基于虚拟样机技术对汽车悬架进行检验和测试系统的研究

1、基于虚拟技术对悬架进行检验测试的研究摘要：基于已经建立的振动力学模型和汽车悬架的运动方程，我们分析并且提出了悬架的性能评价指标，同时建立测量悬架性能的一种新的方法。利用虚拟样机技术，我们开发了对于所有汽车悬架都适用的一种新的检测系统。它采用的是一种PCDAQ的方案。在原有悬架测试系统台架的基础上，我们需要在台架上安装一些必要的传感器，还需要个人电脑和虚拟的软件。这样的汽车悬架测试系统就建立了。我们可以用它来计算悬架的吸收率，振动频率，物理差异和相应的振动波形等。它同时为悬架的综合性能和故障诊断提供依据。事实证明该模型是正确和可行的，测试系统是准确，可靠的。关键词：车辆工程；汽车悬架；性能检测；

2、测试系统；虚拟样机A STUDY ON THE TESTING AND TESTING SYSTEM OF VEHICLE SUSPENSIONS PERFORMANCE BASED ON VIRTUAL INSTRUMENTGao Xiaodong1 Huang Lan2(School of Automotive Engineering, Xihua UniversityAbstract：On the basis of the vibration mechanical model and themotion equation of automobile suspension built,we

3、 analyse andpropose a performance evaluation index of the suspension,and establish a new testing method for measuring the suspension performanceUsing the virtual instrument technology,We develop all automobile suspension performance testing systemIt adopts the PCDAQ schemeOn the basis of the origina

4、l excitation suspension performance testing table we equip the table with somenecessary sensors，the personal computer and virtul softwareThen the automobile suspension performance testing system is builtWe can use it to measure the absorb efficiency,the vibration frequency,the physic difference and

5、the corresponding vibration waveform and so onIt also provides the foundation for the integrated estimation of the suspension performance and fault diagnosisBy testing cars in practice，we have proved that the model is accurate and feasible and the testing system is exact and credibleKeywords：automob

6、ile engineering；automobile suspension；performance testing；testing system；virtual instrument1. 引言悬架系统是转向系统的重要组成部分。它的质量和性能会直接影响其平顺性，操作稳定性，乘坐舒适性。在使用中的减震器将会影响车轮和路面之间的动态粘附状态。如果其性能不满足的话，其动态性能会受到限制。当其损坏的话，车轮将偏离道路，完全失去控制，从而大大影响行车安全。因此在使用中的汽车应不时的对悬架进行性能检测来保证悬架系统满足行驶的需要。一般来说有两种传统的方法来检测悬架的性能。第一种是虚拟样机。这种方法缺少内部性

7、能的定性的分析。另一种方法是给车身施加力，同时瞬间撤销，观察汽车的垂直运动来评价减震器的技术情况。然而这种方法主要依靠的是经验。它的主观因素太大以至于可靠性很差。随着检测技术的不断发展，人们普遍采用激励法来检测悬架系统的性能。我们给车轮的垂直方向以激励，这样就同时在汽车悬架上产生垂直的振动。在振动的过程中，试验台架会使汽车和车椅发生共振，当共振发生在汽车的静态地面压力时，我们就得到了车轮的最小地面压力比率。所以我们可以用比率来评价悬架的性能。根据欧洲联盟减震器制造的标准，我们推荐使用的激励方法来测试该悬架的性能。无论是进口的还是国产的设备，都是存在一定的问题的。该检测参数是一个数值。它们不能进

8、行进一步的性能分析和故障的诊断，不能全面的反映悬架的技术条件。在性能测试表中的显示设备主要是指针式的或数字式的。它们只能说明一些特殊点的数据，并不能说明整个检测的过程。所以这就会丢失很多重要的信息，影响测量的精确性，操作和接口的兼容性。因此一个新的悬架测试系统在本文中提出，这个测试系统的研究和建立是在Labview的环境下，基于虚拟仪器完成的。2. 汽车悬架性能测试的理论分析2.1 汽车悬架性能测试模型的建立当汽车的前轴（或者后轮轴）如1图安放在测试台架上同时给以激励，这时汽车和台架就形成了一个相互耦合的振动系统“汽车台架振动系统”1。当“汽车台架振动系统”的频率达到非悬架的固有频率时，这个系

