专利名称：双横臂前悬架定位参数测试实验台的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车工程领域，具体涉及一种双横臂前悬架定位参数测试实验台架系统。
背景技术：
悬架系统是汽车的一个重要组成部分，汽车悬架的性能是影响汽车行驶平顺性、操纵稳定性和行驶速度的重要因素。因此，设计新型悬架，优化原有悬架，使悬架性能达到最优状态是提高悬架性能的必由之路。根据导向机构的结构特点，汽车悬架可分为非独立悬架和独立悬架两大类。在独立悬架中，双横臂悬架的突出优点在于设计的灵活性，可以通过合理选择空间导向杆系的 铰接点的位置及导向臂的长度，使得悬架具有合适的运动特性(亦即当车轮跳动或车身侧倾时，车轮定位角、轮距的变化及转向系统的干涉能尽量满足设计的要求)。双轴式倾角传感器是一种高精度、低温漂、数字输出型的二维倾角传感器，该产品可以测量出传感器相对于水平面的倾斜度。将此传感器安装在车轮的适当位置，可以直接得到车轮的外倾角和主销的后倾角，进而通过换算可以得到主销内倾角。主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角、车轮前束角等前轮定位参数的值对汽车的使用性能，尤其是操纵稳定性有很大的影响。设计双横臂悬架机构时，必须保证前轮定位参数及其变化规律有利于改善汽车的操纵稳定性。另外，车轮上下跳动时，轮距不应有明显变化。为了直观演示悬架导向机构对车轮定位参数变化的影响，设计了一种机构参数调节方便、适用于双横臂前悬架导向机构运动参数测试分析的实验设备，且目前未有类似产品。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提出一种双横臂前悬架定位参数测试实验台架，能够按设计需要任意改变导向杆系的铰接点位置及导向臂的长度，检测不同铰接点位置及导向臂长度下车轮上/下跳动时，前束、轮距、车轮外倾角、主销后倾角参数的变化，同时研究转向系参数变化对转向性能的影响，为双横臂前悬架的优化设计提供依据。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是
本发明提供了一种双横臂前悬架定位参数测试实验台，该实验台包括前束角变化测量组件、车轮上/下跳动位移测量组件、轮距变化测量组件、主销后倾角和车轮外倾角变化测量组件、齿轮齿条位置测量组件、可变参数双横臂悬架、可变参数转向系统和数据采集显示系统；将可伸缩上/下横臂长度、主销长度、转向节臂位置和长度、转向横拉杆长度、主销后倾角和车轮外倾角调整到设定值，移动车轮上/下跳动移动台的竖直位移，获得车轮上/下跳动量与主销后倾角变化量、主销内倾角角变化量、轮距变化量、前束角变化量的关系；移动转向机，获得的是齿轮齿条位置变化量与车轮转角变化之间的关系；三个位移传感器通过数据采集卡、光学编码器通过RS485/USB、倾角传感器通过RS232/USB将信号输送到上位机中，获得所需的关系图，并将数据保存，并显示到界面。
