专利名称：油气悬架非线性特性参数的无损评测方法
技术领域：
本发明主要涉及到无损检测技术领域，特指一种基于计算反求技术的油气悬架在制造后服务中的非线性刚度和阻尼特性的自动评测方法。
背景技术：
油气悬架集弹性元件和阻尼元件于一体，具有优越的非线性刚度特性和良好的非线性阻尼减振性能，在军用履带式车辆和工程机械车辆中得到广泛的应用。油气悬架是一个相对复杂的系统，决定其非线性的刚度和阻尼特性的影响因素众多，这给准确的测试油气悬架位移-弹性力、速度-阻尼力的非线性特性曲线带来很大的困难。然而，在生产过程中，油气悬架的出厂需要对其特性进行校核，以保证悬架的特性与设计的要求相符合；在制造后服务中，油气悬架使用一段时间后，其某些参数可能发生变化，如蓄能器气囊内氮气的泄漏导致气体初始压力及气体弹簧静刚度的变化等，这时需要对其特性的变化进行评测， 以确定悬架系统失效与否，确保整车的安全性。因此，无论对于油气悬架生产校核还是服务检测等实际过程，给出一种快速、有效的方法，测试和评价其非线性刚度和阻尼性特性是非常重要的。但是目前，还没有关于能快速检测和有效评价油气悬架非线刚度和阻尼特性的方法或装置方面的技术公开。现有的油气悬架特性测试方法，是在参考了汽车行业标准《QC/T 545-1999汽车筒式减振器台架试验方法》的基础上，在油气悬架其上面装置各类型的传感器，固定行程变化频率或固定频率变化行程，进行多组静态和动态试验，由静态试验给出刚度特性曲线，然后再由动态特性试验和已有的静态特性曲线来求解阻尼特性曲线。这种测试方法相对繁琐，在制造后服务中也较难实施检测，同时由于刚度和阻尼特性是分开测试的，在理论上传统测试忽略了刚度和阻尼的耦合特性的影响，与实际的使用状况会有所不符。现有技术中，车辆的油气悬架系统物理模型如图1所示。其工作过程是，当车辆行驶时，路面的起伏通过轮胎、车桥的传递引起油气悬架活塞杆在缸筒内上下运动。活塞杆缩入时，气室中氮气压缩，储存能量；活塞杆伸出时，氮气膨胀释放能量，这相当于弹簧的作用。油室I和II中的油液的往复流动通过活塞杆上的单向阀9和阻尼孔10实现，小孔有一定的限流特性，起双向阻尼减振的作用，由此可见，油气悬架是集刚度特性和阻尼特性于一体的。从图1中的物理模型可以看出，油气悬架受到由路面起伏引起的位移激励和速度激励x，i，同时给悬架系统所支撑的车体(悬挂质量)一个总的输出作用力F。因此，图1 的物理模型一般可等效为图2所示的振动力学模型，即油气悬架总的输出力F可以等效为位移激励χ引起的非线性弹性力Fk和速度激励±引起的非线性阻尼力F。的联合作用厂"(巧)=巧(又(巧))+巧(对巧))式(1)其中、是油气悬架往复运动的第i个时刻点。传统油气悬架非线性特性即Fk与x、F。与i关系曲线的测试是在建立了如图3所示台架试验的基础上进行的。该台架包括门架1、输出力传感器2、位移传感器4、液压伺服作动器5、液压动力单元6、控制采集单元7、人机界面8，待测的油气悬架3则装设于该门架1
3上，输出力传感器2和位移传感器4采集到的数据输送到控制采集单元7中。该台架试验通过传感器可以直接测量得到位移X、速度i和总的输出力Fm。为了区分开弹性力和阻尼力， 需要进行多组静态和动态试验，其中非线性刚度Fk与χ关系曲线的测试方法是进行一系列的准静态拉伸压缩试验得到的，而非线性阻尼F。与i关系曲线需由多组动态试验和已有的静态特性曲线根据式(1)求解得到。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、稳定可靠、操作简便、实用性更强、能够快速有效给出油气悬架系统在制造后服务中的特性参数和使用性能的油气悬架非线性特性参数的无损评测方法。