一種整車轉動慣量測量系統的制作方法

本發明涉及汽車制造技術領域，尤其涉及一種整車轉動慣量測量系統。

背景技術：

在進行汽車研發過程中，性能開發工程師經常要使用整車的轉動慣量進行模型動態仿真，依據仿真結果制定改進方案，提升車輛的行駛性能。因此，獲取精確的整車轉動慣量數據是整車測試工作中的一個重要試驗項目。

目前，整車轉動慣量試驗主要是在整車轉動慣量試驗臺上進行的，試驗臺的驅動機構帶動車身在俯仰、側傾、橫擺三個軸向連續轉動，力學傳感器記錄運動過程中的載荷變化，進而根據空間力學原理計算出轉動慣量參數。

由于車輛懸架是彈性阻尼結構，自由放置狀態下，車輪未被固定約束，動態的轉動慣量試驗中車輪會相對于車身上下運動，導致整車無法被視為剛體模型，數據難以鎖定。因此，需要借助一個剛度較大的平板上，將車輛放置在平板上，車身與平板之間剛性連接，避免動態試驗中車輪相對于車身上下運動。這樣就可以將車輛、平板的組合體視為一個剛體結構，通過試驗得到一個總的轉動慣量。然后移除車輛，再進行一次試驗，得出平板自身的轉動慣量，通過空間力學的原理將平板的轉動慣量從總的轉動慣量中分離出去，最終計算出車輛的轉動慣量。

但是，在實際的測試工作中發現，由于整車的轉動慣量是通過兩次試驗結果計算得出(第一次試驗的直接結果是整車、平板的組合體轉動慣量，第二次試驗的直接結果是平板的轉動慣量)，計算結果對比車輛實際的轉動慣量存在一定的偏差。分析原因：1，坐標軸不平行：車輛固定在平板上，車輛的X向坐標軸與平板的X向坐標軸不平行，存在夾角；2，幾何中心偏離：車輛的輪距軸距中心點與平板的中心點在水平面上的投影不重合，造成動態載荷不對稱，影響傳感器精度；3，誤差累計：計算過程將兩次試驗的誤差累積、放大。

技術實現要素：

為了克服現有技術中整車轉動慣量的測量過程繁瑣、測量結果不精確的技術問題，本發明提供了一種整車轉動慣量測量系統。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

本發明提供了一種整車轉動慣量測量系統，包括：

底座；

作動器組件，設置于所述底座上；

承力平臺，待測車輛安裝于所述承力平臺上，所述作動器承載并驅動所述承力平臺；

夾鉗組件，與待測車輛的底盤和所述承力平臺分別連接，并將待測車輛與所述承力平臺進行剛性連接；

多個傳感器，安裝于待測車輛的底盤和所述承力平臺之間，用于檢測待測車輛對所述承力平臺的作用力；

車輪約束組件，固定待測車輛的車輪；

控制單元，與所述作動器組件和多個所述傳感器分別控制連接。

進一步來說，所述的整車轉動慣量測量系統中，所述作動器組件包括：

沿豎直方向設置的多個垂向作動器；

沿第一水平方向設置的縱向作動器，所述縱向作動器的一端與所述承力平臺連接，所述縱向作動器的另一端與豎直設置在所述底座上的縱向作動器支架的頂端連接；

沿第二水平方向設置的側向作動器，所述側向作動器的一端與所述承力平臺連接，所述側向作動器的另一端與豎直設置在所述底座上的側向作動器支架的頂端連接。

進一步來說，所述的整車轉動慣量測量系統中，所述夾鉗組件包括四個夾持單元，四個所述夾持單元均布在矩形的承力平臺的四個角的位置，每個所述夾持單元包括：

承載底座，與所述承力平臺固定；

上壓板，設置于所述承載底座上，一所述傳感器設置于所述承載底座和所述上壓板之間；

夾板，通過壓緊螺栓將待測車輛的車身縱梁上焊接的夾片進行夾持，所述夾板并通過壓緊螺栓固定于上壓板上。

進一步來說，所述的整車轉動慣量測量系統中，所述車輪約束組件包括四個車輪約束單元，每個所述夾持單元上對應安裝一所述車輪約束單元，每個所述車輪約束單元包括：

底部托板及圓柱體，所述圓柱體固定于所述底部托板的側邊上；所述底部托板固定于所述上壓板和所述傳感器之間；

連接支架，下端套于所述圓柱體上；

位于待測車輛同一側的兩個所述車輪約束單元的所述連接支架的上端通過銷軸套接在一起；待測車輛同一側的兩個車輪通過拉索連接，所述拉索搭于所述銷軸的頂端，所述拉索提拉車輪。

