专利名称：汽车稳定性参数测试台及使用该测试台的测试方法
技术领域：
本发明涉及与汽车稳定性密切相关的一系列参数的一种一体化测试设备。这些参 数包括汽车轴荷、轮荷、整车总质量、质心高度、抗侧翻角度等。
背景技术：
汽车的轴荷、轮荷、整车总质量、质心高度、抗侧翻角度等参数是评价汽车总体性 能的重要参数，同时也是汽车电子稳定控制等底盘控制系统的重要基础数据。因此汽车 轴荷、轮荷、整车总质量、质心高度及抗侧翻角度等参数一直是汽车参数测试技术的重要领 域，但目前这些参数的测量多是由单项专用试验台完成，导致试验工作量大而且成本很高。 开发一种能同时完成这些参数测试的一体化设备一直是汽车测试领域追求的目标。因此目 前出现了汽车质量参数如轴荷、轮荷、总质量等的一体化专用测试设备。但集质量参数、质 心位置参数及抗侧翻能力测试于一体的设备至今还没有出现。随着汽车底盘电子控制系统 越来越多的应用到汽车上，汽车质量参数、质心位置参数及抗侧翻能力的一体化测量技术 已成为汽车测试领域必须解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种汽车稳定性参数测试台及使用该测试台的测试方法，用 于汽车质量参数、质心位置参数及抗侧翻角度等参数的一体化测试，克服目前上述参数测 试由单项专用试验台分别完成，导致试验工作量大、成本高的不足。本发明的汽车稳定性参数测试台，主要由测量平台、四个安装在台面本体上的由 称重传感器支承的测量台秤、支点呈矩形顶点分布的台面支柱、承载台面支柱及台面本体 的地基、台面本体与地基之间、能够使台面本体纵向或侧向倾斜的三个液压缸、安装在使台 面本体纵向倾斜的两个液压缸上下腔位置的液压传感器、固定在台面本体上的平台倾角测 量装置、液压泵站、连接液压缸和液压泵站的油管及油路控制装置、采集称重传感器、液压 缸油压、台面倾角数据并进行运算的计算机组成。其中的测量台秤采用现有技术中阻止平 向移位的机构安装在台面本体上。其中的台面支柱与台面本体的四个支点中，一个是由大 于半球凹面的球座部分与球头部分形成不可脱离的球铰接或使用通常的万向联轴节构成 的支撑机构，其余三个支点是由等于或小于半球凹面的球座与球头形成可脱离的球铰接， 或由销轴与有V形开口的销轴承载块形成的可脱离的轴铰接构成的支撑机构，在使用销轴 与有V形开口底座的支撑结构中，与球头铰接点在同一矩形边线的两个销轴轴线通过球头 球心。三个液压缸与地基及台面本体的连接点连线呈直角三角形，两条直角边平行于台面 支柱与台面本体间的支点形成的矩形的边线，液压缸沿测试台纵向的布局为靠近两个同为 可脱离铰接支撑点一侧设置两个液压缸，作为台面本体纵向倾斜液压缸。三个液压缸与台 面本体和地基的连接均采用球铰接或万向节连接。以上为本发明测试台基本方案。为使测量台秤与台面本体在台面倾斜时有足够的连接强度，本发明的进一步完善 是给出由分别固定在台面本体上和测量台秤秤面板下面的下铰轴座和上铰轴座之间的连杆构成的测量台秤在台面本体上的导向定位拉杆。每个测量台秤与台面本体之间设置纵、 横两根导向定位拉杆。为提供适应本发明的平台倾角测量装置，本发明进一步提供了由角度传感器、外 壳、支架、旋转轴、摆臂、重锤、旋转盘、旋转盘支座和固定在台面本体上的底座组成的平台 倾角测量装置，其中各构件的连接为外壳与支架通过螺栓相连接，旋转轴与摆臂通过螺栓 相联接。摆臂的下端通过螺栓与重锤相联接。支架与旋转盘通过螺栓相连接，支座与固定 在平台本体上的底座通过螺栓相联接。旋转盘与旋转盘支座中心部分加工一配套的止口定 位结构，旋转盘上加工一沿圆周方向呈90度的环形槽。限位螺钉由拧入旋转盘支座上的螺 钉孔并凸出旋转盘支座伸入旋转盘的环形槽内。中心螺栓穿过旋转盘和旋转盘支座上的中 心孔拧入底座上的螺栓孔。使用该测试台的测试方法是通过台面本体8上的测量台秤测量汽车轮荷而计算 出汽车质心在水平面的位置坐标，通过液压传感器测量液压缸由水平位置举升车辆至一定 角度时的举升力变化计算汽车质心距水平面的高度。具体步骤为
