一种用于汽车底盘模拟路试的加载系统及试验设备

技术领域

本申请涉及汽车底盘悬架系统试验技术领域，具体涉及一种用于汽车底盘模拟路试的加载系统及试验设备。

背景技术

整个汽车底盘的疲劳耐久性道路试验属于汽车开发的最终环节，通常是在专业试车场进行的，需要使用整车，试车人员工作疲劳强度大，周期很长，测试成本高，一旦出现零部件的失效，会造成严重的开发费用和进度损失，因此在进行整车路试试验之前，需要在试验室进行汽车底盘零部件级和系统级的可靠性验证。

为了验证车轮的疲劳耐久性能，一般在试验室采用径向疲劳、弯曲疲劳和模拟路试的双轴疲劳试验进行验证，但是这些台架试验只安装车轮，没有考虑悬架对车轮所受载荷的缓冲作用，试验结果会与实车结果有一定的偏差。为了验证汽车底盘系统的疲劳耐久性能，在试验室可以进行四分之一悬架系统、二分之一车辆或整个底盘的轴耦合道路模拟试验，但是试验不安装车轮，在轴头加载，无法考察车轮性能，并且试验对迭代评价、贴片测量、数据分析等要求较高，试验费用也高。

发明内容

本申请实施例提供了一种用于汽车底盘模拟路试的加载系统及试验设备，可解决背景技术中的问题，可模拟施加汽车在实际道路行驶过程中底盘所受的各种载荷，同时测试车轮及悬架等汽车底盘件的疲劳耐久性能，试验结果与试车场试验的结果一致性高，并具有通配性，可以安装并测试多种车型的车轮和悬架系统的疲劳耐久性能，缩短了整车的开发周期，降低了开发成本。

为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：

第一方面，提供一种用于汽车底盘模拟路试的加载系统，其特征在于，所述加载系统包括安装座、倾角调节组件、车重加载组件、转角调节组件、垂直载荷加载组件和适配板，所述倾角调节组件安装在所述安装座上，所述车重加载组件设置在所述倾角调节组件上，所述转角调节组件设置在所述车重加载组件上，所述垂直载荷加载组件设置在所述转角调节组件上；所述适配板用于安装悬架组件及车轮，所述适配板竖直向下固定在所述转角调节组件上，所述垂直载荷加载组件作用于所述适配板的上端。

在一些实施例中，所述倾角调节组件包括倾角L臂固定主体、倾角转轴、倾角调节电控单元，所述倾角L臂固定主体活动连接在所述安装座上，可绕所述倾角转轴转动；所述倾角调节电控单元一端活动连接在所述安装座上，另一端活动连接所述倾角L臂固定主体，所述倾角调节电控单元可以带动所述倾角L臂固定主体绕所述倾角转轴转动；所述车重加载组件包括倾角L臂和倾角L臂垂直调节电控单元，所述倾角L臂固定主体的侧面设置竖直向下的第一导轨，所述倾角L臂设置在所述第一导轨上，倾角L臂垂直调节电控单元设置于所述倾角L臂固定主体上，所述倾角L臂垂直调节电控单元能带动所述倾角L臂沿所述第一导轨上下移动；所述转角调节组件包括转角L臂、第一轴承和转角调节电控单元，所述转角L臂的水平部分与第一轴承的内圈固定连接，所述倾角L臂的水平部分与第一轴承的外圈连接，所述转角调节电控单元设置在所述转角L臂和所述倾角L臂之间，能够驱动所述转角L臂绕所述转角调节电控单元的转轴转动；所述垂直载荷加载组件包括垂直载荷液压作动器，所述垂直载荷液压作动器固定在所述转角L臂上，位于所述适配板的垂直上方，且与所述适配板相连接；所述适配板竖直向下固定在所述转角L臂的竖直部分的内侧。

在一些实施例中，所述倾角调节电控单元为电动缸、气缸、液压缸中的任意一种。

在一些实施例中，所述倾角L臂垂直调节电控单元包括第一电机、第一减速机、皮带和第一丝杆、第一滑块，所述第一电机的输出端经所述第一减速机、皮带连接所述第一丝杠，并能够带动所述第一丝杠转动；所述第一滑块与所述倾角L臂固定连接，所述第一丝杠与所述第一滑块配合。

在一些实施例中，所述转角调节电控单元包括转角电机、第二减速机，所述转角电机的外壳固定在所述转角L臂上，所述转角电机的输出轴经所述第二减速机固定在所述倾角L臂上。

在一些实施例中，所述适配板和所述转角L臂的竖直部分的内侧之间设置六分力传感器单元，所述六分力传感器单元包括底板、六分力传感器、盖板，六分力传感器布置在底板和盖板中间；所述盖板上设置第二导轨，所述适配板设置在所述第二导轨上，所述适配板能够沿所述第二导轨上下移动。