進一步來說，所述的整車轉動慣量測量系統中，所述縱向作動器為兩個，兩個所述縱向作動器對稱設置于所述承力平臺沿第二水平方向的兩端。

進一步來說，所述的整車轉動慣量測量系統中，所述側向作動器位于所述承力平臺的中間位置。

進一步來說，所述的整車轉動慣量測量系統中，所述垂向作動器為三個，兩個所述垂向作動器位于所述承力平臺沿第一水平方向的一端；其中另一個所述垂向作動器位于所述承力平臺沿第一水平方向的另一端。

進一步來說，所述的整車轉動慣量測量系統中，所述圓柱體沿所述底部托板所在的平面向所述底部托板的外側延伸。

進一步來說，所述的整車轉動慣量測量系統中，所述控制單元包括：

電腦；

組合電路模塊，與所述電腦雙向連接；所述組合電路模塊與所述作動器組件雙向控制連接；

信號處理模塊，與所述電腦控制連接；所述信號處理模塊與多個傳感器連接，并獲取多個傳感器的信號。

進一步來說，所述的整車轉動慣量測量系統中，所述傳感器為壓電式三軸力傳感器。

本發明的有益效果是：本發明的整車轉動慣量測量系統使用安全，滿足了對不同車輛進行轉動慣量試驗的通用性和便利性。該系統可以對整車直接進行測量，避免了間接測量產生的偏差，提高測量結果的精度，并且提高了測量的效率。

附圖說明

圖1表示本發明實施中整車轉動慣量測量系統的側視圖；

圖2表示本發明實施中整車轉動慣量測量系統的正視圖；

圖3表示本發明實施中控制單元的連接示意圖；

圖4表示本發明實施中夾持單元的結構示意圖；

圖5表示本發明實施中車輪約束單元的底部托板和圓柱體的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例對本發明進行詳細描述。

參照圖1和圖2所示，本發明提供了一種整車轉動慣量測量系統，包括：底座1；作動器組件，設置于所述底座1上；承力平臺2，待測車輛安裝于所述承力平臺2上，所述作動器承載并驅動所述承力平臺2；夾鉗組件，與待測車輛的底盤和所述承力平臺2分別連接，并將待測車輛與所述承力平臺2進行剛性連接；多個傳感器3，安裝于待測車輛的底盤和所述承力平臺2之間，用于檢測待測車輛對所述承力平臺2的作用力；車輪約束組件，固定待測車輛的車輪；控制單元7與作動器組件和多個所述傳感器3分別控制連接。

具體來說，本發明的整車轉動慣量測量系統中，底座1上安裝有支撐承力平臺2的作動器組件。作動器組件可以支撐并對承力平臺2加載不同方向的測試力，使得承力平臺2產生轉動，作動器組驅動承力平臺2運動，保證運動過程的穩定可靠。多個傳感器3安裝于待測車輛的底盤和所述承力平臺2之間，用于檢測待測車輛對所述承力平臺2的作用力。在控制單元7控制作動器組件運動時，控制單元7獲取傳感器3測量的作用力值，以計算承力平臺2上的待測車輛的轉動慣量。為了在測試的時候保證車輛的固定，在承力平臺2上設置有夾鉗組件和車輪約束組件。承力平臺2與車輛使用夾鉗組件連接，滿足了對不同車輛進行試驗的通用性和使用便利性。該整車轉動慣量測量系統對整車直接進行測量，避免了間接測量產生的偏差，測量結果的精度較高。