式中x。g为汽车第一轴中心线距车辆重心的水平距离，Li为汽车轴距，Hli为汽车第 i轴轴荷，单位为kg ;y。g为为汽车纵向对称平面与汽车质心的水平距离(在左侧为正)，h 为汽车各轴轮距，(mm)。Hiil，为汽车第i轴左轮与右轮轮荷，单位(kg)。xv。为平台水平 时汽车质心至翻转轴的水平距离，α工α 2为测量平台举升角度，F0i为单独举升平台的举升 力，Fi为举升车辆时的举升力，β为举升力方向与AO垂线的夹角。Gv为汽车总重量，单位 为kg。 本发明的积极效果是测量平台的称重传感器及测量台秤可测出汽车轮荷、轴荷及 整车总重量。由汽车轮荷可以计算出汽车质心在水平面的坐标。通过测量测量平台纵倾一 定角度时液压缸上下腔压力差即可得出由于汽车重量转移引起的液压缸支承压力变化，再 根据重量转移法计算出汽车质心高度，实现汽车质心三坐标的测量。通过侧倾液压缸举升 平台，则可测出汽车的抗侧翻能力。与现有测试设备相比，该设备可完成汽车总质量、轴荷、 轮荷、质心位置(三坐标)、抗侧翻角度等各项测试。它可使这些参数测试的试验工作量及 测试成本大大降低。
图1是测试台结构示意图。图2是测量平台上的测量台秤布置示意图。图3测量台秤在台面本体上的导向定位拉杆结构示意图。图4球铰接头的结构示意图。图5销轴与V形开口底座结构示意图。图6平台倾角测量装置结构示意图。图7汽车质心高度测量原理图。图8角度3计算原理图。图中1.2.3.分别为第一、二、三液压缸，4. 5. 6. 7.分别为第一、二、三、四台面支 柱，8.台面本体，9.地基，13、12、10、11、分别是第一、二、三、四台面支柱4、5、6、7与台面本 体8的连接装置，14、15、16分别是第一、二、三液压缸1、2、3与台面本体8连接装置，17、 18、19分别是与地基9的连接装置，20.液压泵站，25、23和26、22分别是装在第一和二液 压缸上下腔液压传感器，24.数据采集计算机，27.平台倾角测量装置，28、29、30、31分别是 装在台面本体8上的四个测量台秤，32称重传感器，33上铰轴座，34导向定位拉杆，35下铰 轴座，36为球头部分，37为球座部分，38.销轴支架，39.销轴，40. V形开口底座，41.支架， 42.摆臂，43.重锤固定螺栓，44.重锤，45.角度传感器，46.中心螺栓，47.底座，48.旋转盘 支座，49.限位螺钉，50.支座固定螺栓，51.旋转盘。A.第1液压缸与测量平台安装基座球铰中心点，B.第1液压缸在地面安装基座球 铰中心点，0.第4台面支柱与测量平台安装基座球铰中心点。
具体实施例方式下面结合附图进一步说明本发明的具体内容及工作过程。本发明所述的汽车稳定性参数测试台，主要由测量平台、地基、支撑装置、平台倾 角测量装置、液压控制系统和计算机控制系统组成，所述的测量平台由台面本体8和四个 测量台秤组成，四个测量台秤分别由称重传感器32支承、并采用阻止平向移位的机构安装 在台面本体8上，支撑装置装在台面本体8和地基9之间，支撑装置采用与台面本体8连接 支点呈矩形顶点分布的四个台面支柱，平台倾角测量装置27固定在台面本体8上，所述的 液压控制系统包括液压泵站20、装在台面本体8和地基9之间且能使台面本体8纵向或/ 和侧向倾斜的三个液压缸、用于连接液压缸和液压泵站20的油管和油路控制装置，在能使 台面本体8纵向倾斜的第一液压缸1和第二液压缸2上下腔位置分别装有第一液压传感器 25、第二液压传感器26和第三液压传感器23、第四液压传感器22，所述的计算机控制系统 用于采集称重传感器32、三个液压缸油压和台面本体8倾角数据并进行运算。