轴16上，旋 转编码器1固定安装在电机滑块6上，旋转编码器1的轴端通过同步带2与力矩电机3的 输出轴一端联接，力矩电机3的输出轴另一端安装有轴套7，电机滑块6内侧通过轴承5安 装在轴套7上，挡环4对轴承5进行轴向定位，轴套7通过力矩传感器14与转盘13联接， 电机滑块6和纵向导轨8配合，可沿纵向导轨8自由滑动，纵向导轨8与横向导轨9之间垂 向布置安装，纵向导轨8可沿横向导轨9自由滑动，横向导轨9和固定方板10固连，固定方 板10与转盘13中间有环形布置且可自由滚动的钢球11，钢球11放在钢球固定架12的圆 孔中，转盘13可沿固定方板10的顶面作平面运动，转盘13上固定有滚筒支架15，滚筒支架 15与滚筒轴16固定连接，滚筒轴16与外转子电机17的定子固定连接，外转子电机17的 转子通过力和力矩传感器18与滚筒19连接，转盘13上固定安装有加载支架31，加载支架 31上安装有角度传感器30和带力传感器的垂向加载液压缸29，带力传感器的垂向加载液 压缸29可绕自身轴线转动并可沿加载支架31上的导轨移动，带力传感器的垂向加载液压 缸29的另一端与带力传感器的横向加载液压缸28、轮胎支架32固联，轮胎支架32通过力 传感器21与轮胎法兰20连接，带力传感器的横向加载液压缸另一端28通过角位移传感器 27与丝杠滑块52铰接，丝杠滑块52安装在丝杠56上，丝杠56的一端安装有带角度传感器 的丝杠支座51，丝杠56的另一端与电机54联结，电机54安装在电机支座53上，位移传感 器26安装在带力传感器的横向加载液压缸28的活塞上，带力传感器的横向加载液压缸28 缸体与液压缸托盘25固连，液压缸托盘25和液压缸支撑底座22之间安装有可自由滚动的 液压缸支撑钢球24，液压缸支撑钢球24安装在液压缸支撑钢球固定架23的圆孔中，带力 传感器的横向加载匹配液压缸36与加载支架31下端铰接，带力传感器的横向加载匹配液 压缸36的另一端通过匹配角位移传感器38与匹配丝杠滑块47铰接，匹配丝杠滑块47安 装在匹配丝杠57上，匹配丝杠57的一端安装有带角度传感器的匹配丝杠支座46，匹配丝杠 57的另一端与匹配电机49联结，匹配电机49安装在匹配电机支座48上，匹配位移传感器 37安装在带力传感器的横向加载匹配液压缸36的活塞上，带力传感器的横向加载匹配液 压缸36缸体与匹配液压缸托盘39固连，匹配液压缸托盘39和匹配液压缸支撑底座42之 间安装有可自由滚动的匹配液压缸支撑钢球40，匹配液压缸支撑钢球40安装在匹配液压 缸支撑钢球固定架41的圆孔中，旋转编码器1、力矩电机3、力矩传感器14、外转子电机17、力和力矩传感器18、力传感器21、位移传感器26、角位移传感器27、带力传感器的横向加载 液压缸28、带力传感器的垂向加载液压缸29、角度传感器30、转速传感器35、带力传感器的 横向加载匹配液压缸36、匹配位移传感器37、匹配角位移传感器38、对中滚子升降器45、带 角位移传感器的匹配丝杠支座46、匹配电机49、带角位移传感器的丝杠支座51、电机54均 与测控系统33电连接。 