汽车悬架检测技术研究综述

汽车悬架检测技术研究综述陈军，罗显政，刘德辉，谢宏伟，申娟，1中国汽车工程研究院，重庆400039；2国家机动车质量监督检验中心重庆，重庆400039摘要介绍了汽车悬架检测技术和相关设备，列举了相关产品的检测实例，对主动、半主动悬架的检测技术进行了探讨，对汽车悬架检测技术的发展趋势进行了分析。关键词汽车悬架；检测技术；检测设备；主动悬架；发展趋势SUMMERYOFRESEARCHONAUTOMOTIVESUSPENSIONINSPECTIONTECHNOLOGYCHENJUN一，LU0XIANZHENG一，LIUDEHUI。一，XIEHONGWEI一，SHENJUAN。1CHINAAUTOMOTIVEENGINEERINGRESEARCHINSTITUTE，CHONGQING400039，CHINA；2NATIONALMOTORVEHICLEQUALITYSUPERVISIONANDINSPECTIONCENTERCHONGQING，CHONGQING400039，CHINAABSTRACTINSPECTIONTECHNOLOGYANDEQUIPMENTSFORAUTOMOTIVESUSPENSIONWEREINTRODUCEDINTHISPAPERANDINSPECTIONEXAMPLESOFSOFTIERELATIVEPRODUCTSWERELISTEDINSPECTIONTECHNOLOGYFORACTIVESUSPENSIONANDSENLIACTIVESUSPENSIONWASDISCUSSEDTHEDEVELOPMENTTRENDOFAUTOMOTIVESUSPENSIONINSPECTIONTECHNOLOGYWASANALYZEDKEYWORDSAUTOMOTIVESUSPENSIONINSPECTIONTECHNOLOGY；INSPECTIONEQUIPMENT；ACTIVESUSPENSION；DEVELOPMENTTREND0引言悬架系统是汽车的重要组成部分，主要作用是承载、减振，决定了汽车平顺性和操纵稳定性并保证行驶安全性。汽车新产品开发中悬架的设计验证具有不可替代的重要地位，营运车辆悬架性能的优劣直接影响着车辆的使用性能。因此汽车悬架的检测技术和相关设备的发展，对汽车工业技术进步起着举足轻重的作用。笔者对汽车悬架的检测技术进行了归纳整理，全面介绍了汽车悬架检测技术。1用于汽车研发的悬架检测技术用于汽车研发的悬架检测技术分为三类，第一类是零部件测试，第二类是系统测试，第三类是整车测试。这三类检测在汽车研发过程中的顺序关系如图1所示。图J汽车悬架研发测试顺序关系11汽车悬架主要零部件检测技术111悬架弹簧检测技术悬架弹簧主要包括、钢板弹簧、扭杆弹簧、螺旋弹簧、空气弹簧等，主要针对刚度性能、耐久性能、表面防腐蚀性能、材料物理机械性能、气密性空气弹簧等方面进行检测。弹簧刚度和耐久性测试可在能实现直线或扭转动作的电液伺服试验台上进行。这里的刚度是指静态刚度，采用静态加载程序进行。有的试验台有分析功能，自动计算刚度值；多数国产设备无分析功能。需进行数据的后处理。耐久性试验则采用循环函数发生程序进行控制，可实现正弦波、方波等波形的循201102AUTOMOBI1EPARTS043研究与开发环试验。耐久性试验评价指标一般为试样未出现损坏金属弹簧为断裂或出现一定的永久变形，空气弹簧为气密性是否符合规定和胶料是否有裂纹。图2为应用PLSTSOB4型电液伺服系统进行板簧刚度试验的照片，图3为应用MTS810多功能试验台进行螺旋弹簧的静态刚度试验和耐久性试验照片。直IL图2某车型板簧刚度图3某车型螺旋弹簧刚和耐久性试验度和耐久性试验电液伺服系统由机械一动力系统、传感器系统和采集一控制系统组成。