專利名稱：油氣懸架非線性特性參數的無損評測方法
技術領域：
本發明主要涉及到無損檢測技術領域，特指一種基于計算反求技術的油氣懸架在制造后服務中的非線性剛度和阻尼特性的自動評測方法。
背景技術：
油氣懸架集彈性元件和阻尼元件于一體，具有優越的非線性剛度特性和良好的非線性阻尼減振性能，在軍用履帶式車輛和工程機械車輛中得到廣泛的應用。油氣懸架是一個相對復雜的系統，決定其非線性的剛度和阻尼特性的影響因素眾多，這給準確的測試油氣懸架位移-彈性力、速度-阻尼力的非線性特性曲線帶來很大的困難。然而，在生產過程中，油氣懸架的出廠需要對其特性進行校核，以保證懸架的特性與設計的要求相符合；在制造后服務中，油氣懸架使用一段時間后，其某些參數可能發生變化，如蓄能器氣囊內氮氣的泄漏導致氣體初始壓力及氣體彈簧靜剛度的變化等，這時需要對其特性的變化進行評測， 以確定懸架系統失效與否，確保整車的安全性。因此，無論對于油氣懸架生產校核還是服務檢測等實際過程，給出一種快速、有效的方法，測試和評價其非線性剛度和阻尼性特性是非常重要的。但是目前，還沒有關于能快速檢測和有效評價油氣懸架非線剛度和阻尼特性的方法或裝置方面的技術公開。現有的油氣懸架特性測試方法，是在參考了汽車行業標準《QC/T 545-1999汽車筒式減振器臺架試驗方法》的基礎上，在油氣懸架其上面裝置各類型的傳感器，固定行程變化頻率或固定頻率變化行程，進行多組靜態和動態試驗，由靜態試驗給出剛度特性曲線，然后再由動態特性試驗和已有的靜態特性曲線來求解阻尼特性曲線。這種測試方法相對繁瑣，在制造后服務中也較難實施檢測，同時由于剛度和阻尼特性是分開測試的，在理論上傳統測試忽略了剛度和阻尼的耦合特性的影響，與實際的使用狀況會有所不符。現有技術中，車輛的油氣懸架系統物理模型如圖1所示。其工作過程是，當車輛行駛時，路面的起伏通過輪胎、車橋的傳遞引起油氣懸架活塞桿在缸筒內上下運動。活塞桿縮入時，氣室中氮氣壓縮，儲存能量；活塞桿伸出時，氮氣膨脹釋放能量，這相當于彈簧的作用。油室I和II中的油液的往復流動通過活塞桿上的單向閥9和阻尼孔10實現，小孔有一定的限流特性，起雙向阻尼減振的作用，由此可見，油氣懸架是集剛度特性和阻尼特性于一體的。從圖1中的物理模型可以看出，油氣懸架受到由路面起伏引起的位移激勵和速度激勵x，i，同時給懸架系統所支撐的車體(懸掛質量)一個總的輸出作用力F。因此，圖1 的物理模型一般可等效為圖2所示的振動力學模型，即油氣懸架總的輸出力F可以等效為位移激勵χ引起的非線性彈性力Fk和速度激勵±引起的非線性阻尼力F。的聯合作用廠"(巧)=巧(又(巧))+巧(對巧))式(1)其中、是油氣懸架往復運動的第i個時刻點。傳統油氣懸架非線性特性即Fk與x、F。與i關系曲線的測試是在建立了如圖3所示臺架試驗的基礎上進行的。該臺架包括門架1、輸出力傳感器2、位移傳感器4、液壓伺服作動器5、液壓動力單元6、控制采集單元7、人機界面8，待測的油氣懸架3則裝設于該門架1
3上，輸出力傳感器2和位移傳感器4采集到的數據輸送到控制采集單元7中。該臺架試驗通過傳感器可以直接測量得到位移X、速度i和總的輸出力Fm。為了區分開彈性力和阻尼力， 需要進行多組靜態和動態試驗，其中非線性剛度Fk與χ關系曲線的測試方法是進行一系列的準靜態拉伸壓縮試驗得到的，而非線性阻尼F。與i關系曲線需由多組動態試驗和已有的靜態特性曲線根據式(1)求解得到。
發明內容