第二方面本申请的另一实施例中提供了一种用于汽车底盘模拟路试的试验设备，包括上述任一实施例中所述的一种用于汽车底盘模拟路试的加载系统，还包括悬架组件、加速扭矩组件和转鼓组件，悬架组件包括悬架固定架和用于安装车轮的四分之一悬架，所述四分之一悬架固定在所述悬架固定架上，所述悬架固定架固定在所述适配板上；所述加速扭矩组件的输出端连接所述四分之一悬架的传动轴，用于驱动车轮加速旋转；所述悬架组件能够通过车轮加载到所述转鼓组件上。

在一些实施例中，所述加速扭矩组件包括扭矩轴驱动电机、减速器、扭矩轴，扭矩轴驱动电机的输出轴经所述减速器连接所述扭矩轴，所述扭矩轴连接所述四分之一悬架的传动轴。

在一些实施例中，所述转鼓组件包括转鼓、转鼓减速机、转鼓电机，所述转鼓电机的输出轴通过转鼓减速机连接所述转鼓的中心轴，所述转鼓电机能够驱动所述转鼓转动。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种用于汽车底盘模拟路试的加载系统及试验设备，加载系统包括倾角调节组件、车重加载组件、转角调节组件、垂直载荷加载组件，可模拟施加汽车在实际道路行驶过程中底盘所受的各种载荷，保证了模拟试验结果与实车试车场检测的结果的一致性；试验设备还包括悬架组件、加速扭矩组件和转鼓组件，能够同时测试车轮及悬架等汽车底盘件的疲劳耐久性能，试验结果与试车场试验的结果一致性高，并具有通配性，可以安装并测试多种车型的车轮和悬架系统的疲劳耐久性能，缩短了整车的开发周期，降低了开发成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一种用于汽车底盘模拟路试的加载系统的结构示意图。

图2是本申请一种用于汽车底盘模拟路试的加载系统的装配结构图（爆炸图）。

图3是本申请一种用于汽车底盘模拟路试的加载系统的倾角L臂垂直调节电控单元的局部结构图。

图4是本申请一种用于汽车底盘模拟路试的试验设备的结构示意图。

图5是本申请一种用于汽车底盘模拟路试的试验设备的车轮及悬架组件的结构示意图。

图6是本申请一种用于汽车底盘模拟路试的试验设备的车轮及悬架组件的装配结构图（爆炸图）。

图7是本申请一种用于汽车底盘模拟路试的试验设备的加速扭矩组件结构示意图。

图8是本申请一种用于汽车底盘模拟路试的试验设备的转鼓组件的结构示意图。

其中：1-加载系统、2-加速扭矩组件、3-悬架组件、4-转鼓组件、5-车轮、101-倾角调节电控单元、102-倾角转轴、103-倾角L臂固定主体、104-倾角L臂、105-倾角L臂垂直调节电控单元、106-转角L臂、107-转角调节电控单元、108-适配板、109-六分力传感器单元、110-垂直载荷液压作动器、111-安装座、112-第一导轨、113-第一电机、114-第一减速机、115-皮带、116-第一丝杆、117-第一滑块、118-第一轴承、119-转角电机、120-第二减速机、121-第二导轨、201-扭矩轴驱动电机、202-减速器、203-扭矩轴、302-刹车盘、303-刹车盘盖板、304-刹车钳、305-轮毂轴承、306-传动轴、307-转向节、308-阻尼器及弹簧、309-上前控制臂、310-上后控制臂、311-下前控制臂、312-下后控制臂、313-趾型控制臂、314-悬架固定架、401-转鼓、402-转鼓减速机、403-转鼓电机。

具体实施方式

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1：

本发明实施例1中提供了一种用于汽车底盘模拟路试的加载系统，如图1中所示，所述加载系统包括安装座111、倾角调节组件、车重加载组件、转角调节组件、垂直载荷加载组件和适配板108。所述倾角调节组件安装在所述安装座111上，所述车重加载组件设置在所述倾角调节组件上，所述转角调节组件设置在所述车重加载组件上，所述垂直载荷加载组件设置在所述转角调节组件上。所述适配板108用于安装悬架组件3及车轮5，所述适配板108竖直向下固定在所述转角调节组件上，所述垂直载荷加载组件作用于所述适配板108的上端。

如图1-2中所示，所述倾角调节组件包括倾角L臂固定主体103、倾角转轴102、倾角调节电控单元101，所述倾角L臂固定主体103活动连接在所述安装座111上，可绕所述倾角转轴102转动，如图2中所示所述倾角L臂固定主体103固定在所述倾角转轴102，所述倾角转轴102通过其两端的轴承和轴承固定座固定在所述安装座111上。所述倾角调节电控单元101一端活动连接在所述安装座111上，另一端活动连接所述倾角L臂固定主体103，所述倾角调节电控单元101可以带动所述倾角L臂固定主体103绕所述倾角转轴102转动。所述倾角调节电控单元101为电动缸（也可以为气缸或者液压缸）。