所述的四个台面支柱与台面本体8连接的四个支点中，一个支点是由大于半球凹 面的球座部分37与球头部分36构成不可脱离的球铰接或使用通常的万向联轴节构成的支 撑机构，其余三个支点是由等于或小于半球凹面的球座部分37与球头形成可脱离的球铰 接，或由装在销轴支架38上的销轴39与有V形开口底座40构成的可脱离的轴铰接构成的 支撑机构，在使用销轴39与有V形开口底座40的支撑机构中，与球头铰接点在同一矩形边
6线的两个销轴轴线通过球头球心，所述的三个液压缸与地基9和台面本体8之间的连接点连线呈直角三角形，两条 直角边平行于台面支柱与台面本体8间的支点形成的矩形的边线，液压缸沿台面本体8纵 向布局为靠近两个同为可脱离铰接支撑点一端设置两个液压缸，作为台面纵向倾斜液压 缸；三个液压缸与台面本体8和地基9的连接均采用球铰接或万向节连接。所述的称重传感器32支撑在测量台秤的4个角上，所述的阻止平向移位的机构为 纵、横两根导向定位拉杆34，导向定位拉杆34 —端通过上铰轴座33与测量台秤连接，另一 端通过下铰轴座35与台面本体8连接。所述的平台倾角测量装置27，角度传感器45通过旋转轴与摆臂42和支架41联 接，重锤44装在摆臂42的下端，支架41与旋转盘51通过螺栓连接，旋转盘支座48与固定 在平台本体8上的底座47通过螺栓联接，旋转盘51与旋转盘支座48中心部分加工一配套 的止口定位结构，旋转盘51上加工一沿圆周方向呈90度的环形槽，限位螺钉49 一端螺纹 固定在旋转盘支座48上，另一端伸入旋转盘51的环形槽内，中心螺栓46穿过旋转盘51和 旋转盘支座48上的中心孔拧入底座47上的螺栓孔内。参阅图1，13、12、10、11、分别是第一、二、三、四台面支柱4、5、6、7与台面本体8的 连接装置，其中台面支柱5上的连接装置12为图4所示的球铰接头，图4中的36为球头部 分，37为球座部分。第一、三、四台面支柱4、6、7的连接装置13、10、11为图5所示的圆柱 销与V形开口块支承结构，图5中38为销轴支架，39为销轴，40为V形开口底座。图1中 的17、18、19分别是第一、二、三液压缸与地基9的连接装置，均为图4所示的球铰接头，图 1中的14、15、16分别为第一、二、三液压缸与平台本体8的连接装置，均为图4所示的球铰 接头。27为平台倾角测量装置。参阅图1，第一、二液压缸1、2下腔第三、四液压传感器23、22分别与第一、二液压 缸1、2下腔相连接，以测量下腔压力。第一、二液压传感器25、26分别与第一、二液压缸1、 2上腔相连接以测量上腔压力。各压力传感器与数据采集计算机24电连接，平台倾角测量 装置27中的角度传感器45 (参阅图6)，与数据采集计算机24电连接。数据采集计算机24 采集液压传感器信号计算压力值，采集角度传感器值计算测量平台倾角。液压泵站20与第一、二、三液压缸1、2、3通过液压管路相连接，并控制台面本体8 的前倾和侧倾运动。这里要求液压泵站20要满足这样的功能要求台面本体8前倾运动时， 第一、二液压缸1、2举升，第三液压缸3处于无载自由伸缩状态；台面本体8侧倾运动时，第 二、三液压缸2、3处于举升状态，第一液压缸1处于无载自由伸缩状态。参阅图2，测量平台的台面由台面本体8和四个测量台秤28、29、30、31组成。每个 测量台秤的四个角通过称重传感器32支承在台面本体8上，第一、二、三、四测量台秤28、 29,30,31与台面本体8通过图3所示的拉杆装置导向和定位。