机械一动力系统由龙门架、平台、液压源、作动器等组成；传感器系统由位移传感器、载荷传感器和伺服阀组成；采集一控制系统由控制器、电源、计算机等及软件系统组成。112减振器检测技术国内汽车行业现行标准QCT4911999汽车筒式减振器尺寸系列和技术条件、QCT5451999汽车筒式减振器台架试验方法和QCT5461999汽车筒式减振器清洁度限值及测定方法针对减振器的示功特性、速度特性、温度特性、耐久性能以及清洁度等进行了规定。目前正在进行汽车减振器技术条件与台架试验方法汽车行业新标准的起草工作，该标准将QCT4911999和QCT5451999合并，扩充了试验方法，提高了技术指标，增加了“动态低温密封性”和“抗泡沫性”项目。减振器除了上述性能，还有连杆弯曲刚度、焊点强度、滑动阻力等性能要求。在20情况下，减振器示功特性在满足行程和频率要求的试验台上进行，测出减振器的复原阻力和压缩阻力。减振器速度特性试验目的是检测减振器在不同活塞速度下的阻力，速度特性在常温下测出。图4、5分别为在MTS849减振器试验台上测得的减振器示功特性曲线和速度特性曲线。霍霎豳。_速度RUMS。图5某车型减振器的速度特性曲线减振器试验台一般采用单动形式且行程可调。减振器试验台主要有机械式和电液伺服式两种，电液伺服试验台可以在量程之内无级改变频率及任意改变行程，较机械式试验台技术更先进、使用更方便。MTS849减振器试验台属电液伺服式，可实现减振器示功特性、速度特性、阻力特性、抗泡沫性、温度特性需配备高、低温箱J和耐久性等试验，可实现包括侧向加载、温度监控、防护罩、减震支柱旋转装置、速度保持、时域信号回放等功能。四分之一悬架试验台也可进行减振器的性能测试。图6为在MTS849减振器试验台上进行某型汽车减振器耐久性试验含侧向加载的照片，图7为PLSL50B4型电液伺服构件试验系统进行减振器耐久性试验照片。图6减振器性能试验7某型汽车减振器耐久性试验113弹性衬套、扭力梁及摆臂检测技术弹性衬套性能主要是静刚度和动刚度和耐久性。MPS831弹性体试验台可完成上述三种性能试验，其中动、静刚度特性试验程序有分析功能，无需人工计算刚度值。静刚度和耐久性也可在通用的电液伺服系统上进行，但是通常须有相应的软件。图8所示为MTS831弹性体试验台进行弹性体动、静刚度和耐久性试验的照片。圈图810动、静刚度和耐久性试验扭力梁是目前小型车后悬架常用的一种部件型式，其性能要求主要是总咸刚度、耐久性、强度等。图9为采用电液伺服试验系统进行扭力梁耐久性试验，该试验样品按照实车装配状态装夹，两个作动缸的输出为正弦位移信号，两者之间有180。的相位差，采用恒定位移控制方式，模拟车辆在崎岖路面行驶时的扭转工况。图LO为某车型扭力梁扭转刚度试验，两个作动器输出位移信号，两个信号之间为180。相位差，从零位置开始加载，正负运行一个循环共进行三次测试，采集位移和载荷数据并汇出其曲线，计算指定点的扭转刚度。图9某车型扭力梁耐久性试验图1O扭力梁扭转刚度试验及位移一载简曲线摆臂是悬架系统重要部件，其主要性能有强度、耐久性等，其测试主要应用电液伺服系统来进行。对于耐久性，载荷谱可以根据产品的使用状况采取单一恒定载荷、复合载荷、道路谱等多种方式，其中复合载荷和道路谱在目前大多数国产设备上应用不多。图1L为采用单一恒定载荷方式摆臂耐久性试验照片。研究与开发AUT，OMOBI1EPATS201102O44图11某型客车悬架下摆臂而寸久性试验114主动、半主动悬架零部件检测技术探讨1141传感器检测技术主动或半主动悬架中有加速度传感器、力传感器、车身高度传感器，这些传感器应满足精度、响应性、耐久性、结构紧凑性、适应性、输出电平、再现性等指标要求；汽车工作环境温度是一4080，在各种气候和道路条件下运行，因此要求传感器能适应温度、湿度、冲击、振动、腐蚀及油液污染等恶劣环境。