CN105445040B - 一种用于测试多轴车辆转向性能的实验台架 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于测试多轴车辆转向性能的实验台架，包括支撑架及固定于支撑架上的车桥，所述车桥两侧端设置有轮胎，所述车桥的一侧或两侧设置有与轮胎相接触的路面模拟板，所述路面模拟板下方与液压伺服缸固定连接，本发明通过对液压伺服缸的精确控制，保证了实验台架模拟轮胎波动载荷及静载荷的精确性；通过调节横向伸缩结构的相互位置关系及液压缸行程长度，使台架可以应用于不同轮距以及不同高度车桥的模拟，有效提高了实验台架的适应性；通过更换不同材质的路面模拟板，实验台架可以模拟不同工况下的路面特性，有效提高了实验台架的实用性。

Description

一种用于测试多轴车辆转向性能的实验台架

技术领域

本发明公开一种用于测试多轴车辆转向性能的实验台架。

背景技术

目前，多轴转向技术是车辆行业中的一个关键技术，大型轮式车辆广泛应用于基础设施建设（如大吨位全地面起重机、大型运梁车和矿用自卸车等民用装备）及军事重工领域（如大型导弹运输车、重型电子发射车和牵引运载车等军用特种车辆）。高性能多轴转向可显著提升大型轮式车辆的低速行驶机动灵活性和高速行驶操纵稳定性，已成为衡量现代大型重载车辆发展水平的关键技术。

近年来，随着多轴转向技术研究的深入，实验车型的整车试验更贴近真实效果而受到越来越多的公司以及科研机构的关注。然而，由于整车实验系统庞大、实验环境复杂（受季节更替、车辆作用、路面维修等因素影响），实际使用时难以提供长期、稳定的实验条件。因此，依靠精简可靠的室内实验台架部分模拟整车实验技术是目前多轴转向测试技术的一个发展趋势。

当前，室内台架的实验研究主要围绕整车车桥实验和单转向轮实验两方面展开。（1）在整车车桥实验方面：多轴转向实验台架通过调节加载螺栓的紧固力，对车桥或车架进行变载荷加载，并将底座连接板上面的拉压传感器采集的载荷信号传递至LED进行数值直观显示载荷变化（如参考专利201210394336.1）。或测试整车刚度实验台架通过设立在调节机构上左右两端的托架将整车悬架系统锁紧支撑，并且通过调节设立在底座上的转动销的转动角度实现扭转实验和弯曲实验的快速转换效果（如参考专利201310052728.4）。（2）在单转向轮实验方面：将四分之一悬架系统设立在支撑台架上，其下设有作动台架，作动台架采用电机驱动激振方式，伺服电机在不同的控制策略下输出不同的激振信号，模拟实际路面不平度（如参考专利200910153880.5），或是通过将四分之一悬架系统设立在可移动的台架上，通过台架在轨道上行驶带动轮胎在模拟地面转动，测试其转动性能（如参考专利US20040007046A1）。

现有的专利有助于提高了室内模拟实验的真实性和可靠性，但仍存在一些不足，主要表现为：

1、传统实验台架在模拟车辆静态转向路面复合载荷特性遇到障碍。车辆在不平顺道路上行驶，轮胎受到车身重力影响的静载荷之外，还要受到由于道路的不平顺对轮胎激振产生的动载荷。此外，车辆在有坡度道路上行驶时，由于车桥两侧轮胎接触的地面存在一定高度差，车身与地面产生倾斜后车桥两侧轮胎受到不同的偏心动载荷。而传统实验台架不仅无法有效模拟车轮在静态转向过程中所受到的波动载荷，也无法模拟车桥在有坡度的不平顺道路上，双侧轮胎受到的偏心载荷。传统模拟实验往往简化忽略以上路面复合载荷特性情况，导致实验数据与真实情况存在较大误差，实验模拟的真实性受限（参考专利201210131241.0）。

2、传统室内实验台架可模拟路况单一，多路况的复合模拟实验受到制约。车辆在不同路面（比利时路、鱼鳞坑路、扭曲路、高速环道、砂石路、土路等）行驶过程中，轮胎所受到的摩擦阻力不同导致所受到的波动载荷存在较大差异，最终影响实验分析结果。但是，传统的测试台架难以实现不同路面工况的复合模拟，导致实验测试效果单一，测试结果不全面（参考专利201310052728.4）。