拉杆装置结构参阅图3，上 铰轴座33固定在第一台秤28上，下铰轴座35固定在平台本体8上，导向定位拉杆34通过 销轴铰接的方式分别与上铰轴座33和下铰轴座35相连接，用于测量台秤的导向与定位，每 个测量台秤与台面本体8之间设置纵、横两个拉杆装置导向定位。平台倾角测量装置27参阅图6所示，角度传感器45的外壳与支架41通过螺栓相 连接，其旋转轴与摆臂42通过螺栓相联接。摆臂42的下端通过重锤固定螺栓43与重锤44 相联接。支架41与旋转盘51通过螺栓固定在一起，旋转盘支座48与焊接在平台本体8上的底座47通过支座固定螺栓50相联接。旋转盘51与旋转盘支座48中心部分加工一相互 配套的止口定位结构，旋转盘51上加工一沿圆周方向呈90度的环形槽。限位螺钉49拧入 底座47上的螺钉孔并凸出底座47伸入旋转盘51的环形槽，用于环形槽旋转时的定位。中 心螺栓46穿过旋转盘51和旋转盘支座48上的中心孔拧入底座47上的螺栓孔。通过该结 构可以实现采用一个角度传感器实现两个相互垂直方向倾角的测量。在操作时松开中心螺 栓46，转动旋转盘51到指定方位，然后拧紧中心螺栓46即可。试验台测试方法如下第一步，在进行测试时，测量平台处于水平位置，将汽车驶上测量平台并使每个车
轮置于一个台秤上，数据采集计算机即可根据称重传感器传送的信号计算出各轮荷、轴荷
及汽车总质量，由汽车各轮轮荷可以计算汽车质心在水平面内的坐标。具体方法如下 xcg为车辆质心距汽车第一轴中心线的距离，Li为汽车第i轴与第i+1轴之间的轴 距，单位为mnunii为汽车第i轴轴荷，单位为kg，y。g为汽车质心与纵向对称平面的水平距离 (在左侧为正)，、为汽车各轴轮距，单位(mm)。mil，n^为汽车第i轴左轮与右轮轮荷，单 位(kg)。第二步，测量单独举升平台至一定角度时的举升力。此时，车辆离开测量平台，通 过液压缸1和2将测量平台单独举升至一个小角度(如3° )，记录此时的举升力，然后 继续单独举升测量平台至一个大角度(如16° )，并记录此时的举升力FQ16。第三步，测量汽车质心高度平台置于水平位置，汽车驶上测量平台，车辆停稳后，开始使液压缸1、2举升。先 举升至一个小角度(如3° )，停稳后，记录此时的举升力F3，然后继续举升至一个大角度 (如16° )，并记录此时的举升力F16。根据液压传感器测得的液压缸举升力的变化可以计 算出质心距测量平台台面的高度、车辆质心距翻转轴的水平距离，参阅附图7所示。其计算 方法为 式中xv。为平台水平时汽车质心至翻转轴的水平距离，a为测量平台举升角度，Fm
为单独举升平台的举升力，Fi为举升车辆时的举升力，日为举升力方向与A0垂线的夹角，
其计算方法为
第四步，抗侧翻能力测量平台置于水平位置，汽车驶上测量平台，使四个车轮分别位于一个台秤上，车辆停 稳后，开始使液压缸2、3举升，此时，10,12两点成为测量平台侧倾的旋转轴线，测量平台 举升过程中监测靠近举升液压缸一侧的两个台秤的称重数值的变化，当这两个测量台秤示 数为零时，测得的平台本体侧倾角度，即计算机采集角度传感器数值，即为该车的抗侧翻角度。这里给出第三步中汽车质心高度计算方法的推导过程被检车辆与平台一起举升时，系统受力参阅附图7、附图8所示。F-举升缸的举升力β-举升力方向与平台垂直方向的夹角^0 -举升缸到翻转轴水平距离Gt-平台自重e'-平台质心至翻转轴的垂直距离Xto-平台质心至翻转轴的水平距离ε -平台质心至翻转轴垂线与水平面的夹角s = arctan —举升力和平台重力Gt及汽车重力Gv对翻转轴之矩平衡，则有
suitι- ,, 、 、
F cos β · AO-Gt cos (α+ ε)· ^x2to + e'2 - Gv I xv0 cos a - \hg + β\ ηα \ = 0