進一步來說，作動器組件包括：沿豎直方向設置的多個垂向作動器，其中有前垂向作動器603，右后垂向作動器604和左后垂向作動器605。

作動器組件還包括沿第一水平方向設置的縱向作動器，縱向作動器的一端與所述承力平臺2連接，縱向作動器的另一端與豎直設置在底座1上的縱向作動器支架的頂端連接。縱向作動器為兩個，右側縱向作動器606和左側縱向作動器對稱設置于承力平臺2沿第二水平方向的兩端。右側縱向作動器606通過右側縱向作動器支架607支撐，左側縱向作動器通過左側縱向作動器支架608支撐。

作動器組件還包括沿第二水平方向設置的側向作動器601，所述側向作動器601的一端與所述承力平臺2連接，所述側向作動器601的另一端與豎直設置在所述底座1上的側向作動器支架602的頂端連接。

也就是說，在垂向上布置三個垂向作動器支撐承力平臺2，前垂向作動器603在承力平臺2的前側；右后垂向作動器604和左后垂向作動器605在承力平臺2的后側，左右對稱布置。三個垂向作動器底部通過萬向節連接在底座1上，頂部通過萬向節連接在承力平臺2上。在承力平臺2的縱向上布置兩個縱向作動器，右側縱向作動器606和左側縱向作動器分別位于承力平臺2的左右兩側，縱向作動器一端通過萬向節連接在與底座1固定的縱向作動器支架上，另一端通過萬向節連接在承力平臺2上。在側向上布置一個側向作動器601，側向作動器601一端通過萬向節連接在與底座1固定的側向作動器支架602上，另一端通過萬向節連接在承力平臺2上，該側向作動器601位于承力平臺2前后端之間的中間位置上，保證了對承力平臺2的中間位置進行側向施力。使用六個作動器實現對承力平臺2在六自由度運動的精確控制，承力平臺2通過四個夾持單元與車輛連接，帶動車輛進行六自由度運動。

驅動承力平臺2進行六自由度運動的目的是驅動車輛進行六自由度的運動，因此承力平臺2與車輛之間必須使用剛性連接。

參照圖4所示，進一步來說，夾鉗組件包括四個夾持單元，四個所述夾持單元均布在矩形的承力平臺2的四個角的位置，每個所述夾持單元包括：承載底座401，與承力平臺2固定；上壓板402，設置于承載底座401上，一傳感器3設置于承載底座401和上壓板402之間；夾板403，通過壓緊螺栓404將待測車輛的車身縱梁10上焊接的夾片11進行夾持，夾板403并通過壓緊螺栓404固定于上壓板402上。

在車輛的縱梁10上焊接夾片11，使用夾持單元壓緊夾片11。夾持單元中部放置一個三軸的力傳感器3，傳感器3與上壓板402、承載底座401分別進行連接，實現對上壓板402和承載底座401之間傳遞的力的測量。壓緊螺栓保持夾板403對縱梁10上焊接的夾片11的壓緊力，需要對夾片11的外表面和夾片11的內表面進行打磨，增加表面粗糙度，使得壓緊貼合的兩個表面間能夠提供很大的摩擦力。這樣，在承力平臺2帶動車輛運動過程中，夾持單元與縱梁10上的夾片11之間不會脫開，保證車輛與承力平臺2連接的安全可靠。

為了保證在車輛安裝位置正確，在夾片11的焊接、夾持單元定位、車輛吊裝等步驟上都要進行位置確認，確保承力平臺2的表面中心點與車輛軸距、輪距的中心點在平臺表面的投影重合，這樣就能確保直接得出的整車轉動慣量的結果精確性。

進行整車轉動慣量測量的目的是用于整車行駛性能仿真，因此，在整車轉動慣量測量過程中，就必須保證車輪與車身處于正確的相對位置。如果僅使用夾鉗組件托舉車身，車輪處于自由狀態，輪心位置將低于車輛在路面上行駛時的位置，在此情況下，直接進行轉動慣量的測量，試驗結果會出現較大的偏差。因此采用車輪約束組件來束縛控制車輪的位置。

