本发明涉及一种1/4汽车半主动悬架试验系统，属于汽车悬架试验技术领域。
背景技术：
汽车悬架系统是汽车一个非常重要的子系统，其主要功能是承受车身的重量、衰减由于路面的激励引起车身振动和维持车轮与路面的良好的接触。汽车悬架系统对汽车行驶平顺性和操纵稳定性起着至关重要的作用。传统被动汽车悬架系统的刚度和阻尼不可调，很难同时兼顾平顺性以及操纵性。区别于传统悬架系统，半主动悬架系统在车身与轮胎之间添加了阻尼可变的减振器，该减振器可以是磁流变减振器。利用控制算法计算磁流变减振器的输出力，并将其作用于悬架系统起到降低车身的振动的作用，从而改善汽车平顺性，提高整车的nvhnoise,vibrationandharshness性能。
目前开发和改进汽车半主动悬架时，一般可以通过试验台架进行硬件在环试验，或者进行实车路面试验。进行实车路面试验不利于半主动悬架的前期开发，并且难以保证试验人员的安全。1/4汽车模型经常应用于悬架性能评价和控制器开发。目前已有较多用于被动悬架系统试验的1/4汽车悬架试验台，例如公开号为cn104897420b和cn100516813c。例如公开号为cn101055233b和cn2932360y设计一种简化的二自由度半主动悬架试验台，该试验台与真实的1/4汽车模型具有较大的差异。例如公开号cn101718632b设计了一种车辆四分之一悬架模拟工况多功能试验台，选择mts竖直缸作为激励源，支撑架的高度太高，不利用支撑架的加工。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种1/4汽车半主动悬架试验系统，以解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供了一种仿真度高、结构简单易实现的1/4汽车半主动悬架试验系统。
本发明通过如下技术方案实现：
一种1/4汽车半主动悬架试验系统，包括包括试验平台和控制系统，所述的试验平台包括铁地板、传感器组、固定在所述铁地板上的支撑架组件、转换机构和激振装置组件，所述支撑架组件上设置有竖直滑动的簧载质量组件，所述簧载质量组件通过连接件组件与放置在所述转换机构顶端的轮胎控制连接，所述转换机构设置有将横向输入转变为竖直输出的曲柄连杆机构，所述激振装置组件横向放置且输出端与所述转换机构的曲柄连杆机构输入端驱动连接；所述的传感器组包括设置在所述转换机构顶端的第一位移传感器、设置在轮胎轮心处的第二位移传感器、设置在所述簧载质量组件上的第三位移传感器和加速度传感器；
所述的控制系统包括实时仿真控制设备dspace、与所述实时仿真控制设备dspace电路连接的功率放大器和电脑，所述实时仿真控制设备dspace的输入端连接所述传感器组，所述功率放大器的输出端与连接件组件电路连接。
进一步地，所述的激振装置组件包括竖直固定在铁地板上的龙门架、横向设置的mts水平直线缸，弹簧、固定在铁地板上的后靠板，所述mts水平直线缸的后端通过第一万向节与后靠板活动连接，前端通过第二万向节连接所述转换机构的曲柄连杆机构输入端，所述龙门架上竖直设置有可转动的丝杆，所述丝杆的顶端设置有转向盘，底端通过弹簧与所述mts水平直线缸相连接。
进一步地，所述的龙门架包括平行地竖直固定在所述铁地板上的两支架、通过螺栓固定在两支架之间的横杆，所述支架上沿长度方向均匀设置若干若干定位孔。
进一步地，所述的转换机构包括对称地固定在所述铁地板上的两竖直移动副、固定于两竖直移动副之间的曲柄连杆机构，所述两竖直移动副的活动部顶端设置有横梁，所述横梁的中部设置有与轮胎面接触的轮盘。
进一步地，所述的竖直移动副包括竖直固定在所述铁地板上的竖支架、固定所述竖支架上的圆形直线轴承、竖直地与所述圆形直线轴承滑动配合的圆形直线导轨，所述圆形直线导轨的顶端与所述横梁固定连接。
进一步地，所述的曲柄连杆机构包括转动配合的转轴座和转轴、一端与转轴中部固定连接另一端设置有铰链的曲柄、对称固定在转轴两端的连杆，所述连杆的另一端与所述横梁相铰接。
进一步地，所述的连接件组件包括固定在所述簧载质量组件上的顶端连接件和两个u型连接件、所述顶端连接件通过磁流变减振器与车轮的转向节相连接，所述两个u型连接件与连接车轮的控制臂活动铰接。
进一步地，所述的簧载质量组件包括大面板、若干小面板，所述大面板上端设置有吊环，所述小面板通过螺钉可拆卸的对称连接在所述大面板左右两侧，所述小面板左右对称分布可以使得簧载质量的质心在大面板的中心处，通过添加不同个数的小面板可调整簧载质量的大小。
进一步地，所述支撑架组件包括通过螺栓固定在铁地板上的支撑架、设置在所述支撑架顶部的支撑架吊环、通过螺栓固定在支撑架竖直侧面上的直线导轨副，所述的直线导轨副包括滑动配合的直线轴承、直线导轨，所述直线轴承通过螺栓与簧载质量组件固定连接，所述直线导轨通过螺栓与所述支撑架竖直侧面固定连接。