3、传统实验台架采用固定式支撑结构，难以满足不同轮距、不同高度的车桥测试需求。现实中不同型号的车辆，其车桥轮距、高度各不相同，传统台架通常针对特定轮距的车桥进行设计加工，之后将车桥固定在台架的两个固定支撑端进行测试分析。面对轮距、高度差异较大的车桥，固定式结构的实验台架难以满足其需求，台架的使用范围受到限制。

发明内容

本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是传统实验台架存在无法模拟受到由于道路的不平顺对轮胎激振产生的动载荷，适用范围窄，支撑结构较差等问题。

本发明的具体实施方案是：一种用于测试多轴车辆转向性能的实验台架，包括支撑架及固定于支撑架上的车桥，所述车桥两侧端设置有轮胎，所述车桥的一侧或两侧设置有与轮胎相接触的路面模拟板，所述路面模拟板下方与液压伺服缸固定连接。

进一步的，所述路面模拟板经固定装置固定于一加载盘上，所述固定装置包括设置于路面模拟板上的压板，所述压板与加载盘固定连接使路面模拟板夹于压板与加载盘之间。

进一步的，所述支撑架包括一对纵向设置的主架，所述一对主架之间设有横向连接件，所述横向连接件由两个或两个以上能相对横向移动的部件构成。

进一步的，所述横向连接件包括外套管及套设于外套管内的内套管构成，所述外套管与内套管与不同的主架固定连接，所述外套管和内套管中部设有滑槽，滑槽中部设有锁紧销。

进一步的，所述路面模拟板下方还设有导柱，所述导柱外设有法兰盘，法兰盘内侧与导柱之间从上至下依次安装有铜套、间隙轴套、铜套，所述导柱可以沿着铜套上下移动，且导柱与铜套之间设有润滑剂。

进一步的，所述铜套内部设有注油孔，所述注油孔采用双螺旋式结构。

进一步的，所述主架顶端上固定有套于桥架外侧的槽状件，所述槽状件侧部设有贯穿槽状件及桥架的双头螺柱实现锁紧连接。

进一步的，所述桥架上部设有扣于桥架的U型件，所述U型件下端延伸至横向连接件，并通过锁紧螺钉固定于横向连接件。

进一步的，所述主架底部设有底架，所述底架上设有液压系统集成阀块安装结构，底架底部设有万向轮，所述底架上部设有纵向设置的加固板。

进一步的，所述路面模拟板材质为水泥板、沙土板或沥青板。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1）基于电液伺服复合控制的测试台架转向桥模拟加载模块，有效解决模拟车轮在静态转向路面复合载荷特性。采用该实验台通过后续针对不同控制策略对液压伺服缸实施电液伺服进行复合控制，即可实现伺服缸的激振频率和振幅的任意调节；也可根据实车采集的随机信号复现载荷谱，激励液压伺服缸用以模拟多轴车辆转向系统在不平顺路面转向过程中所受的静载荷及波动载荷。该加载模块的波动、静载荷也可相互独立控制达到不同的控制效果，用以模拟车辆在不同坡度上由于重心偏移导致车桥双侧轮胎受到的偏心载荷，提高了实验模拟的多样化以及实验测试的真实性。

2）通过快速更换不同材料的路面模拟板，可实现车辆轮胎多路况复合模拟。通过分别更换不同材料的测试台架两端路面模拟板，实现模拟车辆同轴中的两个轮胎行驶在不同复杂路面工况。该模块实现了车桥在室内的多样化路面的复合模拟，解决了传统实验方法中场地选择的难题。并且该装置能够极大的缩短实验周期，提高实验可循环性，具有较大的现实意义。

3）通过调节横向连接件的伸缩结构，可满足多种车型车桥的测试需求。通过调节横向横向连接件伸缩结构的相互位置关系及液压伺服缸行程长度，可满足不同轮距、高度车桥的测试。同时，整体实验台架采用轴对称结构设计，可以同时满足多轴车辆转向系统的整车桥测试和单车车轮测试，扩大了实验台架的使用范围，有效提高了实验台架的适应性。