试验时，将被试车辆的车轮置于滚筒19上，测控系统33通过对中滚子升降器45 及车轮对中滚子50、55实现车轮在滚筒19上对中，转动车辆方向盘时车轮及滚筒19随转 盘13 —起转向；根据旋转编码器1和力矩传感器15控制力矩电机3产生阻力矩，模拟车轮 所受的回正阻力矩；根据力和力矩传感器18、转速传感器35控制外转子电机17产生滚筒 旋转力矩，模拟车辆所受的纵向力；根据角度传感器30控制带力传感器的垂向加载液压缸 29产生车轮受到的垂向载荷，模拟车辆所受的垂向力；根据力传感器21控制带力传感器的 横向加载液压缸28产生车轮横向力，根据位移传感器26测量带力传感器的横向加载液压 缸28的轴向移动量，根据角位移传感器27测量带力传感器的横向加载液压缸28的转动角 度，控制电机54驱动丝杠56转动，通过丝杠滑块52带动带力传感器的横向加载液压缸28 沿丝杠56滑动，确保横向力垂直于车轮纵切面，根据匹配力位移传感器37测量带力传感 器的横向加载匹配液压缸36的轴向移动量，根据匹配角位移传感器38测量带力传感器的 横向加载匹配液压缸36的转动角度，控制匹配电机49驱动匹配丝杠57转动，通过匹配丝 杠滑块47带动带力传感器的横向加载匹配液压缸36沿匹配丝杠57滑动，确保带力传感器 的横向加载匹配液压缸36补偿带力传感器的横向加载液压缸28产生的横向力，协同模拟 车辆所受的横向力；上述车轮回正阻力矩、车辆纵向力、车辆垂向力和车辆横向力可同时施 加。试验过程中，测控系统33通过旋转编码器1测量车轮转向角度、角速度；通过力矩传感 器14测量车轮转向过程中的阻力矩；通过带力传感器的垂向加载液压缸29中的力传感器 测定轮胎载荷大小；通过力传感器21、旋转编码器1、角度传感器30测量车轮在不同转角时 的横向力；通过力和力矩传感器18测量车轮驱动或制动力矩；通过转速传感器35测量滚 筒22旋转速度。从而实现整车纵向、垂向和横向动力学的全面研究。
权利要求
一种带加载装置的多功能车辆动力学动态特性试验台，由旋转编码器[1]、同步带[2]、力矩电机[3]、挡环[4]、轴承[5]、电机滑块[6]、轴套[7]、纵向导轨[8]、横向导轨[9]、固定方板[10]、钢球[11]、钢球固定架[12]、转盘[13]、力矩传感器[14]、滚筒支架[15]、滚筒轴[16]、外转子电机[17]、力和力矩传感器[18]、滚筒[19]、轮胎法兰[20]、力传感器[21]、液压缸支撑底座[22]、液压缸支撑钢球固定架[23]、液压缸支撑钢球[24]、液压缸托盘[25]、液压缸位移传感器[26]、液压缸角位移传感器[27]、带力传感器的横向加载液压缸[28]、带力传感器的垂向加载液压缸[29]、角度传感器[30]、加载支架[31]、轮胎支架[32]、测控系统[33]、码盘[34]、转速传感器[35]、带力传感器的横向加载匹配液压缸[36]、匹配液压缸位移传感器[37]、匹配液压缸角位移传感器[38]、匹配液压缸托盘[39]、匹配液压缸支撑钢球[40]、匹配液压缸支撑钢球固定架[41]、匹配液压缸支撑底座[42]、对中滚子支架[43]和[44]、对中滚子升降器[45]、带角位移传感器的匹配丝杠支座[46]、匹配丝杠滑块[47]、匹配电机支架[48]、匹配电机[49]、带角位移传感器的丝杠支座[51]、丝杠滑块[52]、电机支架[53]、电机[54]、对中滚子[50]和[55]、丝杠[56]和匹配丝杠[57]组成，对中滚子[50]、[55]分别由对中滚子支架[44]、[43]支承，对中滚子支架[43]、[44]与滚筒支架[15]铰接，对中滚子支架[43]、[44]可在对中滚子升降器[45]作用下同步运动，对中滚子升降器[45]两端分别与滚筒支架[15]、对中滚子支架[44]铰接，码盘[34]与外转子电机[17]的转子固定连接，转速传感器[35]固定在滚筒轴[16]上，旋转编码器[1]固定安装在电机滑块[6]上，旋转编码器[1]的轴端通过同步带[2]与力矩电机[3]的输出轴一端联接，力矩电机[3]的输出