所述可变参数双横臂悬架，是一安装座与上横臂支架固联，上横臂支架与固定吊耳固联构成一个固定支架，充当双横臂前悬架上横臂在车架上的连接点；安装座与下横臂硬点处三维移动台固联，下横臂硬点处三维移动台与固定吊耳固联，充当双横臂前悬架下横臂在车架上的连接点，此连接点在空间上的位置可通过下横臂硬点处三维移动台装置的调节来改变。上、下横臂的一端分别与关节轴承的柄部联接，另一端分别与固定吊耳螺接形成一个转动副，充当双横臂前悬架的上/下摆臂，且摆臂的杆长可根据设计者的意图在一定范围内变化。关节轴承的球型内圈与可伸缩主销的主销伸缩棒连接，主销伸缩棒与前束角变化测量组件固联，前束角变化测量组件与关节轴承连接来测量主销转角的变化，可伸缩上、下横臂、固定吊耳、可伸缩主销与关节轴承的连接构成了可变参数双横臂悬架的四连杆机构，改变可伸缩主销、可伸缩上、下横臂的长度和下横臂硬点处三维移动台的位置来改变双横臂悬架的导向臂长度和双横臂悬架上/下摆臂硬点的相对位置。所述可伸缩主销包括主销伸缩棒、横向固定架、转向节臂导轨、车轴滑块导轨四种，主销伸缩棒在车轴滑块导轨中移动实现可伸缩主销长度的变化，主销的长度可根据设计者的意图在一定范围内变化。 所述前束角变化测量组件包括编码器、圆棒和导槽，主销伸缩棒的一端与编码器固联，编码器又与圆棒固联，且圆棒与摆臂同轴，圆棒穿过导槽，导槽又与关节轴承固联；实现测量主销转角的变化，又不影响可伸缩主销的自由度。所述可伸缩主销的车轴滑块导轨上设有车轴滑块形成一个滑动副，且该滑动副可锁止，实现车轴与主销连接点在主销上位置的可变。
所述车轴滑块为车轮及车轴组件的一部件，车轮及车轴组件还包括带卡箍的车轴、定位钢球和带平面的车轮模型，带卡箍的车轴一端与带平面的车轮模型固联，而带卡箍端卡箍夹在车轴滑块的圆棒上，形成一个转动副，实现车轴相对于主销夹角的可变，该转动副可锁止，控制车轮外倾角的大小。所述主销后倾角及车轮外倾角变化测量组件固联在带平面的车轮模型上，主销后倾角及车轮外倾角变化测量组件由二自由度倾角传感器组成,测量车轮外倾角和主销后倾角，通过换算获得主销内倾角、车轮外倾角和主销后倾角这些定位参数。所述可变参数转向系统，是可伸缩且与主销连接位置可变的转向节臂充当双横臂悬架转向系的转向节臂，可伸缩转向横拉杆充当双横臂悬架转向系的转向横拉杆，可伸缩且与主销连接位置可变的转向节臂和转向横拉杆通过球铰与转向机连接，组成双横臂前悬架的转向系统。转向节臂一端的卡箍夹在可伸缩主销的任一根转向节臂导轨上，实现转向节臂在主销上位置可变，其另一端通过球铰与转向横拉联接，转向横拉杆又通过球铰与转向机连接，组合成一个转向节臂和转向横拉杆长度可变的转向系统。所述转向机与转向机支架固联，转向机支架与转向机三维移动台固联，转向机三维移动台又与安装座固联，通过改变转向机三维移动台的位置确保了转向节臂和转向横拉杆长度和位置变化时具有一个合适的转向梯形机构。所述齿轮齿条位置测量组件由一个位移传感器和连接片组成，其中位移传感器直接固联在转向机支架上，连接片一端与转向机固联，另一端与位移传感器固联，实现任意时刻测量转向机的位置。
所述车轮上/下跳动位移测量组件和轮距变化测量组件固联在车轮上/下跳动移动台上，车轮上/下跳动移动台与安装座固联。所述车轮上/下跳动位移测量组件由一个位移传感器和一个连接片组成，位移传感器与车轮上/下跳动移动台底座固联，连接片一端与位移传感器固联，另一端与车轮上/下跳动移动台的载物座固联，测量车轮上/下移动台载物座竖直方向位置的变化。轮距变化测量组件由位移传感器和十字滑块组成，位移传感器与车轮上/下跳动移动台固联，其测量段又与十字滑块中的一组滑块固联，十字滑块顶部平面开有一个浅球面，定位钢球恰好有一半落在浅球面内，支撑着带平面的车轮模型，实现既不限制车轮的自由度，又能测量车轮上/下跳动移动台竖直方向移动模拟路面不平度时，即车轮上/下跳动时，轮距的变化量。本发明的优越功效在于本发明的可变参数的双横臂四连杆机构和可变参数的转向机构，根据设计者确定一组双横臂前悬架的参数，移动车轮上/下跳动移动台的竖直位 移，带动车轮上下跳动，由于双横臂前悬架的四连杆机构内在属性和转向横拉杆的干涉影响，通过主销后倾角及车轮外倾角变化测量组件、前束角变化测量组件、轮距变化测量组件分别测得车轮外倾角、主销后倾角、车轮前束角及车轮轮距随车轮上/下跳动的变化量之间的关系；或者移动转向机位置，通过齿轮齿条位置测量组件和前束角变化测量组件，获得转向齿轮齿条位置变化量与转向角变化量之间的关系。
