汽车悬架和其检测技术分析运用.ppt

悬架检测技术,1.什么是悬架,悬架是汽车的车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并减少由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。,1.什么是悬架,典型的悬架结构由弹性元件、减震器以及其他受力部件等组成，个别结构则还有缓冲块、横向稳定杆等。前悬架一般设置导向装置。按弹性元件分类又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，而现代轿车悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧。（1）减振器减振器是产生阻尼力的主要元件,其作用是迅速衰减汽车的振动,改善汽车的行驶平顺性,增强车轮和地面的附着力.另外,减振器能够降低车身部分的动载荷,延长汽车的使用寿命.目前在汽车上广泛使用的减振器主要是筒式液力减振器,其结构可分为双筒式,单筒充气式和双筒充气式三种。（2）弹性元件支撑垂直载荷,缓和和抑止不平路面引起的振动和冲击.弹性元件主要有钢板弹簧,螺旋弹簧,扭杆弹簧,空气弹簧和橡胶弹簧等。（3）其他机构，包括了扭力梁，摆臂，衬套等其他受力部件。,2.汽车悬架的分类,非独立悬架：两侧车轮由一根整体式车架相连，车轮连同车桥一起通过弹性悬架悬挂在车架或车身的下面。优缺点：非独立悬架具有结构简单、成本低、强度高、保养容易、行车中前轮定位变化小的优点，但由于其舒适性及操纵稳定性都较差，在现代轿车中基本上已不再使用，多用在货车和大客车上。,独立悬挂：独立悬架是每一侧的车轮都是单独地通过弹性悬架悬挂在车架或车身下面的。,优点：质量轻，减少了车身受到的冲击；可用刚度小的较软弹簧，改善汽车的舒适性；可以使发动机位置降低，汽车重心也得到降低，从而提高汽车的行驶稳定性；左右车轮单独跳动，互不相干，能减小车身的倾斜和震动。缺点：独立悬架存在着结构复杂、成本高。,2.汽车悬架的分类,3.汽车悬架试验,3.汽车悬架试验,悬架试验的重要性：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。因为悬架系统影响了整车的操稳性能、平顺性能及承载性能，因此确定汽车悬架的设计指标应重点从影响此三大性能的因素考虑。车辆的操纵性、平稳性和承载性总是相互影响。必须要根据设计目标的要求，通过悬架试验确定三者联合统一。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：,零部件测试,整车测试,系统测试,3.汽车悬架试验,在车辆开发领域，耐久性、疲劳、寿命和可靠性这几个概念常常混为一谈，其实他们是有联系又有区别的。耐久性：是指其“保持质量和功能的使用时间”，一般汽车企业对整车耐久性的要求都是XX年或XX万公里。可靠性：可靠性是指产品在规定条件和规定时间内产品可能完成规定功能（可靠的/存活），可能完不成规定功能（不可靠的/失效），因此：可靠度是产品在规定条件，规定时间内，完成规定功能的概率。汽车及其零部件的失效寿命是个随机变量，具有统计性质，一般而言，符合2参数威布尔分布，或者高斯分布。一般采用B10寿命来评估汽车及其零部件的寿命，即要求汽车零部件达到这个寿命时发生失效的概率为10，或者说可靠度为90。目前，轿车的设计寿命一般是16万公里。很多汽车零部件的设计寿命（B10寿命）就是16万公里。也可以这样理解，一大批汽车零部件中，达到设计寿命（B10寿命）时要求有90%的产品还能够正常工作。所以现代可靠性的概念已经包括了汽车耐久性的概念。,3.汽车悬架试验,为了使汽车产品具有需要的工作寿命和可靠性，行业内已经广泛采用了一套设计、分析和试验的流程。首先，通过试验测量产品载荷、载荷历程数据，并且提供给设计工程师，设计工程师据此确定产品的形状和尺寸。然后，对产品进行结构分析、疲劳耐久寿命预测和改进设计。最后，再进行试验，以检验疲劳寿命预计的正确性，并且确保产品具有需要的工作寿命和可靠度。这种试验称为耐久性试验。,3.1零部件测试,3.1.1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。目前在用汽车主要以钢板弹簧和螺旋弹簧为主。空气和液压弹簧由于其优秀的性能受到大家的广泛关注。但是由于不菲的造价和复杂的结构目前国内仅仅应用于中大型的客车、公交汽车和货车上。（1）弹簧的台架试验方法：根据机械部标准JB/T10416-2004汽车悬架用螺旋弹簧技术条件。QCN29035-1991汽车钢板弹簧技术条件分别确定汽车用螺旋弹簧和钢板弹簧的试验方法。,3.1.1悬架弹簧检测技术,例：JB/T10416-2004中第四节就详细规定了车用螺旋弹簧的尺寸、特性、硬度、脱碳、疲劳和表面防腐等试验方法。以螺旋弹簧最重要的特性内容来讲，标准规定了永久变形在精度不低于1%、分辨率不低于2N的测力仪器或专用设备上，将弹簧压至最大连续加载两次后，测量弹簧试验前后自由高度之差值。负荷在精度不低于1%、分辨率不低于2N的测力仪器上，测量弹簧在检测高度下的负荷在负荷分组时每组的公差带可另增加与相邻两组的重叠公差，其值为工作负荷F的I%刚度在精度不低于1%、分辨率不低于2N的测力仪器上测量，在全变形量的30%一70%.好为50mm测量，计算其刚度值。