本發明要解決的技術問題就在于針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種原理簡單、穩定可靠、操作簡便、實用性更強、能夠快速有效給出油氣懸架系統在制造后服務中的特性參數和使用性能的油氣懸架非線性特性參數的無損評測方法。為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案一種油氣懸架非線性特性參數的無損評測方法，其特征在于步驟為(1)建立油氣懸架的臺架試驗測試系統，并進行一次動態測試，由傳感器測量得到各時刻ti的位移激勵x(ti)、速度激勵堆)和輸出力Fai)；(2)用幾個離散點來表征油氣懸架的非線性特性曲線，即用幾個位移-彈性力關系的對應點來表征整條位移-彈性力曲線，這條特性曲線上其它點處位移對應的彈性力可用這些離散點通過插值的方法得到；同理，速度-阻尼力特性曲線同樣也用少數幾個離散點來表征；迭代的第一步可隨機給定這幾個離散點的初始值；(3)對試驗測量的各時刻、的位移激勵Χ(、)對應的彈性力FkUai))和速度激勵對應的阻尼力Ff ，可由這上述幾個離散點插值得到；(4)由于總輸出力是彈性力和阻尼力相疊加的結果，由此可以計算得到各時刻下的總輸出力，即廣(0 = Fk (x{h)) + Fc (i(i;))；(5)計算各時刻下計算輸出力和試驗輸出力的差值的平方和，如果大于設定的收斂閥值ε，則以這些離散點值為優化變量，以各時刻下計算輸出力和試驗輸出力的差值的平方和為代價函數，基于優化的方法搜索下一代這些離散點的新值；(6)重復步驟O) (5)，直至代價函數小于設定的收斂閥值ε，即計算輸出力與試驗輸出力基本相同，此時的這些位移-彈性力和速度-阻尼力離散點就表征了油氣懸架實際的非線性剛度和阻尼特性曲線。作為本發明的進一步改進所述步驟O)中，所述離散點的數量為4 9個。與現有技術相比，本發明的優點在于(1)本發明是一種無損傷的基于計算反演的檢測方法，對油氣懸架的非線性特性進行評測時，不需要知道油氣懸架的內部結構參數和物理模型，也沒有對油氣懸架進行任何破壞，評測過程快速、簡單、有效，能滿足油氣懸架生產校核和服務檢測等的需求，具有很好的應用前景；(2)本發明只需要在滿足油氣懸架最大行程和最大速度范圍要求內進行一次任意激勵與響應的測試，就能夠對油氣懸架剛度和阻尼兩條非線性特性曲線進行整體式反求， 因此本發明的油氣懸架非線性特性評價方法相對傳統方法操作便捷、實用性更強，能夠快速有效給出油氣懸架系統在制造后服務中的特性參數和使用性能。
圖1是現有技術中油氣懸架的物理模型示意圖；圖2是現有技術中油氣懸架的力學模型示意圖；圖3是油氣懸架的臺架試驗原理示意圖；圖4是本發明中油氣懸架非線性特性曲線的反求流程示意圖；圖5是具體實施例中反求的油氣懸架位移-彈性力特性曲線示意圖；圖6是具體實施例中反求的油氣懸架速度-阻尼力特性曲線示意圖。圖例說明1、門架；2、輸出力傳感器；3、待測的油氣懸架；4、位移傳感器；5、液壓伺服作動器；6、液壓動力單元；7、控制采集單元；8、人機界面；9、單向閥；10、阻尼孔。
具體實施例方式以下將結合說明書附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。本發明是在已有油氣懸架臺架試驗測試的基礎上，基于計算反求技術，只進行一次動態試驗測試，通過不斷的迭代計算，就能對油氣懸架位移-彈性力、速度-阻尼力兩種非線性特性進行一次性整體評測。如圖4所示，本發明的具體步驟如下步驟1 建立圖3所示傳統的油氣懸架的臺架試驗測試系統，并進行一次動態測試，由位移、速度和力傳感器測量得到各時刻ti的位移激勵x(ti)、速度激勵和輸出力 F(ti)。步驟2 本發明只用4 9個離散點來表征油氣懸架的非線性特性曲線，即用幾個位移-彈性力關系的對應點來表征整條位移-彈性力曲線，這條特性曲線上其它點處位移對應的彈性力可用這些離散點通過插值的方法得到，同理，速度-阻尼力特性曲線同樣也用幾個離散點來表征，這樣評價油氣懸架的非線性特性曲線就可轉換為迭代求解這些少數離散的值，參見圖5和圖6。步驟3 當用這些離散點表征了油氣懸架的非線性特性曲線時，試驗測量的各時刻、的位移激勵Χ(、)對應的彈性力FkUai))和速度激勵對應的阻尼力K(i(i,·))，就可由這幾個離散點插值得到。