进一步地，所述实时仿真控制设备dspace用于采集传感器的实时数据传输至所述电脑，所述电脑根据所接收的所述实时数据向所述实时仿真控制设备dspace输出控制信号；所述功率放大器的输出端与连接件组件的磁流变减振器电路连接，用于将放大后的控制信号输入给所述磁流变减振器，使所述磁流变减振器输出设定的阻尼力。
相比现有技术，本发明提供的1/4汽车半主动悬架试验系统的试验平台更加接近于1/4汽车模型。为了避免设计的支撑架高度太高，使用转换机构降低支撑架的高度，减小加工精度对试验台的功能影响。选择mts水平直线缸作为悬架的激励源，试验台的应用范围更广、成本低、维修保养更方便。能够实时快速的获得悬架系统隔振性能，得到悬架的性能指标。
附图说明
图1为本发明实施例的试验台架结构示意图。
图2为本发明实施例的控制系统框图。
图3为本发明实施例的激振装置组件示意图。
图4为本发明实施例的转换机构示意图。
图5为本发明实施例的连接组件示意图。
图6为本发明实施例的簧载质量组件示意图。
图7为本发明实施例的支撑架组件示意图。
图中所示：铁地板-1，激振装置组件-2，转换机构-3、第一位移传感器-4、第二位移传感器-5、连接件组件-6、簧载质量组件-7、第三位移传感器-8、加速度传感器-9、支撑架组件-10、后靠板孔-21、后靠板-22，第一万向节-23，mts水平直线缸-24，第二万向节-25，弹簧-26，丝杆-27，定位孔-28，横杆-29，转向盘-210，支架-211，铰链-31、曲柄-32、连杆-33、推杆-34、轮盘-35、圆形直线导轨-36、圆形直线轴承-37、横梁-38、转轴座-39、转轴-310、轮胎-61、转向节-62、磁流变减振器-63、顶端连接件-64、u型连接件-65、控制臂-66、大面板-71、小面板-72、吊环-73、直线轴承-101、直线导轨-102、支撑架吊环-103、支撑架-104。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例
如图1和图2所示，一种1/4汽车半主动悬架试验系统，包括包括试验平台和控制系统，所述的试验平台包括铁地板1、传感器组、固定在所述铁地板1上的支撑架组件10、转换机构3和激振装置组件2，所述支撑架组件10上设置有竖直滑动的簧载质量组件7，所述簧载质量组件7通过连接件组件6与放置在所述转换机构3顶端的轮胎61控制连接，所述转换机构3设置有将横向输入转变为竖直输出的曲柄连杆机构，所述激振装置组件2横向放置且输出端与所述转换机构3的曲柄连杆机构输入端驱动连接；所述的传感器组包括设置在所述转换机构3顶端的第一位移传感器4、设置在轮胎61轮心处的第二位移传感器5、设置在所述簧载质量组件7上的第三位移传感器8和加速度传感器9，其中，所述第一位移传感器4、第二位移传感器5和第三位移传感器8均为拉线位移传感器；
所述的控制系统包括实时仿真控制设备dspace、与所述实时仿真控制设备dspace电路连接的功率放大器和电脑，所述实时仿真控制设备dspace的输入端连接所述传感器组，所述功率放大器的输出端与连接件组件6电路连接。
所述实时仿真控制设备dspace用于采集传感器组的实时数据传输至所述电脑，包括轮廓中心位移、簧载质量位移和加速度、轮盘位移，所述电脑根据所接收的所述实时数据向所述实时仿真控制设备dspace输出控制信号；所述功率放大器的输出端与连接件组件6的磁流变减振器63电路连接，用于将放大后的控制信号输入给所述磁流变减振器63，使所述磁流变减振器63输出设定的阻尼力。
如图3所示，所述的激振装置组件2包括竖直固定在铁地板1上的龙门架、横向设置的mts水平直线缸24，弹簧26、后靠板22，所述后靠板22上设置有后靠板孔21，后靠板孔21内设置螺栓将所述后靠板22固定在铁地板1上，所述mts水平直线缸24的后端通过第一万向节23与后靠板22活动连接，前端通过第二万向节25连接所述转换机构3的曲柄连杆机构输入端，所述龙门架上竖直设置有可转动的丝杆27，所述丝杆27的顶端设置有转向盘210，底端通过弹簧26与所述mts水平直线缸24相连接，为了确保mts水平直线缸24不能承受侧向力，故分别装配了两个万向节和弹簧26。
所述的龙门架包括平行地竖直固定在所述铁地板1上的两支架211、通过螺栓固定在两支架211之间的横杆29，所述支架211上沿长度方向均匀设置若干若干定位孔28，所述mts水平直线缸24的位置可以通过所述定位孔28和旋转转向盘210进行调整。