,3.1.1悬架弹簧检测技术,（2）弹簧的台架试验标准：螺旋弹簧：JB/T10416-2004悬架用螺旋弹簧技术条件GB/T16947-2009螺旋弹簧疲劳试验规范TB/T1752-1986车辆圆柱螺旋弹簧修理技术条件Q/HBM66.7-1994微型货车悬架用螺旋弹簧钢板弹簧：GB/T19844-2005钢板弹簧GB/T23925-2009三轮汽车和低速货车钢板弹簧JB/T11222-2011低速汽车钢板弹簧可靠性试验方法Q/HBM111-1994微型货车变截面钢板弹簧QC/T29035-1991汽车钢板弹簧技术条件QC/T517-1999汽车钢板弹簧用U型螺栓及螺母技术条件,3.1.1悬架弹簧检测技术,（3）弹簧的台架试验仪器目前，关于弹簧的疲劳、刚度。耐久性等的试验，一般在电液伺服试验机上进行。电液伺服系统由机械动力系统、传感器系统和采集控制系统组成。机械动力系统由龙门架、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;采集控制系统由控制器、电源、计算机等及软件系统组成。,3.1.1悬架弹簧检测技术,车用弹簧的静态刚度和耐久性测试一般在能实现直线或扭转动作的电液伺服试验台上进行，采用静态加载程序进行。,PLS-L50B4型电液伺服系统板簧刚度试验,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,返回,3.1.2悬架减震器,（1）汽车用减震器汽车减振器实际上是一个振动阻尼器。减振器在汽车中不仅用在悬挂上，在其它的位置也有应用。例如用于驾驶室、车座、方向盘等，也可作为缓冲器用在车辆保险杠上。,3.1.2悬架减震器,（2）悬架减震器的台架试验方法国内汽车行业现行标准QC/T491-1999汽车筒式减振器尺寸系列和技术条件、QC/T545-1999汽车筒式减振器台架试验方法和QC/T546-1999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QC/T491-1999和QC/T545-1999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。,3.1.2悬架减震器,（3）悬架减震器的技术要求QC/T491-1999汽车筒式减振器尺寸系列和技术条件QC/T545-1999汽车筒式减振器台架试验方法QC/T546-1999汽车筒式减振器清洁度限值及测定方法汽车减振器技术条件与台架试验方法（未定稿）这些标准对汽车悬架减震器尺寸参数、性能及测试方法、耐久特性试验等都做了详细的规定。,3.1.2悬架减震器,（4）减震器检测设备减震器的检测设备需满足以下条件：单动:一端固定，另一端实现讲波(正弦)运动.行程可调，至少为100m,测量精度高于1%.有级或无级变速。最大试验频率至少为5Hz.功率足够大.在速度为1.Om/s时，检测减振器速度误差小于1%.力传感器，其精度高于1%.减振器示功试验台的3次检测误差要小于3%或40N.测量过程门动记录、保存、处理及输出.减振器示功试验台可采用机械式或液压式。无论采用何种形式，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。,3.1.2悬架减震器,例子：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)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。,返回,（1）扭力梁：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成刚度、耐久性、强度等。目前一般采用电液伺服试验系统进行扭力梁耐久性试验。例：下图为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。,扭力梁标准：乘用车用扭转梁后桥疲劳寿命台架试验方法编纂启动会已经召开，即将出台。,3.1.3弹性衬套、扭力梁及摆臂检测技术,3.1.3弹性衬套、扭力梁及摆臂检测技术,（2）弹性衬套：衬套分为常规橡胶衬套和液压橡胶衬套,属于汽车底盘橡胶制品件,是车身各零部件之间铰接点,其弹性特征及衰减特性优越,能承受载荷、隔离、衰减振动、降低噪音,保证乘坐舒适性,对汽车悬架设计有重要影响。弹性衬套用于汽车钥板弹黄之间连接处的二次减振。,3.1.3弹性衬套、扭力梁及摆臂检测技术,弹性衬套的检测：弹性衬套性能主要是静刚度、动刚度和耐久性。MTS831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。,10%动、静刚度和耐久性试验,（3）摆臂：摆臂是悬架系统重要部件，连接悬架和车身，起到车辆的支撑作用，如果是前悬挂的摆臂，还对汽车的转向性能有着重要的作用。,3.1.3弹性衬套、扭力梁及摆臂检测技术,摆臂的检测：摆臂的主要性能有强度、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。,3.1.3弹性衬套、扭力梁及摆臂检测技术,3.1.3弹性衬套、扭力梁及摆臂检测技术,3.1.4主动、半主动悬架零部件检测技术探讨,（1）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。,（2）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