一种车身自调平试验台的制作方法

本发明属于测试试验台技术领域，适用于对轮式车辆自调平性能的检测，具体涉及一种车身自调平试验台。

背景技术：

越野车的行驶环境通常都比较恶劣，所以对整车的越野性能、行驶的舒适性和车辆的可靠性要求较高；重型车是超高、超宽、超重物件运输的最佳工具，为了确保运输的安全性，防止物件倾翻或滑落，发生车毁人亡的严重事故，行驶过程中其运载平台必须保持一定的水平度；随着对战术车辆机动发射性能要求的不断提高，战术车辆对多变道路的适应性成为重要的发展方向之一，要求车辆通过崎岖、坑洼路面的能力增强，能够迅速满足发射条件；山地拖拉机在工作过程中要克服地块形状不规则、山地坡度大等因素对山地拖拉机应用的制约，以大幅减轻山地农民的工作强度。鉴于以上车辆作业环境比较复杂，行驶工况连续实时变化，人工实时判断调平非常困难，所以都需要一套车身自调平系统，及时有效地调整车身位姿，使其水平度持续保证在允许范围内。

为预测和评价具有自调平系统的车辆在复杂路面行驶的动力学性能，提高自调平车辆在复杂路面工作时的稳定性和适应性，有必要在试验台环境下模拟实现复杂路面对自调平车辆进行试验，以保证自调平车辆的性能满足工作环境的要求。另外试验台是在可控制的条件下进行，可全天候工作，缩短试验及研究周期，加快研究进度，提高测试进度。

当前有能够提供一定倾斜角度和变角度的试验台，但是其功能都很简单，不能复现复杂路面工况，不能为自调平车辆的研发提供试验条件；自调平系统的自动调平功能也尚不完善，通常只是简单地实现车身的上升、下降和倾斜，主要应用于履带式车辆调平中，应用范围较窄。

专利CNIO3264629A公开了一种山地农业机器人车身调平装置，该车身调平装置能实现山地农业机器人的车身自动调平，提高了山地农业机器人在复杂环境条件下的适应性和稳定性。

专利CN104097479B发明了一种车身万向调平装置，包括车身、万向节、调平缸和底架，采用万向节连接车身和底架，并用调平缸辅助支撑车身和实现车身调平，可实现车身在各种不平路况下的自动调平,反应灵敏迅速,无调平死角,增加了车身的稳定性。

专利CN1O4913939A公开了一种山地微型拖拉机试验台，提出了一种可模拟实现山地田间路况的拖拉机试验台机构，机构能够提供实验所需的任意坡度，加快了研究与测试的进度。

上述现有技术虽然能够实现车身自调平功能或提供实验所需的任意坡度，但是实现功能较简单，不能应用于轮式车辆自调平中，不能复现同时具有俯仰和侧倾的坡地路面，不具有模拟复杂路面情况并根据复现路面进行轮式车辆实时调平的能力，现有技术中还没有能解决此类问题的技术方案。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种车身自调平试验台，在该试验台上能够模拟实现复杂路面工况以及自调平功能，输出自调平车辆的姿态信息，且该试验台适用于多种车型试验，通用性强。结合说明书附图，本发明的技术方案如下：

一种车身自调平试验台，所述试验台包括路面谱激励系统和车身自调平系统两部分；所述路面谱激励系统由路面谱激励装置、路面谱激励液压系统和路面谱激励控制系统组成；所述车身自调平系统由车身自调平装置、车身自调平液压系统和车身自调平控制系统组成；

所述路面谱激励装置由与车身自调平装置相对应的四组路面谱激励独立模块组成，所述路面谱激励控制系统与路面谱激励液压系统控制连接，路面谱激励液压系统基于所接收到的路面谱激励控制系统的激励信号，控制路面谱激励独立模块对应的激励伺服液压缸活塞杆的伸出速度和位移，模拟现实复杂路面工况；

所述车身自调平装置、车身自调平液压系统分别与车身自调平控制系统信号连接，所述车身自调平装置在其下方路面谱激励独立模块的激励下，车身自调平控制系统基于采集到的车身自调平装置的车身姿态信息生成相应的车身自调平控制信号并发送给车身自调平液压系统，进而控制车身自调平装置对应的调平伺服液压缸活塞杆的伸出速度和位移，实现车身自调平。

一种车身自调平试验台，其中，所述路面谱激励独立模块由基座1、导向机构、激励伺服液压缸7、升降板8、滑动台9和车轮限位机构组成；所述导向机构与激励伺服液压缸7通向安装，升降板8通过导向机构与激励伺服液压缸7安装在基座1上，滑动台9滑动连接在升降板8上，实现左右滑移，车轮限位机构安装在滑动台9上；