当横杆29的两端对应连接不同的定位孔28时，可以大范围的调节所述mts水平直线缸24的位置。当旋转转向盘210时，带动丝杆27的上下运动，所述丝杆27通过弹簧26带动所述mts水平直线缸24上下运动，起到微调所述mts水平直线缸24的位置的作用。
如图4所示，所述的转换机构3包括对称地固定在所述铁地板1上的两竖直移动副、固定于两竖直移动副之间的曲柄连杆机构，所述两竖直移动副的活动部顶端设置有横梁38，所述横梁38的中部设置有与轮胎61面接触的轮盘35。所述转换机构3是一种将激振装置组件2中的水平放置的激励位移转换为竖直方向位移的机构。
所述的竖直移动副包括竖直固定在所述铁地板1上的竖支架、固定所述竖支架上的圆形直线轴承37、竖直地与所述圆形直线轴承37滑动配合的圆形直线导轨36，所述圆形直线导轨36的顶端与所述横梁38固定连接。
所述的曲柄连杆机构包括转动配合的转轴座39和转轴310、一端与转轴310中部固定连接另一端设置有铰链31的曲柄32、对称固定在转轴310两端的连杆33，所述连杆33的另一端与所述横梁38相铰接，所述铰链31与所述第二万向节25相连接。
所述曲柄32与转轴310、连杆33是刚性连接且可以绕转轴310转动，所述mts水平直线缸24的前端的输出位移经过铰链31传递给曲柄32，曲柄32带动连杆33运动，所述连杆33带动推杆34运动，所述推杆34则带动所述横梁38和所述圆形直线导轨36上下运动，所述圆形直线导轨36的上下运动可以作为轮胎61的激励。
如图5所示，所述的连接件组件6包括固定在所述簧载质量组件7上的顶端连接件64和两个u型连接件65、所述顶端连接件64通过磁流变减振器63与车轮61的转向节62相连接，所述两个u型连接件65与连接车轮61的控制臂66活动铰接。
如图6所示，所述的簧载质量组件7包括大面板71、若干小面板72，所述大面板上端设置有吊环73，所述小面板72通过螺钉可拆卸的连接在所述大面板71左右两侧，通过添加不同个数的小面板72可调整簧载质量的大小。
如图7所示，所述支撑架组件10包括通过螺栓固定在铁地板1上的支撑架104、设置在所述支撑架104顶部的支撑架吊环103、通过螺栓固定在支撑架104竖直侧面上的直线导轨副，所述的直线导轨副包括滑动配合的直线轴承101、直线导轨102，所述直线轴承101通过螺栓与簧载质量组件7固定连接，所述直线导轨102通过螺栓与所述支撑架104竖直侧面固定连接。所述支撑架吊环103便于起重机移动支撑架104的位置。所述支撑架104的竖直侧面有平面度和垂直度要求，所述支撑架104的底面有平面度要求，为了保证簧载质量在竖直方向尽可能受到小的摩擦力，需要确保支撑架104的加工精度满足试验要求。
下面列出本实施例在工程实践中功用示例：
一、采用所述1/4汽车半主动悬架试验系统进行半主动悬架控制方法验证试验：
如实施例所述将各组件和传感器安装好，将三个拉线式位移传感器和一个加速度传感器连接实时仿真控制设备dspace的输入面板，所述实时仿真控制设备dspace通过串口与电脑相连，所述实时仿真控制设备dspace的输出面板与功率放大器的相连，所述功率放大器的输出端与磁流变减振器63相连。在电脑中安装半主动控制程序，输入信号为所述实时仿真控制设备dspace采集的位移传感器和加速度传感器的信号。若需要速度信号，可以利用低通滤波求导位移信号得到。计算得到控制电流大小，所述实时仿真控制设备dspace将电流大小转换为控制信号并且输出给功率放大器，放大后的控制信号输入到磁流变减振器63，所述磁流变减振器63输出阻尼力。根据半主动悬架试验系统，得到的簧载质量加速度、悬架动行程和轮胎动载荷评价指标，验证半主动悬架控制方法的有效性。
二、采用所述1/4汽车半主动悬架试验系统进行被动悬架系统隔振性能试验：
如上述实施例所述将各组件和传感器安装好，将磁流变减振器63换成普通的减振器；在mts水平直线缸24输入不同位移激励下，根据轮毂中心的位移传感器和簧载质量上的位移传感器的测试数据，计算减振器的隔振率，评价悬架系统的隔振性能。
本发明提供的1/4汽车半主动悬架试验系统，其试验平台更加接近于1/4汽车模型。为了避免设计的支撑架高度太高，使用一种转换机构降低支撑架的高度，减小加工精度对试验台的功能影响。选择mts水平直线缸作为悬架的激励源，试验台的应用范围更广、成本低、维修保养更方便。
上述内容为本发明的具体实施例的例举，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。同时本发明上述实施例仅为说明本发明技术方案之用，仅为本发明技术方案的列举，并不用于限制本发明的技术方案及其保护范围。采用等同技术手段、等同设备等对本发明权利要求书及说明书所公开的技术方案的改进应当认为是没有超出本发明权利要求书及说明书所公开的范围。