附图说明

图1为本发明多轴车辆转向实验台架与车桥整体效果图；

图2为本发明多轴车辆转向实验台架各模块爆炸图；

图3为本发明中横向伸缩、转向桥锁紧及转向桥支撑转换结构图；

图4为本发明中转向桥模拟加载模块图；

图5为路面模拟模块结构图；

图6为本发明中助力伸缩导向模块结构图；

图7为本发明中底架模块结构图。

图中：1、轮胎，2、车桥，3、紧定螺钉，4、转向桥支撑转换结构，5、双头螺柱，6、转向桥锁紧结构，7、横向伸缩结构，8、横向伸缩结构连接板，9、主架横向加强筋，10、锁紧销，11、主架，12、主架纵向加强筋，13、压板，14、路面模拟板，15、稳固块，16、加载盘，17、支耳，18、导柱，19、铜套，20、间隙轴套，21、法兰盘，22、底座连接板，23、销轴，24、带有关节轴承的单耳环，25、杠头，26、液压伺服缸，27、加固板，28、液压系统集成阀块安装结构，29、承重万向轮，30、底架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1-图2所示，分别为本发明多轴车辆转向实验台架与车桥整体效果图和实验台架各模块爆炸图。本实施例中，一种用于测试多轴车辆转向性能的实验台架，主要包括支撑底座模块A、助力伸缩导向模块B、路面模拟模块C、转向桥模拟加载模块D、主架模块E组成；

支撑底座模块A位于测试台架最下方，支撑底座模块A左右两侧均布置助力伸缩导向模块B，各助力伸缩导向模块B上方均连接有路面模拟模块C，每一侧的路面模拟模块C与支撑底座模块A均布置有与它们连接的转向桥模拟加载模块D，支撑底座模块A中间区域的上方设有主架模块E，通过主架模块E的连接装置可实现被测车桥与实验台架的固连；

其中的支撑底座模块A包括底架30和液压系统集成阀块安装结构28；

其中的助力伸缩导向模块B包括与底架30相连接的底座连接板22，底座连接板22上连接有法兰盘21，法兰盘21外圆周设有对称的加强筋，在法兰盘21内部从上至下依次安装有铜套19、间隙轴套20、铜套19，其中导柱18可以沿着铜套19上下移动，二者之间注入润滑油；

其中的路面模拟模块C自上而下依次包括路面模拟板14和加载盘16，并通过它们上方的压板13将其压紧；

其中的转向桥模拟加载模块D包括一个通过法兰连接方式安装在底座连接板22上的液压伺服缸26，杠头25顶端设有带有关节轴承的单耳环24，通过销轴23实现带有关节轴承的单耳环24与加载盘16的连接；

其中的主架模块E包括横向伸缩结构7，且通过两个横向伸缩结构连接板8连接至支撑主架11，支撑主架11一端顶部焊接有转向桥支撑转换结构4。

图3为本发明中横向伸缩、转向桥锁紧及转向桥支撑转换结构图，其中横向伸缩结构7主要是由两个横截面积尺寸大小不同、且开有槽口的方管7（1）和7（2）组成，两根方管相互嵌套，各自通过两个横向伸缩结构连接板8连接至主架11，同时，两根方管通过滑槽可实现轴向距离的伸缩，距离调定后，锁紧销10通过两个方管的槽口可将其锁定，从而实现不同轮距实验台架的快速搭接，增加了实验台架的适应性。

其中转向桥支撑转换结构4通过焊接形式连接在主架11顶端，其横截面为“U”型结构部件。转向桥支撑转换结构4通过下端设有的两个双头螺柱5与车桥2锁紧连接，并通过上端设有的两个紧定螺钉3调节车桥2与转向桥支撑转换结构4之间的径向间隙，防止被测车桥2在受到偏心载荷作用产生径向滑移，影响实验效果。

其中转向桥锁紧结构6为两个横截面积为U型的板结构，当被测车桥安放在实验台架上时，转向桥锁紧结构6限定车桥位置，最终通过锁紧螺钉将被测车桥2和横向伸缩结构7紧固在一起，防止被测车桥受载过程中产生扭转或振动，提高实验测试的安全性。