在激励伺服液压缸7的带动下滑动台9沿导向机构上下平稳运行。

进一步地，所述导向机构由导柱座2、槽钢支撑3、固定板4、导柱卡5、导柱6和直线轴承13组成，其中，两根所述导柱6的底部通过导柱座2固定在基座1上，槽钢支撑3通过固定板4连接在两根所述导柱6之间，两组导向机构的四根导柱6分别通过直线轴承13与升降板8连接。

进一步地，所述车轮限位机构由前后两个楔面相向设置的楔形块12组成，所述楔形块12通过螺栓固定安装在滑动台9上。

更进一步地，所述路面谱激励独立模块固定在地平铁上，路面谱激励独立模块在地平铁上的安装位置与其上方的车身自调平装置中车辆的四个车轮位置相匹配，根据需要对固定位置进行调节。

一种车身自调平试验台，其中，所述路面谱激励液压系统由油箱22，依次串联在供油管路上的滤油器23、电机24、单向阀25、精滤器26、与路面谱激励独立模块对应的电液伺服阀28、以及连接在回油管路上的滤油器23和连接在供油管路与回油管路之间的电磁溢流阀27组成，所述电液伺服阀28与激励伺服液压缸7对应连接。

一种车身自调平试验台，其中，路面谱激励控制系统包括车身位姿和轴头加速度采集模块、路面谱激励控制模块、数据采集卡、路面谱激励工控机以及A/D转换器。

所述数据采集卡将车身位姿和轴头加速度采集模块采集到的不同工况路面谱信号发送给路面谱激励工控机，路面谱激励工控机对路面谱信号进行分析处理形成多个相应的复杂路面复现算法控制程序，并发送至路面谱激励控制模块，所述路面谱激励控制模块将工控机发来的指令经A/D转换器转换后发送至伺服放大器，进而对路面谱激励液压系统进行控制，最终控制与之对应的激励伺服液压缸7。

一种车身自调平试验台，其中，所述车身自调平装置由倾角传感器14、可伸缩连架杆15、车轮16、车桥18、调平伺服液压缸19、保持架20和车身21组成，所述倾角传感器14位于车身自调平装置的中部下方，且所述车身自调平装置前后两端结构对称，其中一端结构为：两个所述调平伺服液压缸19向内倾斜对称设置，且所述调平伺服液压缸19的两端通过转动副铰接于车桥18和车身21端部之间，两组可伸缩连架杆15左右对称设置，且所述可伸缩连架杆15两端通过球副分别与车桥18和车身21中部铰接，两个所述车轮16分别安装在车桥18两侧，保持架20两端通过转动副分别与车桥18和车身21端部连接。

一种车身自调平试验台，其中，所述路面谱激励液压系统由油箱22，依次串联在供油管路上的滤油器23、电机24、单向阀25、精滤器26、与车身自调平装置车轮相对应的电液比例阀29、以及连接在回油管路上的滤油器23和连接在供油管路与回油管路之间的电磁溢流阀27组成，所述电液比例阀29与调平伺服液压缸19对应连接。

一种车身自调平试验台，其中，所述车身自调平控制系统包括车身位姿采集模块、车身位姿控制模块、数据采集卡、车身自调平工控机以及A/D转换器；

车身位姿采集模块采集车身自调平装置上的传感器检测到的车身自调平装置姿态信息，并上传至数据采集卡，数据采集卡将车身位姿采集模块所上传来的车身自调平装置姿态信息发送给车身自调平工控机，车身自调平工控机接收到车身位姿信号经处理获得相应的控制信号，并发送至车身位姿控制模块，所述车身位姿控制模块将车身自调平工控机发送的指令经A/D转换器转换后发送至比例放大器，进而对车身自调平液压系统进行控制，最终控制与之对应的调平伺服液压缸19。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明所述的一种车身自调平试验台，能够模拟实现复杂路面工况，具有车身自调平功能，实时输出车身位姿信息。