轴另一端安装有轴套[7]，电机滑块[6]内侧通过轴承[5]安装在轴套[7]上，挡环[4]对轴承[5]进行轴向定位，轴套[7]通过力矩传感器[14]与转盘[13]联接，电机滑块[6]和纵向导轨[8]配合，可沿纵向导轨[8]自由滑动，纵向导轨[8]与横向导轨[9]之间垂向布置安装，纵向导轨[8]可沿横向导轨[9]自由滑动，横向导轨[9]和固定方板[10]固连，固定方板[10]与转盘[13]中间有环形布置且可自由滚动的钢球[11]，钢球[11]放在钢球固定架[12]的圆孔中，转盘[13]可沿固定方板[10]的顶面作平面运动，转盘[13]上固定有滚筒支架[15]，滚筒支架[15]与滚筒轴[16]固定连接，滚筒轴[16]与外转子电机[17]的定子固定连接，外转子电机[17]的转子通过力和力矩传感器[18]与滚筒[19]连接，其特征在于，转盘[13]上固定安装有加载支架[31]，加载支架[31]上安装有角度传感器[30]和带力传感器的垂向加载液压缸[29]，带力传感器的垂向加载液压缸[29]可绕自身轴线转动并可沿加载支架[31]上的导轨移动，带力传感器的垂向加载液压缸[29]的另一端与带力传感器的横向加载液压缸[28]、轮胎支架[32]固联，轮胎支架[32]通过力传感器[21]与轮胎法兰[20]连接，带力传感器的横向加载液压缸另一端[28]通过角位移传感器[27]与丝杠滑块[52]铰接，丝杠滑块[52]安装在丝杠[56]上，丝杠[56]的一端安装有带角度传感器的丝杠支座[51]，丝杠[56]的另一端与电机[54]联结，电机[54]安装在电机支座[53]上，位移传感器[26]安装在带力传感器的横向加载液压缸[28]的活塞上，带力传感器的横向加载液压缸[28]缸体与液压缸托盘[25]固连，液压缸托盘[25]和液压缸支撑底座[22]之间安装有可自由滚动的液压缸支撑钢球[24]，液压缸支撑钢球[24]安装在液压缸支撑钢球固定架[23]的圆孔中，带力传感器的横向加载匹配液压缸[36]与加载支架[31]下端铰接，带力传感器的横向加载匹配液压缸[36]的另一端通过匹配角位移传感器[38]与匹配丝杠滑块[47]铰接，匹配丝杠滑块[47]安装在匹配丝杠[57]上，匹配丝杠[57]的一端安装有带角度传感器的匹配丝杠支座[46]，匹配丝杠[57]的另一端与匹配电机[49]联结，匹配电机[49]安装在匹配电机支座[48]上，匹配位移传感器[37]安装在带力传感器的横向加载匹配液压缸[36]的活塞上，带力传感器的横向加载匹配液压缸[36]缸体与匹配液压缸托盘[39]固连，匹配液压缸托盘[39]和匹配液压缸支撑底座[42]之间安装有可自由滚动的匹配液压缸支撑钢球[40]，匹配液压缸支撑钢球[40]安装在匹配液压缸支撑钢球固定架[41]的圆孔中，旋转编码器[1]、力矩电机[3]、力矩传感器[14]、外转子电机[17]、力和力矩传感器[18]、力传感器[21]、位移传感器[26]、角位移传感器[27]、带力传感器的横向加载液压缸[28]、带力传感器的垂向加载液压缸[29]、角度传感器[30]、转速传感器[35]、带力传感器的横向加载匹配液压缸[36]、匹配位移传感器[37]、匹配角位移传感器[38]、对中滚子升降器[45]、带角位移传感器的匹配丝杠支座[46]、匹配电机[49]、带角位移传感器的丝杠支座[51]、电机[54]均与测控系统[33]电连接。