图I本发明双横臂前悬架定位参数测试实验台的机械结构布置示意 图2本发明可伸缩主销的结构示意 图3本发明前束角变化测量组件的结构示意 图4本发明车轮及车轴组件的结构示意图 图5本发明电路原理框 图中标号说明
I一主销后倾角及车轮外倾角变化测量组件；
2—前束角变化测量组件；
201—编码器；202—圆棒；
203—导槽；
3一关节轴承；
4一可伸缩主销；
401—主锁伸缩棒；402—横向固定架；
403—转向节臂导轨；404—车轴滑动导轨；
5—球铰；6—转向节臂；
7—可伸缩上横臂；8—上横臂支架；
9一固定吊耳；10—可伸缩下横臂；
II一下横臂硬点处三维移动台；12—转向横拉杆；
13—球铰；14 一转向机；
15—转向机支架；16—齿轮齿条位置测量组件；17—齿轮齿条方向机三维移动台；18—安装座；
19一车轮上/下跳动移动台；20—车轮上/下跳动位移测量组件；
21—轮距变化测量组件；
22—车轮及车轴模型；
2201—车轴滑块；2202—带卡箍的车轴；
2203—定位钢球；2204—带平面的车轮模型。
具体实施例方式请参阅附图所示，对本发明作进一步的描述。·
如图I所示，本发明提供了一种双横臂前悬架定位参数测试实验台，该实验台包括前束角变化测量组件2、车轮上/下跳动位移测量组件20、轮距变化测量组件21、主销后倾角和车轮外倾角变化测量组件I、齿轮齿条位置测量组件16、可变参数双横臂悬架、可变参数转向系统和数据采集显示系统；将可伸缩上/下横臂7、10的长度、主销长度、转向节臂6位置和长度、转向横拉杆12长度、主销后倾角和车轮外倾角调整到设定值，移动车轮上/下跳动移动台18的竖直位移，获得车轮上/下跳动量与主销后倾角变化量、主销内倾角角变化量、轮距变化量、前束角变化量的关系；移动转向机14，获得的是齿轮齿条位置变化量与车轮转角变化之间的关系；三个位移传感器通过数据采集卡、光学编码器通过RS485/USB、倾角传感器通过RS232/USB将信号输送到上位机中，获得所需的关系图，并将数据保存，并显示到界面。图I所示，安装座18与上横臂支架8固联，上横臂支架8又与固定吊耳9固联，组成一个固定支架，充当双横臂前悬架上摆臂在车架上的连接点。安装座18与下横臂硬点处三维移动台11固联，下横臂硬点处三维移动台11又与固定吊耳9固联，充当双横臂前悬架下摆臂在车架上的连接点，此连接点在空间上的位置可通过下横臂硬点处三维移动台11的调节来改变。可伸缩上横臂7和可伸缩下横臂10的一端与关节轴承3的柄部连接，另一端与固定吊耳9通过螺栓(图中未画出)连接；可伸缩上/下横臂7、10与固定吊耳9通过螺栓连接可形成一个转动副，充当双横臂前悬架的上/下摆臂，且上/下摆臂的杆长可根据设计者的意图在一定范围内变化。关节轴承3的球型内圈与充当双横臂前悬架主销的可伸缩主销4的主销伸缩棒固联。由图2所示，可伸缩主销4由主销伸缩棒401、横向固定架402、转向节臂导轨403、车轴滑块导轨404四种部件构成。主销伸缩棒401在车轴滑块导轨404中移动实现可伸缩主销4长度的变化，其中主销的长度可根据设计者的意图在一定范围内变化。可伸缩主销4的主销伸缩棒401的一端与前束角变化测量组件2固联，如图3所示，前束角变化测量组件