進一步參照圖1、圖2和圖5所示，車輪約束組件包括四個車輪約束單元，每個夾持單元上對應安裝一車輪約束單元，每個車輪約束單元包括：底部托板501及圓柱體502，所述圓柱體502固定于所述底部托板501的側邊上；所述底部托板501固定于所述上壓板402和傳感器3之間；連接支架503，下端套于圓柱體502上；位于待測車輛同一側的兩個車輪約束單元的所述連接支架503的上端通過銷軸504套接在一起；待測車輛同一側的兩個車輪通過拉索505連接，拉索505與銷軸504接觸并被拉緊。銷軸504位于車輪的上端，所以拉索505可以對車輪產生提拉作用。

圓柱體502沿所述底部托板501所在的平面向底部托板501的外側延伸。該圓柱體502伸出的部分用于套接連接支架503端部的套管。底部托板501在夾持單元中位于上壓板402和傳感器3之間，通過螺栓連同上壓板402一起連接到傳感器3上。

位于承力平臺2同一側的兩根連接支架503在頂端通過銷軸504連接，連接支架503的底端與圓柱體502連接，形成穩定的三角性支撐結構。拉索505捆綁車輪，拉緊到連接支架503的頂端的銷軸504上，約束車輪，使其保持在行駛時的位置。約束前后車輪的縱向拉緊力在銷軸504上相互抵消，僅存在垂向的下作用力，該下作用力通過連接支架503傳遞到底部托板501上。但是，力的作用點仍然處于傳感器3的上部，不會對傳感器3所傳遞的力產生影響。

使用車輪約束組件固定車輪位置，組件質量較小，對試驗結果的影響能夠在系統初始化中直接消除，避免了二次計算的誤差。

進一步來說，控制單元7包括：電腦701；組合電路模塊702，與電腦701雙向連接；組合電路模塊702與作動器組件雙向控制連接；信號處理模塊703，與電腦701控制連接；信號處理模塊703與多個傳感器3連接，并獲取多個傳感器3的信號。傳感器3為壓電式三軸力傳感器。整車轉動慣量測量系統的電路部分全部集中在控制單元7，分為信號采集和作動器控制兩部分。

如圖3所示，信號采集部分屬于單向傳輸電路，試驗中動態變化的力值被四個力傳感器轉換成電信號，經過信號處理模塊703進行放大、濾波、數值化后，輸入電腦701，用于試驗結果的計算和數據存儲。

作動器控制部分屬于雙向傳輸電路，為了實現對作動器的精確控制，必須使用雙向傳輸的反饋電路。電腦701根據操作人員輸入的控制指令，發送驅動承力平臺進行六自由度運動的控制信號，經組合電路模塊702轉換成驅動每個作動器的高壓電流(每個作動器所受的電流大小是受控的)，以實現六個作動器的協同伸縮運動。運動過程中，每個作動器內部的位置傳感器將伸縮運動的伸縮量、速度反饋至組合電路模塊702，組合電路模塊702將六個反饋信號集中計算，根據計算結果調整每個作動器的控制電流，從而可以對六個作動器運動過程進行修正，保證運動過程中的控制精度。同時，組合電路模塊702將計算結果傳輸給電腦，用于在電腦軟件界面上的顯示，主要是承力平臺六自由度運動的位置和速度，以方便操作人員進行觀察和判斷。

該整車轉動慣量測量系統中，以傳感器3為參考點，傳感器3以上的結構件都屬于傳感器3測量的質量范圍，除車輛本身外，還包括車輪約束組件、夾鉗組件中位于傳感器以上的部分。因此，需要對該測量系統進行標定，得出車輪約束組件、夾鉗組件對測量結果影響的比例因子。在電腦軟件中，系統參數包含初始化的比例因子，每次試驗前系統初始化的過程中，軟件自動加入該比例因子，用于消除車輪約束組件、夾鉗組件對測量結果的影響。這樣，在實際試驗中，就可以直接得出整車轉動慣量的精確結果。

以上所述的是本發明的優選實施方式，應當指出對于本技術領域的普通人員來說，在不脫離本發明所述的原理前提下還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也在本發明的保護范圍內。