多工况汽车悬架减振器性能试验台驱动系统匹配研究

2012年1月第40卷第1期机床与液压MACHINETOOLHYDRAULICSJAN2012VO140NO1DOI103969JISSN10013881201201020多工况汽车悬架减振器性能试验台驱动系统匹配研究王天利，孙晓帮，刘潜，王磊辽宁工业大学，辽宁锦州121001摘要依据QCT5451999汽车筒式减振器台架试验方法的试验规范，在分析试验台负载特性的基础上，论述了试验台功率匹配、调速范围匹配、驱动扭矩匹配和变频器匹配的具体内容，为多工况汽车悬架减振器性能试验台的设计和选型提供依据。关键词减振器性能；变频调速；驱动系统中圈分类号TP206文献标识码A文章编号10013881201210753RESEARCHONDRIVINGSYSTEMMATCHINGOFVEHICLESUSPENSIONSHOCKABSORBERPERFORMANCETESTBENCHUNDERMULTIWORKINGCONDIFLONSWANGTIANLI，SUNXIAOBANG，LIUQIAN，WANGLEILIAONINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY，JINZHOULIAONING121001，CHINAABSTRACTACCORDINGTOTHESTANDARDOFVEHICLETELESCOPICSHOCKABSORBERBENCHTESTQCT5451999ANDBASEDONTHEANALYSISOFTHETESTBENCHLOADCHARACTERISTICS，WHATWEREDISCUSSEDINDETAILWERETHEPOWERMATCHING，THESPEEDADJUSTABLERANGEMATCHING，THEDRIVINGTORQUEMATCHINGANDTHEFREQUENCYCONVEERMATCHINGTHERESEARCHWORKPROVIDESREFERENCEFORDESIGNANDSELECTIONOFVEHICLESUSPENSIONSHOCKABSORBERPERFORMANCETESTBENCHUNDERMULTIWORKINGCONDITIONSKEYWORDSSHOCKABSORBERPERFORMANCE；VARIABLEEQUENCYSPEEDADJUST；DRIVINGSYSTEM根据国家汽车行业标准QCT5451999规定，减振器台架试验的目的是检测其速度特性和示功特性。减振器台架试验的激励波形为简谐波；周期内减振器的最大激励速度根据需要可实现011MS范围的调整；减振器最大激励速度的调整可以通过激励频率或激励振幅的调整实现，并且实现多工况下的性能试验。所以试验台驱动系统对于实现减振器多工况下的性能试验至关重要。1减振器性能试验台驱动方式的分析自20世纪90年代开始，由于国家汽车行业标准QCT5451999的实施，致使减振器研发、生产和使用单位开发或引进了基于不同驱动方式的试验台。由于驱动方式的不同造成各种试验台的使用性能存在较大的差异，其中主要使用性能的比较如表1所示。显然变频调速电机驱动方式具有较好的综合使用性能。表1各类驱动方式比较2变频调速减振器性能试验台负载特性分析21试验台驱动系统通常，试验台通过曲柄连杆滑块机构将曲柄轴的转动转化成为滑块的简谐激励，因此试验台驱动系统的主要功能是使曲柄轴在较大的调速范围内具有稳定的转速和足够的转矩。采用如图1所示的驱动系统能够满足要求。图I试验台驱动系统因此，可根据变频调速电机与曲柄轴的转速比确收稿日期20101116作者简介王天利1957一，学士，教授，研究方向为测试技术。EMAILWH57163EOM。76机床与液压第40卷定减速器的减速比，并利用减速器实现减速增扭，协调变频调速电机与曲柄轴之间转速、扭矩的关系。采用光电编码器将变频调速电机输出轴的转速反馈给变频调速器，利用其内部的PID控制功能，实现变频调速电机输出转速的闭环控制。22试验台负载特性分析由于曲柄连杆滑块机构中的滑块按简谐运动，则运动方程为位移SASINOJT1速度ATOCOSTOT2加速度A一ACOSINTOT3式中A为最大振幅，即曲柄长度；为简谐振动角频率，即曲柄轴转动角频率；T为时间。因此，驱动系统通过滑块输出的推力由惯性力FM、减振器阻尼力F和重力F组成。惯性力FF，一MACOSINCOT4式中M为质量，滑块、减振器等平移质量。减振器阻尼力FFCVCATOCOSTOT“5式中C为减振器阻尼系数，拉伸行程CC；压缩行程CC；N为减振器结构参数，一般为05、1、2。重力FFMLG6式中M为滑块、减振器等平移质量；G为重力加速度。显然，重力F为一常量。