2、本发明所述的一种车身自调平试验台的4个独立模块可在地平铁上自由安装，方便调整台架大小，能够适应多种车型在不同工况下进行试验，缩短试验周期及降低试验经费。

附图说明

图1是本发明所述一种车身自调平试验台的立体结构示意图；

图2a是本发明所述一种车身自调平试验台的主视图；

图2b是本发明所述一种车身自调平试验台的侧视图；

图3是本发明所述一种车身自调平试验台中，路面谱激励独立模块的结构示意图；

图4a是本发明所述一种车身自调平试验台中，自调平装置的主视图；

图4b是本发明所述一种车身自调平试验台中，自调平装置的侧视图；

图5是本发明所述一种车身自调平试验台中，激励液压系统结构简图；

图6是本发明所述一种车身自调平试验台中，激励信号处理与回放过程框图；

图7是本发明所述一种车身自调平试验台中，激励控制系统流程框图；

图8是本发明所述一种车身自调平试验台中，调平液压系统结构简图；

图9是本发明所述一种车身自调平试验台中，调平控制系统流程框图。

图中：

1-基座， 2-导柱座， 3-槽钢支撑， 4-固定板，

5-导柱卡， 6-导柱， 7-激励伺服液压缸， 8-升降板，

9-滑动台， 10-液压缸法兰， 11-直线导轨， 12-楔形块，

13-直线轴承， 14-倾角传感器， 15-可伸缩连架杆， 16-车轮，

17-地平铁， 18-车桥， 19-调平伺服液压缸， 20-保持架，

21-车身， 22-油箱， 23-滤油器， 24-电机，

25-单向阀， 26-精滤器， 27-电磁溢流阀， 28-电液伺服阀，

29-电液比例阀。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明的技术方案，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：

如图1、图2a和图2b所示，本发明提供了一种车身自调平试验台，该试验台包括路面谱激励系统和车身自调平系统两部分；其中，所述路面谱激励系统由路面谱激励装置、路面谱激励液压系统和路面谱激励控制系统组成；所述车身自调平系统由车身自调平装置、车身自调平液压系统和车身自调平控制系统组成。本发明所述试验台通过路面谱激励系统模拟现实复杂路面工况，车身自调平系统在路面谱激励系统的作用下进行车身自调平，最后校验车身自调平系统的调平能力是否满足设计要求。

如图1所示，所述路面谱激励装置由与车辆四个车轮相对应的四组路面谱激励独立模块组成，四组路面谱激励独立模块均固定在一块地平铁上，四组路面谱激励独立模块在地平铁上的安装位置与其上方的车身自调平装置中车辆的四个车轮位置相匹配，可根据需要对固定位置进行调节，因而能够适应多种车型在不同工况下进行试验，缩短试验周期及降低试验经费。

如图3所示，所述路面谱激励独立模块由基座1、导向机构、激励伺服液压缸7、升降板8、滑动台9、车轮限位机构组成。所述导向机构由导柱座2、槽钢支撑3、固定板4、导柱卡5、导柱6和直线轴承13组成，底部的基座1经调整后固定安装在地平铁上，有两组导向机构前后平行地竖直设置在基座1上，以其中一组导向机构为例，在所述导向机构中，两根所述导柱6的底部通过导柱座2固定在基座1上；所述槽钢支撑3沿导柱6的方向设置在两根所述导柱6之间，槽钢支撑3与两根所述导柱6之间通过固定板4固定连接，槽钢支撑3的设计提高了导柱6与基座1的连接刚度。所述升降板8上与导向机构的导柱6相对应的位置开有通孔，两组导向机构的四根导柱6分别穿过升降板8，在升降板8与导柱6之间安装有直线轴承13，升降板8沿着四根所述导柱6的轴线方向上下平稳移动；所述升降板8的上方通过直线导轨11滑动连接有滑动台9，所述直线导轨11为两根，其轨道平行固定安装在升降板8的前后方，其滑块固定连接在滑动台9的底部，滑块与轨道配合连接，形成滑动副，实现滑动台9沿所述直线导轨11左右平稳滑移。所述激励伺服液压缸7的伸缩杆端通过固定液压缸法兰10与升降板8的底面固定连接，激励伺服液压缸7下端的缸体通过螺钉固定连接基座1上，实现对激励伺服液压缸7的定位。由于滑动台9的上方将直接承受车辆车轮15的重力，为防止车轮15前后滚动，故在滑动台9上安装车轮限位机构已实现对车轮的定位。本实施例中，所述车轮限位机构由前后两个楔面相向设置的楔形块12组成，所述楔形块12通过螺栓固定安装在滑动台9上。通过控制激励伺服液压缸7伸缩杆的伸缩，配以导向机构的导向作用，滑动台9在激励伺服液压缸7的带动下，上下平稳运行，且当车身21倾斜时，由于滑动台9在升降板8上滑动连接，使得车桥18所产生的摆动位移被吸收，保证了试验台总体不受水平拉力作用。