图4为本发明中转向桥模拟加载模块D及路面模拟模块C结构图，转向桥模拟加载模块D是由液压伺服缸26、带有关节轴承的单耳环24、销轴23组成。其中，液压伺服缸26采用尾部法兰连接方式安装在底座连接板22上，杠头25顶端设有带有关节轴承的单耳环24，通过销轴23实现带有关节轴承的单耳环24与加载盘16的连接。由于轮胎1在路面模拟板14上转动过程中会产生很大的扭转力矩，扭矩会依次通过路面模拟板14、加载盘16、带有关节轴承的单耳环24传递到液压伺服缸26，为了防止液压伺服缸26受较大扭矩作用而产生损坏，本发明中，伺服缸26两端增添两根导柱18，当产生较大扭矩时，导柱18可以抵抗大部分外力，保障液压伺服缸26不受较大扭矩，同时，带有关节轴承的单耳环24结构使液压缸能够在一定角度范围内转动，进一步提高了实验台架的安全性。

路面模拟模块C是由加载盘16、路面模拟板14、压板13、稳固块15组成，其中路面模拟板14位于加载盘16的上方，通过用双头螺柱拧紧压板13将二者其锁紧，防止模拟路面板14在加载过程中产生竖直方向振动，保证实验效果的准确性。同时，路面模拟板14的四个直角处安装有8个角铁结构的稳固块15，通过限定路面模拟板14水平方向的自由度。可防止轮胎1原地转动时，路面模拟板14在水平方向上窜动，进一步保证实验效果的稳定性。路面模拟板14为具有一定厚度的可更换的板状物，通过更换不同材质的路面模拟板可以模拟车轮行驶在不同路面过程中的实际工况，实现了车桥在室内多路况的复合模拟。

在实验台架无法达到精确模拟车辆在行驶转动过程中所受到的动载荷情况下，对于模拟轮胎静态转动过程中所受到的动载荷也是多轴转向技术科研的一种需求。本发明通过不同控制策略对液压伺服缸实施电液伺服的复合控制，可实现伺服缸的激振频率和振幅的任意调节；也可根据实车采集的随机信号复现载荷谱，激励液压伺服缸用以模拟多轴车辆转向系统在不平顺路面转向过程中所受的静载荷及波动载荷。该加载模块的波动、静载荷也可相互独立控制达到不同的控制效果，用以模拟车辆在不同坡度上由于重心偏移导致车桥双侧轮胎受到的偏心载荷，提高了实验模拟的多样化以及实验测试的真实性。

图5～6为本发明中助力伸缩导向模块B结构图及原理图，助力伸缩导向模块B对称分布在转向桥模拟加载模块D的两侧，其中的助力伸缩导向模块B是由导柱18、铜套19、间隙轴套20、法兰盘21、底座连接板22组成，底座连接板22通过焊接或是螺栓连接到底架30上，法兰盘21通过圆周均匀布置的8个螺钉安装在底座连接板22上，法兰盘21设有4个对称的加强筋，在法兰盘21内部从上至下依次安装有铜套19、间隙轴套20、铜套19，其中导柱18可以沿着铜套19上下移动，二者之间通过注入润滑油，以减少移动过程所产生的摩擦，铜套19内部的注油孔采用双螺旋式结构，该结构有益于润滑油均匀分布在铜套19内部。其中的间隙轴套20为工艺轴套，易于铜套19在法兰盘21内部的安装和拆卸。此结构设计的益处在于导柱18可以抵消由于轮胎转动而产生的较大扭矩M，防止液压伺服缸26受较大扭矩M作用而产生损坏，根据扭矩公式M=F*S，可以得知两根导柱18的距离越大，抵抗力矩就越大，通过计算可以合理选择导柱18间距和导柱18直径。由于导柱18与铜套19采用间隙配合，导柱18与铜套19之间存在微小的缝隙，在受到较大扭矩时，导柱18会沿着扭矩的方向发生微小位移的转动，由于导柱18与加载盘16采用刚性连接，加载盘16也会带着伺服液压缸26随着导柱18的转动而发生微小转动，以抵抗大部分外力；同时，带有关节轴承的单耳环24结构会根据相对转动的角度自行调节液压伺服缸26的转角，使其在一定角度范围内转动，保证液压伺服缸26在稳定可靠的环境下工作。