2由编码器201、圆棒202、导槽203组成，主销伸缩棒401与编码器201固联，编码器201又与圆棒固联202，且圆棒202与摆臂同轴；圆棒穿过导槽203，导槽203又与关节轴承固联；实现既能测量主销转角的变化，又不影响可伸缩主销4的自由度。上述固定吊耳9、可伸缩主销4、可伸缩上/下横臂7、10和关节轴承3的连接即构成双横臂前悬架的四连杆机构；可通过改变可伸缩主销4、可升缩上/下横臂7、10的长度和改变下横臂硬点处三维移动台11的位置可以改变该四连杆机构的参数，即改变双横臂悬架的导向臂长度和双横臂悬架上/下摆臂硬点的相对位置。
如图4所示，车轮及车轴组件22由车轴滑块2201、带卡箍的车轴2202、定位钢球2203、带平面的车轮模型2204四个部件组成。车轴滑块2201可在车轴滑块导轨404滑动形成一个滑动副，且该滑动副可锁止，实现车轴与主销连接点在主销上位置的可变；带卡箍的车轴2202 —端与带平面的车轮模型2204固联，而带卡箍端的卡箍夹在车轴滑块2201的圆棒上，形成一个转动副，实现车轴相对于主销夹角的可变，该转动副可以锁止，可控制车轮外倾角的大小。主销后倾角及车轮外倾角变化测量组件I固联在带平面的车轮模型2204上，主销后倾角及车轮外倾角变化测量组件I由二自由度倾角传感器组成，测量出车轮外倾角和主销后倾角，通过换算可以获得主销内倾角、车轮外倾角和主销后倾角这些定位参数。可伸缩且与主销连接位置可变的转向节臂6充当双横臂前悬架的转向节臂，其一端的卡箍夹在可伸缩主销4的任一根转向节臂导轨403上，实现转向节臂在主销上位置可变，其另一端通过球铰5与可伸缩转向横拉杆12,可伸缩转向横拉杆12又通过球铰13与齿轮齿条转向机14连接，组合成一个转向节臂和转向横拉杆长度可变的转向系统。齿轮齿条转向机14与齿轮齿条转向机支架15固联，齿轮齿条转向机支架15与齿轮齿条转向机三维移动 台17固联，齿轮齿条转向机三维移动台17又与安装座18固联，通过改变齿轮齿条转向机三维移动台17的位置可以确保了转向节臂和转向横拉杆长度和位置变化时仍具有一个合适的转向梯形机构。齿轮齿条位置测量组件16由一个位移传感器和连接片组成，其中位移传感器直接固联在齿轮齿条转向机支架15上，连接片一端与齿轮齿轮转向机14固联，另一端与位移传感器固联，实现任意时刻都测量出齿轮齿条转向机14的位置。安装座18与车轮上/下跳动移动台19固联，车轮上/下跳动位移测量组件20和轮距变化测量组件21固联在车轮上/下跳动移动台19上。车轮上/下跳动位移测量组件20由一个位移传感器和一个连接片组成，位移传感器与车轮上/下跳动移动台19底座固联，连接片一端与位移传感器固联，另一端与车轮上/下跳动移动台19的载物座(图中未画出)固联，能够测量车轮上/下移动台19载物座竖直方向位置的变化；轮距变化测量组件21由位移传感器和十字滑块组成，位移传感器与车轮上/下跳动移动台19固联，其测量段又与十字滑块中的一组滑块固联，十字滑块(图中未画出)顶部平面开有一个浅球面，定位钢球2203恰好有一半落在浅球面内，支撑着车轮模型2204，从而实现即不限制车轮的自由度，又能测量车轮上/下跳动移动台19竖直方向移动模拟路面不平度时，即车轮上/下跳动时，轮距是变化量。