2.如权利要求1所述的一种带加载装置的多功能车辆动力学动态特性试验台，其特征 在于，测控系统[33]根据力传感器[21]控制带力传感器的横向加载液压缸[28]产生车轮 横向力，根据位移传感器[26]测量带力传感器的横向加载液压缸[28]的轴向移动量，根 据角位移传感器[27]测量带力传感器的横向加载液压缸[28]的转动角度，控制电机[54] 驱动丝杠[56]转动，通过丝杠滑块[52]带动带力传感器的横向加载液压缸[28]沿丝杠[56]滑动，确保横向力垂直于车轮纵切面；测控系统[33]根据匹配力位移传感器[37]测 量带力传感器的横向加载匹配液压缸[36]的轴向移动量，根据匹配角位移传感器[38]测 量带力传感器的横向加载匹配液压缸[36]的转动角度，控制匹配电机[49]驱动匹配丝杠[57]转动，通过匹配丝杠滑块[47]带动带力传感器的横向加载匹配液压缸[36]沿匹配丝 杠[57]滑动，确保带力传感器的横向加载匹配液压缸[36]补偿带力传感器的横向加载液 压缸[28]产生的横向力，协同模拟车辆所受的横向力。
3.如权利要求1、2所述的一种带加载装置的多功能车辆动力学动态特性试验台，其特 征在于，测控系统[33]根据旋转编码器[1]和力矩传感器[15]控制力矩电机[3]产生阻 力矩，模拟车轮所受的回正阻力矩；根据力和力矩传感器[18]、转速传感器[35]控制外转 子电机[17]产生滚筒旋转力矩，模拟车辆所受的纵向力；根据角度传感器[30]控制带力传 感器的垂向加载液压缸[29]产生车轮受到的垂向载荷，模拟车辆所受的垂向力；根据力传 感器[21]控制带力传感器的横向加载液压缸[28]产生车轮横向力，根据位移传感器[26] 测量带力传感器的横向加载液压缸[28]的轴向移动量，根据角位移传感器[27]测量带力 传感器的横向加载液压缸[28]的转动角度，控制电机[54]驱动丝杠[56]转动，通过丝杠 滑块[52]带动带力传感器的横向加载液压缸[28]沿丝杠[56]滑动，确保横向力垂直于车 轮纵切面，根据匹配力位移传感器[37]测量带力传感器的横向加载匹配液压缸[36]的轴 向移动量，根据匹配角位移传感器[38]测量带力传感器的横向加载匹配液压缸[36]的转 动角度，控制匹配电机[49]驱动匹配丝杠[57]转动，通过匹配丝杠滑块[47]带动带力传 感器的横向加载匹配液压缸[36]沿匹配丝杠[57]滑动，确保带力传感器的横向加载匹配 液压缸[36]补偿带力传感器的横向加载液压缸[28]产生的横向力，协同模拟车辆所受的 横向力；上述车轮回正阻力矩、车辆纵向力、车辆垂向力和车辆横向力可同时施加。
全文摘要
本发明公开了一种带加载装置的多功能车辆动力学动态特性试验台，包括旋转编码器、力矩电机、纵向导轨、横向导轨、转盘、外转子电机、力和力矩传感器、滚筒、轮胎法兰、带力传感器的横向加载液压缸、带力传感器的横向加载匹配液压缸、带力传感器的垂向加载液压缸、角度传感器、加载支架、转速传感器、对中滚子升降器、对中滚子、电机、测控系统等。使用本发明可以在对车轮施加纵向力、垂向力的同时进行横向力和回正阻力矩的加载，车轮可以连同滚筒一起转向，模拟车辆的转弯行驶，并可对车轮转向角进行测量，对车辆实际行驶工况进行更好的模拟，实现整车动力学的全面研究，提供一种性能更优的车辆动力学试验台。
文档编号G01M17/013GK101886982SQ201010212870
公开日2010年11月17日 申请日期2010年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者于明进, 张海燕, 张竹林, 李贻斌, 杨福广, 荣学文, 邱绪云, 阮久宏 申请人:山东交通学院