如图5所示，所述路面谱激励液压系统包括油箱22，依次串联在供油管路上的滤油器23、电机24、单向阀25、精滤器26，与车辆四个车轮相对应的四组并联的电液伺服阀28，与四组并联的电液伺服阀28对应连接四组激励伺服液压缸7，还包括一个连接在回油管路上的滤油器23和连接在供油管路与回油管路之间的电磁溢流阀27。当液压泵站开启时，电机24旋转，油箱22中的油液依次通过滤油器23、单向阀25和精滤器26流至电磁溢流阀27，当电磁溢流阀27没有收到控制电信号，即电磁溢流阀27处于联通状态，油液就会经过回油管路上的滤油器23返回油箱22中；如果电磁溢流阀27收到控制电信号，即电磁溢流阀27处于断开状态，油液将流向电液伺服阀28，通过控制四组电液伺服阀28各自的电信号大小来调节相应的电液伺服阀开度，油液通过电液伺服阀28流进并作用于与之对应的激励伺服液压缸7，进而控制激励伺服液压缸7活塞杆的伸出速度和位移。

如图6和图7所示，路面谱激励控制系统包括车身位姿和轴头加速度采集模块、路面谱激励控制模块、数据采集卡、路面谱激励工控机以及A/D转换器。

试验前先由安装车身位姿和轴头加速度采集模块的普通车辆采回不同工况路面谱，所述车身位姿和轴头加速度采集模块采用飞思卡尔公司生产的IMX.6型号ARM控制器，采集的信号包括：X/Y/Z轴角加速度、X/Y/Z轴角速度和四个车轮的轴头位置加速度。回到试验室环境后，将所采集到的不同工况路面谱信号发送至数据采集卡，而后数据采集卡将车身位姿和轴头加速度采集模块所上传来的不同工况路面谱信号发送给路面谱激励工控机，所述路面谱激励工控机为EIP公司设计的型号为IPC-610型工控机作为人机交互工具，实现显示界面和存储数据；

试验中，路面谱激励工控机对路面谱信号通过快速傅里叶变换方法与小波分析法进行分析处理形成路面谱数据，所述路面谱数据包括：车身X/Y轴倾角、车身X/Y轴角加速度和对应轮胎的路面激励数据；再在工控机内将路面谱数据通过复现算法形成多个相应的复杂路面复现算法控制程序，试验时由路面谱激励工控机将复杂路面复现算法控制程序发送至路面谱激励控制模块，所述路面谱激励控制模块也是采用飞思卡尔公司生产的IMX.6型号的ARM控制器，所述路面谱激励控制模块的功能为接收路面谱激励工控机控制指令，并依据路面谱激励工控机指令发出相应控制信号，所述路面谱激励控制模块将工控机发来的指令经A/D转换器转换后发送至四组伺服放大器，同时打开液压继电器和传感器继电器，进而对路面谱激励液压系统的四组电液伺服阀28进行控制，最终控制与之对应的四组激励伺服液压缸7，四组激励伺服液压缸7按照指令快速反应运动，同时使用BP神经网络对路面谱激励系统实施闭环控制，给车身自调平系统提供外部激励，在自调平试验台上复现相应的路面工况。

如图4a和图4b所示，所述车身自调平装置由倾角传感器14、可伸缩连架杆15、车轮16、车桥18、调平伺服液压缸19、保持架20和车身21组成。所述倾角传感器14位于车身自调平装置的中部下方，且所述车身自调平装置前后两端对称式结构，其中一端结构为：两个所述调平伺服液压缸19向内倾斜对称设置，且所述调平伺服液压缸19的两端通过转动副铰接于车桥18和车身21端部之间，两组可伸缩连架杆15左右对称设置，且所述可伸缩连架杆15两端通过球副分别与车桥18和车身21中部铰接，两个所述车轮16分别安装在车桥18两侧，保持架20两端通过转动副分别与车桥18和车身21端部连接；车身自调平装置的另一端结构与前述结构相同。当调平伺服液压缸19伸缩时，车桥18与车身21之间发生相对位移，由于车桥18受保持架20的限位作用，车桥18只能在固定平面内摆动运动，为保证施加在车身21上的外部纵向载荷不破坏调平机构，加装带阻尼的可伸缩连架杆15抵抗外部纵向载荷，保证调平机构的正常工作。