由于减振器拉伸行程阻尼力大于压缩行程阻尼力，因此，滑块输出的推力为FLATOCOSTOTMG7【FMACOSINWTCATOCOSCOT曲柄轴的输出转矩为MFACOSTOT8分析式8可见，减振器结构系数N2时曲柄轴的输出转矩较大；同时，在一个周期内，曲柄轴的输出转矩为0，如式9所示“咖一嘲A【M一MATO。SINBCYAW1一SIN咖。MGA,1一SIN式中为周期内，曲柄轴的相位角。P。叼根据一个周期的相位分析可知，时，拉伸与压缩行程均出现最大扭矩，如式10。二麓。01023试验台的功率匹配1减振器试验需要的功率引用式8可见，减振器试验需要的功率为NTOMTOFACOSTOT11因此，在一个激励周期内，减振器试验需要的功率为0。NOMMAX122变频调速电机输出功率一般，变频调速电机在电频率为550HZ的范围内，具有恒扭矩、平滑调速的能力，因此电机的输出功率如式13PEM13式中，为变频调速电机运行频率；P为变频调速电机极对数；P为变频调速电机输出功率；为变频调速电机额定扭矩。显然，为确保试验台驱动系统功率满足要求，变频调速电机输出功率必须满足914式中卵为驱动系统传递效率。3驱动系统传动比的确定驱动系统传动比在驱动系统中起到在变频调速电机与曲柄轴之间减速增扭作用，因此直接影响试验台性能的稳定。驱动系统传动比应该兼顾到曲柄轴的调速范围和电机与曲柄轴之间的减速比、扭矩比。1调速范围的匹配调速范围取决于试验台的最大激励速度与最小激励速度之比I。通常是通过调整曲柄轴的转速实现调速，因此如图1所示，试验台的调速范围取决于变频调速器的调频范围。通常在矢量控制方式下，变频调速器可以实现550HZ电流频率的平滑调整，并使变频调速电机恒扭矩CT控制输出稳定转速。一般4极电机的调速范围为N3Q厂H1一S15式中S为电机滑差率；为输入电机的电流频率。因此电机的调速范围为N。N5N5015015001一S16根据驱动系统的激励速度要求I一和式171017O式中为驱动系统的激励速度，MS；N为曲柄轴转速，RMIN。第1期王天利等多工况汽车悬架减振器性能试验台驱动系统匹配研究77则竹S因此，要求曲柄轴转速变化范围是NNMINN118耵S1TS为了充分发挥变频电机的调速能力，应使曲柄轴转速变化范围与电机的调速范围相等，即如式19所示N50N5NNI19因此，驱动系统的传动比为I50N20如图1所示，驱动系统的传动比由减速器的减速比和减速器与曲柄轴之间的转动比组成，即如式21所示IIXI21式中I；为减速器的减速比；I为减速器与曲柄轴之间的转动比。2驱动扭矩匹配驱动系统通过曲柄轴输出的扭矩，应满足式10所要求的。影响驱动扭矩的主要因素有变频调速器容量、电机额定扭矩、驱动系统传动比等。考虑到传动系统效率及减振器试件最大阻尼力可能的波动范围，电机额定扭矩用式22确定M115IM224变频调速器的匹配通用变频器的匹配包括变频器型式的选择和容量的选择。根据控制功能可将通用变频器分为3种类型普通功能型UF控制变频器、具有转矩控制功能的高性能型UF控制变频器也称无跳闸变频器和矢量控制高性能型变频器。变频器类型的选择要根据负载的要求进行。由于试验台驱动系统的负载属于频繁启动并且是周期变化的负载，需要在3_5个周期内完成减振器的试验。因此要求试验台驱动系统转速精度高、动态性能好、响应快，所以应采用矢量控制高功能型通用变频器。一般，变频器容量包括额定电流、可用电动机的功率和额定容量。其中后两项由标准电动机给出，但随变频器输出电压而降低，因此难以确切表达变频器的能力。选择变频器时，只有变频器的额定电流是一个反映半导体变频装置负载能力的关键量。选择变频器容量的基本原则是保证在无故障状态下负载总电流不允许超过变频器的额定电流。因此，变频器的容量按式23和24确定PB11P23式中P为变频器额定功率，KW；P为电机额定功率，KW。，1315或，1315，24式中，为变频器的额定输出电流；，为电机的额定输出电流；，为电机实际运行中最大电流。5结论由于减振器性能试验需要试验台频繁启动，因此合理匹配试验台驱动系统才能保证试验台实现预期的功能，并确保变频器不出现过流保护和过热现象。试验台的调速范围取决于矢量控制方式下变频器恒扭矩输出的调速范围，同时设定变频器脉冲频率不大于12KHZ。在满足试验台动静态刚度、强度的基础上，应减小试验台曲柄连杆滑块机构及其附件的转动惯量和平移质量，以减小试验台驱动系统容量并确保试验台运行稳定。参考文献【1】中国汽车工业公司QCT5451999汽车筒式减振器台架试验方法S【2】曾庆东，等机动车减振器设计M北京机械工业出版社，2000【3】王天利，田孝军，王凯，等电液伺服减振器性能试验台负载特性研究J机床与液压，20038271272【4】张启斌交流变频调速系统的电机特性分析及其容量选择J铝加工，1999102022广研院有限公司“高性能长寿命夹布密封件的研制“项目荣获液气密行业科技进步一等奖“2011年中国液压气动密封件行业技术进步奖”近日在沪揭晓，广州机械科学研究院有限公司“高性能长寿命夹布密封件的研制”项目荣获一等奖。“高性能长