图5所示，三个位移传感器通过数据采集卡、光学编码器通过RS485/USB、倾角传感器通过RS232/USB将信号输送到上位机中，获得需要的关系图，并将数据保存。实验过程为将上/下横臂长度、主销长度、转向节臂位置和长度、转向横拉杆长度、主销后倾角和车轮外倾角调整到设计者所需要的值。其中移动车轮上/下跳动移动台19的竖直位移，通过数据采集系统就可以获得车轮上/下跳动量与主销后倾角变化量、主销内倾角角变化量、轮距变化量、前束角变化量的关系；而移动齿轮齿条转向机14，获得的是齿轮齿条位置变化量与车轮转角变化之间的关系。
权利要求
1.双横臂前悬架定位参数测试实验台，其特征在于该实验台包括前束角变化测量组件、车轮上/下跳动位移测量组件、轮距变化测量组件、主销后倾角和车轮外倾角变化测量组件、齿轮齿条位置测量组件、可变参数双横臂悬架、可变参数转向系统和数据采集显示系统；将可伸缩上/下横臂长度、主销长度、转向节臂位置和长度、转向横拉杆长度、主销后倾角和车轮外倾角调整到设定值，移动车轮上/下跳动移动台的竖直位移，获得车轮上/下跳动量与主销后倾角变化量、主销内倾角角变化量、轮距变化量、前束角变化量的关系；移动转向机，获得的是齿轮齿条位置变化量与车轮转角变化之间的关系；数据采集显示系统将各个变化量的数据采集并传送到上机位保存，并显示到界面。
2.根据权利要求I所述的双横臂前悬架定位参数测试实验台，其特征在于所述可变参数双横臂悬架，是一安装座与上横臂支架固联，上横臂支架与固定吊耳固联构成一个固定支架，充当双横臂前悬架上横臂在车架上的连接点；安装座与下横臂硬点处三维移动台固联，下横臂硬点处三维移动台与固定吊耳固联，充当双横臂前悬架下横臂在车架上的连接点；上、下横臂的一端分别与关节轴承的柄部连接，另一端分别与固定吊耳螺接形成一个转动副；关节轴承的球型内圈与可伸缩主销的主销伸缩棒连接，主销伸缩棒与前束角变化测量组件固联，前束角变化测量组件与关节轴承连接来测量主销转角的变化，可伸缩上、下横臂、固定吊耳、可伸缩主销与关节轴承的连接构成了可变参数双横臂悬架的四连杆机构，改变可伸缩主销、可伸缩上、下横臂的长度和下横臂硬点处三维移动台的位置来改变双横臂悬架的导向臂长度和双横臂悬架上/下摆臂硬点的相对位置。
3.根据权利要求2所述的双横臂前悬架定位参数测试实验台，其特征在于所述可伸缩主销包括主销伸缩棒、横向固定架、转向节臂导轨、车轴滑块导轨四种，主销伸缩棒在车轴滑块导轨中移动实现可伸缩主销长度的变化。
4.根据权利要求I或2所述的双横臂前悬架定位参数测试实验台，其特征在于所述前束角变化测量组件包括编码器、圆棒和导槽，主销伸缩棒的一端与编码器固联，编码器又与圆棒固联，且圆棒与摆臂同轴，圆棒穿过导槽，导槽又与关节轴承固联；实现测量主销转角的变化，又不影响可伸缩主销的自由度。
5.根据权利要求3所述的双横臂前悬架定位参数测试实验台，其特征在于所述可伸缩主销的车轴滑块导轨上设有车轴滑块形成一个滑动副，且该滑动副可锁止，实现车轴与主销连接点在主销上位置的可变。
6.根据权利要求5所述的双横臂前悬架定位参数测试实验台，其特征在于所述车轴滑块为车轮及车轴组件的一部件，车轮及车轴组件还包括带卡箍的车轴、定位钢球和带平面的车轮模型，带卡箍的车轴一端与带平面的车轮模型固联，带卡箍端的卡箍夹在车轴滑块的圆棒上，形成一个转动副，实现车轴相对于主销夹角的可变，该转动副可锁止，控制车轮外倾角的大小。
7.根据权利要求I所述的双横臂前悬架定位参数测试实验台，其特征在于所述主销后倾角及车轮外倾角变化测量组件固联在带平面的车轮模型上，主销后倾角及车轮外倾角变化测量组件由倾角传感器组成，测量车轮外倾角和主销后倾角，通过换算获得主销内倾角、车轮外倾角和主销后倾角这些定位参数。