如图8所示，车身自调平液压系统包括油箱22、滤油器23、电机24、单向阀25、精滤器26、电磁溢流阀27、电液比例阀29和调平伺服液压缸19；工作原理和激励液压系统相同。所述路面谱激励液压系统包括油箱22，依次串联在供油管路上的滤油器23、电机24、单向阀25、精滤器26，与车辆四个车轮相对应的四组并联的电液比例阀29，与四组并联的电液比例阀29对应连接四组调平伺服液压缸19，还包括一个连接在回油管路上的滤油器23，和连接在供油管路与回油管路之间的电磁溢流阀27。当液压泵站开启时，电机24旋转，油箱22中的油液依次通过滤油器23、单向阀25和精滤器26流至电磁溢流阀27，当电磁溢流阀27没有收到控制电信号，即电磁溢流阀27处于联通状态，油液就会经过回油管路上的滤油器23返回油箱22中；如果电磁溢流阀27收到控制电信号，即电磁溢流阀27处于断开状态，油液将流向电液比例阀29，通过控制四组电液比例阀29各自的电信号大小来调节相应的电液比例阀29开度，油液通过电液比例阀29流进并作用于与之对应的调平伺服液压缸19，进而控制调平伺服液压缸19活塞杆的伸出速度和位移。

如图9所示，车身自调平控制系统包括车身位姿采集模块、车身位姿控制模块、数据采集卡、车身自调平工控机以及A/D转换器。

倾角传感器14检测到的车身倾斜角信号、调平油缸位移信号以及经A/D转换器转换后的调平油缸压力信号均发送至车身位姿采集模块，并由车身位姿采集模块上传至数据采集卡，所述车身位姿采集模块采用飞思卡尔公司生产的IMX.6型号的ARM控制器，所述车身位姿采集模块的功能为检测调平伺服液压缸运动速度、位移以及采集并上传车身位姿数据信息，而后数据采集卡将车身位姿采集模块所上传来的车身自调平装置姿态信息发送给车身自调平工控机，所述车身自调平工控机为EIP公司设计的型号为IPC-610型工控机作为人机交互工具，实现显示界面和存储数据；车身自调平工控机接收到车身位姿信号后，对其进行计算处理以获得相应的控制信号，然后将处理获得的控制信号发送至车身位姿控制模块，所述车身位姿控制模块也是采用飞思卡尔公司生产的IMX.6型号的ARM控制器，所述车身位姿控制模块的功能为接收工控机控制指令，并依据工控机指令发出相应控制信号，所述车身位姿控制模块将工控机发来的指令经A/D转换器转换后发送至4组比例放大器，同时打开液压继电器和传感继电器，进而对车身自调平液压系统的4组电液比例阀29进行控制，最终控制与之对应的4组调平伺服液压缸19，4组调平伺服液压缸19按照指令快速反应运动，进行车身自调平，调平后车身的姿态信息将迅速输出并显示在工控机的显示界面上，调平系统的车身自调平必须在很短时间内完成，才能够保证车身的稳定性和驾驶的舒适性。

终上所述，本发明所述车身自调平试验台在实际工作过程中，即通过路面谱激励工控机对路面谱激励系统的四个激励伺服液压缸7进行联合控制，让四个车轮16实现不同的运动规律，模拟实现复杂路面工况，给车身自调平系统提供外部激励；再通过车身自调平工控机接收并处理传感器模组14的信号，给自调平系统的电液比例阀以控制信号控制对应的调平伺服液压缸进行车身自调平，校验自调平系统的调平能力是否满足设计要求。下面对试验中几种运动形式进行具体论述：

当自调平样机遇到复现的左倾坡路时，即工控机控制路面谱激励装置右侧的两个滑动台9向上以相同的运动规律移动时，车身自调平控制系统的数据采集卡采集此时倾斜车身21的姿态信息，发送给车身自调平工控机进行计算处理，随后车身自调平工控机发送指令给车身自调平装置左侧的两组调平电液比例阀，让车身自调平装置左侧的两个调平伺服液压缸19以同样速度伸出相同位移，进行调平运动，并显示车身21调平后的实时位姿信息。

当自调平样机遇到复现的前倾坡路时，即工控机控制路面谱激励装置后侧的两个滑动台9向上以相同的运动规律移动时，车身自调平控制系统的数据采集卡采集此时倾斜车身21的姿态信息，发送给车身自调平工控机进行计算处理，随后车身自调平工控机发送指令给车身自调平装置左侧的两组调平电液比例阀，让车身自调平装置前侧的两个调平伺服液压缸19以同样速度伸出相同位移，进行调平运动，并显示车身21调平后的实时位姿信息。

当自调平样机遇到复现的复杂坡路时，即工控机控制路面谱激励装置的四个滑动台9向上以分别以不同的运动规律移动时，车身自调平控制系统的数据采集卡采集此时倾斜车身21的姿态信息，发送给车身自调平工控机进行计算处理，随后车身自调平工控机发送指令给车身自调平装置四组调平电液比例阀，让车身自调平装置的四个调平伺服液压缸19以相应的速度伸出不同位移，进行调平运动，并显示车身21调平后的实时位姿信息。