9、统将会发生共振。图1 测试台架的结构原理图它的工作原理描述如下：电动机驱动飞轮和凸轮轴同时旋转。座板的振动只能让车轮垂直的移动。它们紧紧得按住凸轮的周围同时沿着旋转的凸轮垂直振动。安装在凸轮和振动台板之间的力传感器可以测量凸轮和振动台板之间的压力。与汽车的弹性元件相比，该传感器具有较大的刚度和较少的阻尼。这个系统可以简化为图2，这是一个两自由度的振动力学模型。图2 二自由度车身和车轮的振动模型设置垂直位移的原点是在静态平衡位置时，根据受力分析得二自由度的振动方程如下所示。m2 Z2+ c2 (z2-z1+k2(z2-Z1=0 (1m1 Z1+c2(z1-z2+ k2(z1-z2+ c1(z1-

10、q+k1(z1-q= 0 (2m1无悬架质量(kg；m2有悬架质量(kg；k1车轮的刚度； k2悬架的刚度；cl车轮的阻尼系数；c2减震器的阻尼系数；zl车轮的垂直位移；z2车身的垂直位移；q对路面不平度的激励；q=A cos wt。车轮和实验台架之间的动态负载是Fd(t。Fd(t=c1(z1-q+k1(z1-q车轮的阻尼系数比减震器的要小，所以我们可以忽略c1。所以c1=0，方程（1）和（2）可以简化成如下：m2 Z2+ c2 (z2-z1+k2(z2-Z1=0 （3）m1 Z2+c2(z1-z2+k2(z1-z2+k1(z1-q= 0 （4）2.2 汽车悬架的性能指标悬架的吸收率悬架的吸收

11、率反映了车轮和路面的动态粘性的能力。最小的垂直负载和发生共振时的车轮静态负载的比值就叫做是悬架的吸收率。吸收率越大，悬架的阻尼特性越好。3 设计汽车悬架性能的测试系统3.1 该系统的硬件设计测试台架的硬件设计如图1所示。在原激发试验台的基础上，两个转速传感器分别安装在左右在试验台架的凸轮上以用来测量汽车-台架振动系统在振动的过程中的差异性。这种实验台架可以测量，悬架振动频率和相应的振动波形.我们可以用振动频率，异常波形分析等来准确的评价悬架的综合性能。3.2 虚拟测试系统的设计23虚拟测试系统采用的是PCDAQ的方案。它是用来数据采集和对虚拟测试系统进行控制的。它包括速度传感器，力传感器，安装

12、有电脑的工作台和虚拟的软件。我们将测试系统的数字量变为系统的模拟量，这种模拟量的数字更加灵活，智能。同时它使pc机作为核心来支持硬件。图3 性能测试的结构图虚拟系统的硬件设计对汽车悬架的虚拟测试系统包括硬件和外设.基础硬件平台采用P4的工业计算机.外围硬件主要包括转速传感器和力传感器，信号处理和转换电路，一个多功能数据采集卡等。虚拟系统的软件设计虚拟系统的软件包括系统软件和应用软件。系统软件采用的是windows的操作系统。平台的应用系统是由美国国家仪器公司开发的Labview的软件。Labview是一个具有传播功能的软件。我们可以用它来设计应用程序，用户使用起来很方便。应用程序包括软面板仪器

13、，检测程序，检测数据库.text文件等4。4 结论两自由度的悬架的测试台架的振动模型对振动实验室可行的。悬架性能的评价指标和测试方法能够比较全面反映悬架性能。相对于传统的测试系统，基于虚拟仪器悬架性能测试系统具有更强大的功能。另外在它设施、扩展性、数据处理等方面有更多的优势。所需的投资低，开发周期短。其共同点是强劲，且易于维护。它提高了性能测试，智能化程度。它具有界面友好，易于操作，可以提高工作效率。事实证明，悬架测试系统基于虚拟仪器具有精度高，性能可靠。参 考 文 献1 Le Xiaoxiong,Zhang Lijun,Jiang Hao,(2002.Automobile vibration

14、 analysisM,Tongji University Press,Shanghai,pp59894 Zhang Min,Xu Xun,(2002.Signal detection based on Labview and data acquisition card,Journal of Northern Jiao tong University,Beijing,V01.24 No.5,PP.7881Duì qìch xuán jià de xn cèshì xìtng bokuò yìngjiàn hé wài shè hardware.The jch yìngjiàn píngtái ciyòng P4 de jch gngyè computer.The wàiwéi yìngjiàn zhyào bokuò xián wài zhunsù chu