因此对传感器的检测以环境试验为主，相关设备有高低温及湿热试验箱、热冲击试验箱、沙尘试验箱、淋雨试验箱、电磁振动试验台、盐雾腐蚀试验箱等，冲击性能检测则采用跌落试验；通常在进行环境试验的同时或之前之后要进行传感器本身的精度指标、响应时间以及输出电平测试，以评价传感器是否满足相关标准要求。1142磁流变减振器、电流变减振器检测技术这两种减振器性能检测可参考被动悬架减振器的性能测试要求详见“112减振器的检测技术”，但它也应满足动力特性输出力特性、被动响应特性响应速度、能耗、磁电流变液温升等指标要求。动力特性要求越大越好，响应时间要求越短越好，能耗要求越少越好，温升要求越低越好。但这几项性能相互制约，因此指标要求应取折衷。输出力、响应速度可在现有减振器试验台上进行测试，但须加装励磁或加电装置并配以控制器；能耗可根据用电量大小确定，温升可用温度传感器测出。1143控制器、信号处理器检测技术控制系统主要性能为能控性和能观测性，其本身电器性能主要是耐振动性、耐高低温湿热性及耐腐蚀性等。能控性和能观测性可通过将控制器和磁电流变减振器或执行器按照实车连接状态安装于试验台架上进行验证。电器性能采用相应的环境试验设备进行验证。对于控制器和信号处理器性能测试需用专用装置进行，但控制系统的核心是软件，因此最好进行软件仿真和硬件在线仿真并结合台架试验来验证。12汽车悬架系统检测技术悬架最主要的性能是耐久性。汽车在行驶中悬架承受侧向、垂向和纵向制动力方向的作用力。因此悬架系统台架耐久性测试要模拟这三个方向的载荷或位移。目前国内的多数设备只能单方向加载。侧向和纵向加载一般采用载荷控制方式，垂向加载一般采用位移控制方式。以国内某车型二分之一201102AUTOMOBI1E，P，ARTS045研究与开发悬架系统台架耐久性测试为例，将副车架装上稳定杆、转向横拉杆、转向节、轮毂轴承、转向机、弹簧和减振器等零部件，将转向机锁止，分别在侧向、垂向和纵向加载，载荷谱为单一恒定载荷位移L，采用固定频率。图L2为二分之一悬架系统纵向耐久性试验示意图。垂向加载和侧向加载的台架形式和图12接近，只是作动器安装方向和连接夹具不同。一图12悬架系统纵向疲劳试验示意图采用汽车四分之一悬架系统测试是应用最多的方案。国外以MTS为代表的试验设备供应商制造汽车四分之一悬架试验台，国内目前浙江大学和南京林业大学已申请四分之一悬架试验台的专利。图13为MTS公司四分之一悬架试验系统。图13MTS公司四分之一悬架试验系统悬架系统耐久性载荷谱除单一恒定载荷和复合载荷外，最接近实际工况的是道路谱。但实现道路谱加载须有相应的控制系统和软件，MTS公司在这方面做得较好。图14为M3274DOF四自由度道路模拟试验机进行悬架系统耐久性试验采取轴耦合方式和RPC软件系统的图片。MTS公司还拥有三自由度和六自由度的道路模拟试验机，可满足不同要求的悬架耐久性测试图14MTS3274DOF道路模拟试验机进行悬架系统耐久性试验13汽车悬架整车检测技术131悬架整车台架试验悬架整车台架试验有耐久性测试、运动学和柔性测试KC测试。整车悬架台架耐久性一般在轮胎耦合方式的道路模拟试验机进行，图15为在MTS320四轮胎耦合道路模拟试验机上进行悬架耐久性试验。MTS320可以和环境试验箱配合使用，具有快速设置、快速出结果的优点。图15应用MTS320四轮胎耦合道路模拟试验机进行悬架耐久性试验运动学和柔性测试KC是在静态或准静态条件下测试悬架系统性能的。KC试验台一般具有24个车轮加载平台，按照位移、速度、载荷或者后倾角进行闭环控制来模拟汽车悬架跳动、车身侧倾、车轮与地面的相互作用力及力矩等，实现悬架系统的垂直、横向、纵向以及转向试验。