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案一种油气悬架非线性特性参数的无损评测方法，其特征在于步骤为(1)建立油气悬架的台架试验测试系统，并进行一次动态测试，由传感器测量得到各时刻ti的位移激励x(ti)、速度激励堆)和输出力Fai)；(2)用几个离散点来表征油气悬架的非线性特性曲线，即用几个位移-弹性力关系的对应点来表征整条位移-弹性力曲线，这条特性曲线上其它点处位移对应的弹性力可用这些离散点通过插值的方法得到；同理，速度-阻尼力特性曲线同样也用少数几个离散点来表征；迭代的第一步可随机给定这几个离散点的初始值；(3)对试验测量的各时刻、的位移激励Χ(、)对应的弹性力FkUai))和速度激励对应的阻尼力Ff ，可由这上述几个离散点插值得到；(4)由于总输出力是弹性力和阻尼力相叠加的结果，由此可以计算得到各时刻下的总输出力，即广(0 = Fk (x{h)) + Fc (i(i;))；(5)计算各时刻下计算输出力和试验输出力的差值的平方和，如果大于设定的收敛阀值ε，则以这些离散点值为优化变量，以各时刻下计算输出力和试验输出力的差值的平方和为代价函数，基于优化的方法搜索下一代这些离散点的新值；(6)重复步骤O) (5)，直至代价函数小于设定的收敛阀值ε，即计算输出力与试验输出力基本相同，此时的这些位移-弹性力和速度-阻尼力离散点就表征了油气悬架实际的非线性刚度和阻尼特性曲线。作为本发明的进一步改进所述步骤O)中，所述离散点的数量为4 9个。与现有技术相比，本发明的优点在于(1)本发明是一种无损伤的基于计算反演的检测方法，对油气悬架的非线性特性进行评测时，不需要知道油气悬架的内部结构参数和物理模型，也没有对油气悬架进行任何破坏，评测过程快速、简单、有效，能满足油气悬架生产校核和服务检测等的需求，具有很好的应用前景；(2)本发明只需要在满足油气悬架最大行程和最大速度范围要求内进行一次任意激励与响应的测试，就能够对油气悬架刚度和阻尼两条非线性特性曲线进行整体式反求， 因此本发明的油气悬架非线性特性评价方法相对传统方法操作便捷、实用性更强，能够快速有效给出油气悬架系统在制造后服务中的特性参数和使用性能。
图1是现有技术中油气悬架的物理模型示意图；图2是现有技术中油气悬架的力学模型示意图；图3是油气悬架的台架试验原理示意图；图4是本发明中油气悬架非线性特性曲线的反求流程示意图；图5是具体实施例中反求的油气悬架位移-弹性力特性曲线示意图；图6是具体实施例中反求的油气悬架速度-阻尼力特性曲线示意图。图例说明1、门架；2、输出力传感器；3、待测的油气悬架；4、位移传感器；5、液压伺服作动器；6、液压动力单元；7、控制采集单元；8、人机界面；9、单向阀；10、阻尼孔。
具体实施例方式以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。本发明是在已有油气悬架台架试验测试的基础上，基于计算反求技术，只进行一次动态试验测试，通过不断的迭代计算，就能对油气悬架位移-弹性力、速度-阻尼力两种非线性特性进行一次性整体评测。如图4所示，本发明的具体步骤如下步骤1 建立图3所示传统的油气悬架的台架试验测试系统，并进行一次动态测试，由位移、速度和力传感器测量得到各时刻ti的位移激励x(ti)、速度激励和输出力 F(ti)。步骤2 本发明只用4 9个离散点来表征油气悬架的非线性特性曲线，即用几个位移-弹性力关系的对应点来表征整条位移-弹性力曲线，这条特性曲线上其它点处位移对应的弹性力可用这些离散点通过插值的方法得到，同理，速度-阻尼力特性曲线同样也用几个离散点来表征，这样评价油气悬架的非线性特性曲线就可转换为迭代求解这些少数离散的值，参见图5和图6。