8.根据权利要求I所述的双横臂前悬架定位参数测试实验台，其特征在于所述可变参数转向系统，是可伸缩且与主销连接位置可变的转向节臂充当双横臂悬架转向系的转向节臂，转向横拉杆充当双横臂悬架转向系的转向横拉杆，可伸缩且与主销连接位置可变的转向节臂和转向横拉杆通过球铰与转向机连接，组成双横臂前悬架的转向系统。
9.根据权利要求8所述的双横臂前悬架定位参数测试实验台，其特征在于转向节臂一端的卡箍夹在可伸缩主销的任一根转向节臂导轨上，实现转向节臂在主销上位置可变，其另一端通过球铰与转向横拉联接，转向横拉杆又通过球铰与转向机连接，组合成一个转向节臂和转向横拉杆长度可变的转向系统。
10.根据权利要求9所述的双横臂前悬架定位参数测试实验台，其特征在于所述转向机与转向机支架固联，转向机支架与转向机三维移动台固联，转向机三维移动台又与安装座固联，通过改变转向机三维移动台的位置确保了转向节臂和转向横拉杆长度和位置变化时具有一个转向梯形机构。
11.根据权利要求I所述的双横臂前悬架定位参数测试实验台，其特征在于所述齿轮齿条位置测量组件由一个位移传感器和连接片组成，其中位移传感器直接固联在转向机支架上，连接片一端与转向机固联，另一端与位移传感器固联，实现任意时刻测量转向机的位置。
12.根据权利要求I所述的双横臂前悬架定位参数测试实验台，其特征在于所述车轮上/下跳动位移测量组件和轮距变化测量组件固联在车轮上/下跳动移动台上，车轮上/下跳动移动台与安装座固联。
13.根据权利要求12所述的双横臂前悬架定位参数测试实验台，其特征在于所述车轮上/下跳动位移测量组件由一个位移传感器和一个连接片组成，位移传感器与车轮上/下跳动移动台底座固联，连接片一端与位移传感器固联，另一端与车轮上/下跳动移动台的载物座固联，测量车轮上/下移动台载物座竖直方向位置的变化。
14.根据权利要求12所述的双横臂前悬架定位参数测试实验台，其特征在于轮距变化测量组件由位移传感器和十字滑块组成，位移传感器与车轮上/下跳动移动台固联，其测量段又与十字滑块中的一组滑块固联，十字滑块顶部平面开有一个浅球面，定位钢球恰好有一半落在浅球面内，支撑着带平面的车轮模型，实现既不限制车轮的自由度，又能测量车轮上/下跳动移动台竖直方向移动模拟路面不平度时，即车轮上/下跳动时，轮距是变化量。
全文摘要
本发明公开一种双横臂前悬架定位参数测试实验台，该实验台将可伸缩上/下横臂长度、主销长度、转向节臂位置和长度、转向横拉杆长度、主销后倾角和车轮外倾角调整到设定值，移动车轮上/下跳动移动台的竖直位移，获得车轮上/下跳动量与主销后倾角变化量、主销内倾角角变化量、轮距变化量、前束角变化量的关系；移动转向机，获得的是齿轮齿条位置变化量与车轮转角变化之间的关系；三个位移传感器的数据传送到上位机中，获得所需的关系图，并将数据保存，并显示到界面。本发明的优点是能分别测得车轮外倾角、主销后倾角、车轮前束角及车轮轮距随车轮上/下跳动的变化量之间的关系；获得转向齿轮齿条位置变化量与转向角变化量之间的关系。
文档编号G01B21/16GK102901642SQ201210389200
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月15日 优先权日2012年10月15日
发明者陈辛波, 黄露, 宁国宝, 王磊, 何磊, 来鑫, 殷珺, 王弦弦 申请人:同济大学