图7为本发明中底架模块E结构图，其中的底架模块E主要是由底架30、加固板27、液压系统集成阀块安装结构28、承重万向轮29组成，其中，底架30采用槽钢或是矩管焊接而成，焊接的底架显 “田”字型结构，该结构可以增大底座连接板22的安装空间，有利于提高底架30的稳定性。液压集成阀块安装结构28为矩形板，其通过焊接或是螺栓连接的方式连接在底架30上，底架30的下面设有承重万向轮29，提高了测试台架的可移动性。

本发明独特的钢架及助力伸缩导向结构，有效保证了实验台架的稳定性；通过对液压伺服缸的模拟控制，保证了实验台架模拟轮胎波动载荷及静载荷的精确性；通过调节横向伸缩结构的相互位置关系及液压伺服缸的行程，使台架可以应用于不同轮距、高度车桥的模拟，有效提高了实验台架的适应性；通过更换不同材质的路面模拟板（水泥板、沙土板、沥青板等），实验台架可以模拟不同工况下的路面特性，有效提高了实验台架的实用性。

在模拟特定环境下，本实验台架可以测试多轴车辆转向系统的转动力矩，轮胎原地转向阻力矩、轮胎与地面的摩擦系数等；通过不同控制策略对液压伺服缸实施电液伺服的复合控制，可实现伺服缸的激振频率和振幅的任意调节；也可根据实车采集的随机信号复现载荷谱，激励液压伺服缸用以模拟多轴车辆转向系统在不平顺路面转向过程中所受的静载荷及波动载荷；该加载模块的波动、静载荷也可相互独立控制达到不同的控制效果，用以模拟车辆在不同坡度上由于重心偏移导致车桥双侧轮胎受到的偏心载荷，提高了实验模拟的多样化以及实验测试的真实性。

以上所述均为本创作技术内容，其中含有较多专业术语，但不能以此限定本专利的保护范围，熟悉该技术领域的人士可在了解本专利的核心内容后对其进行修改而达到等效目的，而此等效又可做稍加修饰，皆应涵盖于权利要求范围内。

Claims (3)

1.一种用于测试多轴车辆转向性能的实验台架，包括支撑架及固定于支撑架上的车桥，所述车桥两侧端设置有轮胎，其特征在于，所述车桥的一侧或两侧设置有与轮胎相接触的路面模拟板，所述路面模拟板下方与液压伺服缸固定连接，所述路面模拟板经固定装置固定于一加载盘上，所述固定装置包括设置于路面模拟板上的压板，所述压板与加载盘固定连接使路面模拟板夹于压板与加载盘之间;

所述支撑架包括一对纵向设置的主架，所述一对主架之间设有横向连接件，所述横向连接件由两个或两个以上能相对横向移动的部件构成；

所述横向连接件包括外套管及套设于外套管内的内套管构成，所述外套管与内套管与不同的主架固定连接，所述外套管和内套管中部设有滑槽，滑槽中部设有锁紧销；

所述路面模拟板下方还设有导柱，所述导柱外设有法兰盘，法兰盘内侧与导柱之间从上至下依次安装有铜套、间隙轴套、铜套，所述导柱可以沿着铜套上下移动，且导柱与铜套之间设有润滑剂；

所述铜套内部设有注油孔，所述注油孔采用双螺旋式结构；

所述主架顶端上固定有套于桥架外侧的槽状件，所述槽状件侧部设有贯穿槽状件及桥架的双头螺柱实现锁紧连接；

所述桥架上部设有扣于桥架的U型件，所述U型件下端延伸至横向连接件，并通过锁紧螺钉固定于横向连接件。

2.根据权利要求1所述的一种用于测试多轴车辆转向性能的实验台架，其特征在于，所述主架底部设有底架，所述底架上设有液压系统集成阀块安装结构，底架底部设有万向轮，所述底架上部设有纵向设置的加固板。

3.根据权利要求1所述的测试多轴车辆转向性能的实验台架，其特征在于，所述路面模拟板材质为水泥板、沙土板或沥青板。