步驟4:由于總輸出力是彈性力和阻尼力的疊加，則由此可以得到各時刻下計算的總輸出力，即廣(0 = Fk (x{h)) + Fc (i(i;)) ο步驟5 比較各時刻下計算輸出力和試驗輸出力，當二者相差較大時，則以這些離散點值為優化變量，以各時刻下計算輸出力和試驗輸出力的差值的平方和為目標函數，基于優化的方法迭代搜索這些離散點的新值。步驟6:重復步驟2 5，直至目標函數小于設定的收斂閥值ε (ε為一很小的正數)，即計算輸出力與試驗輸出力基本相同，此時的這些位移-彈性力和速度-阻尼力離散點就表征了油氣懸架實際的非線性剛度和阻尼特性曲線。其中，步驟1是通用的油氣懸架測試方法，步驟4是一般的油氣懸架輸出力計算公式。本發明方法的特點主要體現在步驟2、3、5和6中，本發明將試驗測試與計算反求技術結合，這使得在評價油氣懸架非線性特性參數時，能大大減少物理試驗的次數，即在只一次試驗測試的情況下就同時反求得到油氣懸架位移與彈性力、速度與阻尼力兩條非線性特性曲線。 以上僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護范圍并不僅局限于上述實施例， 凡屬于本發明思路下的技術方案均屬于本發明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理前提下的若干改進和潤飾，應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種油氣懸架非線性特性參數的無損評測方法，其特征在于步驟為(1)建立油氣懸架的臺架試驗測試系統，并進行一次動態測試，由傳感器測量得到各時刻ti的位移激勵x(ti)、速度激勵和輸出力Fai)；(2)用幾個離散點來表征油氣懸架的非線性特性曲線，即用幾個位移-彈性力關系的對應點來表征整條位移-彈性力曲線，這條特性曲線上其它點處位移對應的彈性力可用這些離散點通過插值的方法得到；同理，速度-阻尼力特性曲線同樣也用少數幾個離散點來表征；迭代的第一步可隨機給定這幾個離散點的初始值；(3)對試驗測量的各時刻、的位移激勵χ(、)對應的彈性力FkUai))和速度激勵對巧) 對應的阻尼力，可由這上述幾個離散點插值得到；(4)由于總輸出力是彈性力和阻尼力相疊加的結果，由此可以計算得到各時刻下的總輸出力，即廣(0 = Fk (x{ti)) + Fc (i(i;))；(5)計算各時刻下計算輸出力和試驗輸出力的差值的平方和，如果大于設定的收斂閥值ε，則以這些離散點值為優化變量，以各時刻下計算輸出力和試驗輸出力的差值的平方和為代價函數，基于優化的方法搜索下一代這些離散點的新值；(6)重復步驟(2) (5)，直至代價函數小于設定的收斂閥值ε，即計算輸出力與試驗輸出力基本相同，此時的這些位移-彈性力和速度-阻尼力離散點就表征了油氣懸架實際的非線性剛度和阻尼特性曲線。
2.根據權利要求1中所述的油氣懸架非線性特性參數的無損評測方法，其特征在于 所述步驟⑵中，所述離散點的數量為4 9個。
全文摘要
一種油氣懸架非線性特性參數的無損評測方法，在建立了油氣懸架臺架試驗的基礎上，用少數離散點表征油氣懸架的非線性特性曲線，特性曲線上其它點的值可通過這些離散點插值得到，以表征特性曲線的離散點為優化變量，以各時刻下計算輸出力和試驗輸出力的差值的平方和為代價函數，基于優化方法進行搜索評價，從而經過一次測試就可整體式反求出兩條特性曲線。本發明原理簡單、測試過程操作方便、實用性強，能夠實時有效的為油氣懸架系統的設計提供系統參數，尤其是能評價油氣懸架系統在制造后服務中的特性參數的變化和使用性能，具有很好的應用前景。
文檔編號G01M5/00GK102175468SQ201110043970
公開日2011年9月7日 申請日期2011年2月23日 優先權日2011年2月23日
發明者劉杰, 姜潮, 白影春, 韓旭 申請人:湖南大學