步骤3 当用这些离散点表征了油气悬架的非线性特性曲线时，试验测量的各时刻、的位移激励Χ(、)对应的弹性力FkUai))和速度激励对应的阻尼力K(i(i,·))，就可由这几个离散点插值得到。步骤4:由于总输出力是弹性力和阻尼力的叠加，则由此可以得到各时刻下计算的总输出力，即广(0 = Fk (x{h)) + Fc (i(i;)) ο步骤5 比较各时刻下计算输出力和试验输出力，当二者相差较大时，则以这些离散点值为优化变量，以各时刻下计算输出力和试验输出力的差值的平方和为目标函数，基于优化的方法迭代搜索这些离散点的新值。步骤6:重复步骤2 5，直至目标函数小于设定的收敛阀值ε (ε为一很小的正数)，即计算输出力与试验输出力基本相同，此时的这些位移-弹性力和速度-阻尼力离散点就表征了油气悬架实际的非线性刚度和阻尼特性曲线。其中，步骤1是通用的油气悬架测试方法，步骤4是一般的油气悬架输出力计算公式。本发明方法的特点主要体现在步骤2、3、5和6中，本发明将试验测试与计算反求技术结合，这使得在评价油气悬架非线性特性参数时，能大大减少物理试验的次数，即在只一次试验测试的情况下就同时反求得到油气悬架位移与弹性力、速度与阻尼力两条非线性特性曲线。 以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例， 凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种油气悬架非线性特性参数的无损评测方法，其特征在于步骤为(1)建立油气悬架的台架试验测试系统，并进行一次动态测试，由传感器测量得到各时刻ti的位移激励x(ti)、速度激励和输出力Fai)；(2)用几个离散点来表征油气悬架的非线性特性曲线，即用几个位移-弹性力关系的对应点来表征整条位移-弹性力曲线，这条特性曲线上其它点处位移对应的弹性力可用这些离散点通过插值的方法得到；同理，速度-阻尼力特性曲线同样也用少数几个离散点来表征；迭代的第一步可随机给定这几个离散点的初始值；(3)对试验测量的各时刻、的位移激励χ(、)对应的弹性力FkUai))和速度激励对巧) 对应的阻尼力，可由这上述几个离散点插值得到；(4)由于总输出力是弹性力和阻尼力相叠加的结果，由此可以计算得到各时刻下的总输出力，即广(0 = Fk (x{ti)) + Fc (i(i;))；(5)计算各时刻下计算输出力和试验输出力的差值的平方和，如果大于设定的收敛阀值ε，则以这些离散点值为优化变量，以各时刻下计算输出力和试验输出力的差值的平方和为代价函数，基于优化的方法搜索下一代这些离散点的新值；(6)重复步骤(2) (5)，直至代价函数小于设定的收敛阀值ε，即计算输出力与试验输出力基本相同，此时的这些位移-弹性力和速度-阻尼力离散点就表征了油气悬架实际的非线性刚度和阻尼特性曲线。
2.根据权利要求1中所述的油气悬架非线性特性参数的无损评测方法，其特征在于 所述步骤⑵中，所述离散点的数量为4 9个。
全文摘要
一种油气悬架非线性特性参数的无损评测方法，在建立了油气悬架台架试验的基础上，用少数离散点表征油气悬架的非线性特性曲线，特性曲线上其它点的值可通过这些离散点插值得到，以表征特性曲线的离散点为优化变量，以各时刻下计算输出力和试验输出力的差值的平方和为代价函数，基于优化方法进行搜索评价，从而经过一次测试就可整体式反求出两条特性曲线。本发明原理简单、测试过程操作方便、实用性强，能够实时有效的为油气悬架系统的设计提供系统参数，尤其是能评价油气悬架系统在制造后服务中的特性参数的变化和使用性能，具有很好的应用前景。
文档编号G01M5/00GK102175468SQ201110043970
公开日2011年9月7日 申请日期2011年2月23日 优先权日2011年2月23日
发明者刘杰, 姜潮, 白影春, 韩旭 申请人:湖南大学