Gt cos (α + s). Jxfn+e'2 Gv (xv0 cos oc-(h + e) sin a)
F = —--- 7 suir -+ ----suir ----
cos β-AOAOcosfi
F _Gtcos(a + s)-Jxf0+e'2 ° ~ cos β-AO
G (x,n cos a-Ihrr + e)sina IBPF = F0+ vl v0 sur 1 g~——L
AO cos β由平台单独举升时与举升被测车辆时的任两个角度α ” α 2取相应压力值即可解 上述方程。由此可得质心高度及汽车质心距翻转轴的距离为 式中xvo为汽车质心至翻转轴的水平距离，α为举升角度，F03F016为单独举升平台 分别至一个小角度和一个较大角度时对应的举升力，F3F16为举升车辆分别至上述相应角度时的举升力，3为举升力方向与A' 0连线的垂线的夹角。AO与AB垂直，则
权利要求
一种汽车稳定性参数测试台，主要由测量平台、地基、支撑装置、平台倾角测量装置、液压控制系统和计算机控制系统组成，其特征在于，所述的测量平台由台面本体(8)和四个测量台秤组成，四个测量台秤分别由称重传感器(32)支承、并采用阻止平向移位的机构安装在台面本体(8)上，支撑装置装在台面本体(8)和地基(9)之间，支撑装置采用与台面本体(8)连接支点呈矩形顶点分布的四个台面支柱，平台倾角测量装置(27)固定在台面本体(8)上，所述的液压控制系统包括液压泵站(20)、装在台面本体(8)和地基(9)之间且能使台面本体(8)纵向或/和侧向倾斜的三个液压缸、用于连接液压缸和液压泵站(20)的油管和油路控制装置，在能使台面本体(8)纵向倾斜的第一液压缸(1)和第二液压缸(2)上下腔位置分别装有第一液压传感器(25)、第二液压传感器(26)和第三液压传感器(23)、第四液压传感器(22)，所述的计算机控制系统用于采集称重传感器(32)、三个液压缸油压和台面本体(8)倾角数据并进行运算。
2.根据权利要求1所述的一种汽车稳定性参数测试台，其特征在于，所述的四个台面 支柱与台面本体(8)连接的四个支点中，一个支点是由大于半球凹面的球座部分(37)与球 头部分(36)构成不可脱离的球铰接或使用通常的万向联轴节构成的支撑机构，其余三个 支点是由等于或小于半球凹面的球座部分(37)与球头形成可脱离的球铰接，或由装在销 轴支架(38)上的销轴(39)与有V形开口底座(40)构成的可脱离的轴铰接构成的支撑机 构，在使用销轴(39)与有V形开口底座(40)的支撑机构中，与球头铰接点在同一矩形边线 的两个销轴轴线通过球头球心。
3.根据权利要求1所述的一种汽车稳定性参数测试台，其特征在于，所述的三个液压 缸与地基(9)和台面本体(8)之间的连接点连线呈直角三角形，两条直角边平行于台面支 柱与台面本体(8)间的支点形成的矩形的边线，液压缸沿台面本体(8)纵向布局为靠近两 个同为可脱离铰接支撑点一端设置两个液压缸，作为台面纵向倾斜液压缸；三个液压缸与 台面本体(8)和地基(9)的连接均采用球铰接或万向节连接。
4.根据权利要求1所述的一种汽车稳定性参数测试台，其特征在于，所述的称重传感 器(32)支撑在测量台秤的4个角上，所述的阻止平向移位的机构为纵、横两根导向定位拉 杆(34)，导向定位拉杆(34) —端通过上铰轴座(33)与测量台秤连接，另一端通过下铰轴座 (35)与台面本体(8)连接。