通过这些试验可测量车轮定位参数的变化特性及悬架、轮胎的刚度特性，被测参数包括前束角、主销后倾角、车轮侧倾角、轴距及轮距变化、轮心垂直位移、车轮受力等。柔性试验可评价弹簧、横向稳定杆和橡胶衬套对悬架性能的影响。另外KC试验台还可测量车辆的质心位置、转动惯量和惯性积。目前制造KC试验台最著名的设备供应商是法国的BIA、美国的MTS和英国的ABD公司，国内的长春孔辉公司KHAT也生产KC试验台。图L6为英国ABD公司制造的KC试验台外观示意图。图17为在MTS公司制造的KC试验台进行试验的图片。编图L6英国ABD公司制造的KC试验台外观图图17在MTS公司制造的KC试验台上进行悬架运动学和柔性试验132悬架整车道路试验悬架整车道路试验是指在特定的气候环境下悬架系统以整车状态在试验场道路或实际道路上正常行驶进行耐久性和可靠性试验。整车在规定路面上行驶了一定里程后，检查悬架系统状态，评价悬架性能的优劣。2营运车辆悬架检测技术21谐振式检测法谐振式检测过程是这样的将空载不乘人的符合轮胎规格及气压值的车辆驶上谐振式检测台平台，驾驶员下车后启动激振器迫使车辆悬架产生振动，使激振频率增加过共振频率，测出车轮动载荷，在车辆不解体的前提下根据车轮动载荷时域曲线判断悬架性能的优劣，悬架正常情况下曲线如图L8所示，悬架出现故障时曲线如图19无明显共振点出现所示。图18车轮动态载荷时域曲线示意图图19悬架出现故障时车轮动态载荷时域曲线示意图谐振式评价指标为吸收率和同轴左右车轮吸收率之差。吸F收率P100，F为车轮最小动态载荷，F。为车轮静态载荷。欧洲减振器制造协会EUSAMA规定P41为良好以上，GB185652001营运车辆综合性能要求和检测方法标准规定尸值应不小于40，左右轮P值之差应不大于15。谐振式悬架性能检测台原理如图20所示。研究与开发AUTOMOBI1EPARTS201102O46图2O谐振式悬架性能检测台22平板式检测法平板式检测法基本过程是驾驶员将车辆以510KM驶上平板检测台上，急刹车停住，测出车轮动载苻。该方法的评价指标为悬架效率和同轴左右轮悬架效率之差。GB185652001营运车辆综合性能要求和检测方法标准中规定，悬架效率应不小于45，同轴左右轮悬架效率之差应不大于20。悬，、一L架效率叼1一RB4O1100，其中G、GB分别为车轮最ICTATO【大和最小动态载荷，为车轮静态载荷。意大利VAMAG公司是生产平板式汽车悬架检测系统著名的公司。其生产的试验台如图21所示。图21VAMAG平板式车辆检测系统3结论目前，国内汽车悬架检测技术相对于发达国家还有一定的差距，研发用途的悬架检测技术还只停留在零部件阶段，系统试验开展较少，悬架整车台架试验更少，只有少数几个大型整车制造商拥有KC试验台、道路模拟试验机等高端大型设备。国内大部分悬架零部件、悬架系统和悬架整车检测的标准不健全，试验方法规范尤其缺乏，整车企业采用的方法各自不同。随着国内汽车行业的蓬勃发展，悬架系统试验和整车台架试验必将越来越多地开展，检测手段将越来越自动化、高效率。随着国内交通行业飞速发展，营运车辆保有量大幅增长，快速不解体悬架检测技术和设备需求巨大。笔者提出以下建议1积极开展悬架系统和悬架整车检201102AUTOMOBI1EPARTS047研究与开发测技术和设备、软件的研究与开发；2积极开展悬架检测技术规范和标准的研究与制定、修定工作，完善我国汽车悬架标准规范体系；3注重主动、半主动悬架检测技术的研究工作；4大力发展快速不解体悬架检测技术和设备。参考文献【1】王正键现代汽车构造M广州华南理工大学出版社，2006【2】余志生汽车理论M北京机械工业出版社，2006【3】GBT1306191汽车悬架用空气弹簧橡胶气囊S北京中国标准出皈卒十，1991【4】GBT198445005钢板弹簧S北京中国标准出版社，2005【5】陈军，欧家福，罗