5.根据权利要求1所述的汽车稳定性参数测试台，其特征在于，所述的平台倾角测量 装置(27)，角度传感器(45)通过旋转轴与摆臂(42)和支架(41)联接，重锤(44)装在摆臂 (42)的下端，支架(41)与旋转盘(51)通过螺栓连接，旋转盘支座(48)与固定在平台本体 (8)上的底座(47)通过螺栓联接，旋转盘(51)与旋转盘支座(48)中心部分加工一配套的 止口定位结构，旋转盘(51)上加工一沿圆周方向呈90度的环形槽，限位螺钉(49) 一端螺 纹固定在旋转盘支座(48)上，另一端伸入旋转盘(51)的环形槽内，中心螺栓(46)穿过旋 转盘(51)和旋转盘支座(48)上的中心孔拧入底座(47)上的螺栓孔内。
6.一种实用权利要求1所述的汽车稳定性参数测试台的测试方法，其特征在于，通过 装在平台本体(8)上的测量台秤8测量汽车轮荷而计算出汽车质心在水平面的位置坐标， 通过液压传感器测量液压缸由水平位置举升车辆至一定角度时的举升力变化，计算汽车质 心距水平面的高度，具体步骤是第一步，在进行测试时，测量平台处于水平位置，将汽车驶上测量平台并使每个车轮置于一个台秤上，数据采集计算机即可根据称重传感器传送的信号计算出各轮荷、轴荷及汽 车总质量，由汽车各轮轮荷可以计算汽车质心在水平面内的坐标。具体方法如下 xcg为车辆质心距汽车第一轴中心线的距离，k为汽车第i轴与第i+1轴之间的轴距， 单位为mm，m,为汽车第i轴轴荷，单位为kg，y。g为汽车质心与纵向对称平面的水平距离，在左侧为正，h为汽车各轴轮距，单位mm。 ，mir为汽车第i轴左轮与右轮轮荷，单位kg ； 第二步，测量单独举升平台至一定角度时的举升力，此时，车辆离开测量平台，通过液 压缸1和2将测量平台单独举升至一个小角度，记录此时的举升力F，然后继续单独举升测 量平台至一个大角度，并记录此时的举升力F ； 第三步，测量汽车质心高度平台置于水平位置，汽车驶上测量平台，车辆停稳后，开始使液压缸1、2举升，先举升 至一个小角度，停稳后，记录此时的举升力F，然后继续举升至一个大角度，并记录此时的举 升力F，根据液压传感器测得的液压缸举升力的变化可以计算出质心距测量平台台面的高 度、车辆质心距翻转轴的水平距离，具体方法为 式中^为平台水平时汽车质心至翻转轴的水平距离，a为测量平台举升角度，&±为 单独举升平台的举升力，h为举升车辆时的举升力，&为汽车总重量，单位为kg。hg为汽车 质心距水平面高度，单位为m，为举升力方向与AO垂线的夹角， 第四步，抗侧翻能力测量平台置于水平位置，汽车驶上测量平台，使四个车轮分别位于一个台秤上，车辆停稳 后，开始使液压缸2、3举升，此时，10、12两点成为测量平台侧倾的旋转轴线，测量平台举升 过程中监测靠近举升液压缸一侧的两个台秤的称重数值的变化，当这两个测量台秤示数为 零时，测得的平台本体侧倾角度，即计算机采集角度传感器数值，即为该车的抗侧翻角度。
全文摘要
本发明涉及一种汽车稳定性参数测试台及使用该测试台的测试方法，用于汽车质量参数、质心位置参数及抗侧翻角度参数的一体化测试。本发明由测量台面，四个安装在测量台面上的由称重传感器支承的台秤。支点呈矩形顶点分布的台面支柱。承载支柱及台面的地基，台面与地基之间、能够使台面纵向或侧向倾斜的三个液压缸。固定在台面上的倾角测量装置。安装在使台面纵向倾斜的两个液压缸上下腔位置的液压传感器，连接液压缸的泵站。采集称重传感器、液压缸油压、台面倾角数据并进行运算的计算机。本发明与现有测试设备相比，可完成汽车总质量、轴荷、轮荷、质心位置、抗侧翻角度等各项测试。使这些参数测试的试验工作量及测试成本大大降低。
文档编号G01B13/18GK101893517SQ201010238190
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月28日 优先权日2010年7月28日
发明者宋传学, 李建华, 玄圣夷, 靳立强 申请人:吉林大学