如图1-2中所示，所述车重加载组件包括倾角L臂104和倾角L臂垂直调节电控单元105，所述倾角L臂固定主体103的侧面设置竖直向下的第一导轨112，所述倾角L臂104设置在所述第一导轨112上，倾角L臂垂直调节电控单元105设置于所述倾角L臂固定主体103上开设的槽内，所述倾角L臂垂直调节电控单元105能带动所述倾角L臂104沿所述第一导轨112上下移动。如图2-3所示，所述倾角L臂垂直调节电控单元105包括第一电机113、第一减速机114、皮带115和第一丝杆116、第一滑块117，所述第一电机113的输出端经第一减速机114、皮带115连接所述第一丝杠116，并能够带动所述第一丝杠116转动，所述第一滑块117与所述倾角L臂104固定连接，所述第一丝杠116与所述第一滑块117配合。

所述转角调节组件包括转角L臂106、第一轴承118和转角调节电控单元107，所述转角L臂106的水平部分与第一轴承118的内圈固定连接，所述倾角L臂104的水平部分与第一轴承118的外圈连接。所述转角调节电控单元107设置在所述转角L臂106和所述倾角L臂104之间，能够驱动所述转角L臂106绕所述转角调节电控单元107的转轴转动。所述转角调节电控单元107包括转角电机119、第二减速机120，所述转角电机119的外壳固定在所述转角L臂106上，所述转角电机119的输出轴经所述第二减速机120固定在所述倾角L臂104上。

所述垂直载荷加载组件包括垂直载荷液压作动器110，所述垂直载荷液压作动器110固定在所述转角L臂106上，位于所述适配板108的垂直上方，且与所述适配板108相连接。所述适配板108竖直向下固定在所述转角L臂106的竖直部分的内侧。

所述适配板108和所述转角L臂106的竖直部分的内侧之间设置六分力传感器单元109，所述六分力传感器单元包括底板、六分力传感器、盖板，六分力传感器布置在底板和盖板中间。所述盖板上设置第二导轨121，所述适配板108设置在所述第二导轨上121，所述适配板108能够沿所述第二导轨121上下移动。

本实施例1中提供的一种用于汽车底盘模拟路试的加载系统，倾角调节电控单元101调节倾角L臂固定主体103绕倾角转轴102转动的角度，使得测试的实车悬架组件3倾角与实车相同；倾角L臂垂直调节电控单元105调节倾角L臂104的垂直位移，垂直载荷液压作动器110调节适配板108的垂直位移，保证在垂直载荷液压作动器110的合理行程范围内给测试的实车车轮5及悬架组件3施加等于实车车重的预载荷；转角调节电控单元107驱动转角L臂106转动，调节车轮5的转角，模拟实车在道路上转弯的工况，为测试的车轮及悬架系统施加侧向载荷；垂直载荷液压作动器110施加垂直载荷，垂直载荷经适配板108传递到测试的车轮5及悬架组件3，模拟实车在道路上行驶时由于路面颠簸所受的垂向载荷。本实施例1中的加载系统可模拟施加汽车在实际道路行驶过程中底盘所受的各种载荷，保证了模拟试验结果与实车试车场检测的结果的一致性。

实施例2

在本实施例中提供了一种用于汽车底盘模拟路试的试验设备，如图4中所示包括实施例1中的加载系统1、加速扭矩组件2、悬架组件3、转鼓组件4。悬架组件3包括悬架固定架314和用于安装车轮5的四分之一悬架，所述四分之一悬架固定在所述悬架固定架314上，所述悬架固定架314固定在所述加载系统1的适配板108上。所述加速扭矩组件2的输出端连接所述四分之一悬架的传动轴306，用于驱动车轮5（包括轮毂和轮胎）旋转。所述悬架组件3能够通过车轮5加载到所述转鼓组件4上。

如图7中所示，加速扭矩组件2包括矩轴驱动电机201、减速器202、扭矩轴203，扭矩轴驱动电机201的输出轴经所述减速器202连接所述扭矩轴203，所述扭矩轴203连接所述四分之一悬架的传动轴。

如图5-6中所示，测试的实车悬架组件3的四分之一悬架包括刹车盘302、刹车盘盖板303、刹车钳304、轮毂轴承305、传动轴306、转向节307、阻尼器及弹簧308、上前控制臂309、上后控制臂310、下前控制臂311、下后控制臂312、趾型控制臂313、悬架固定夹具314。刹车盘302、刹车盘盖板303、刹车钳304、轮毂轴承305、传动轴306、转向节307、阻尼器及弹簧308、上前控制臂309、上后控制臂310、下前控制臂311、下后控制臂312、趾型控制臂313均是某款轿车的原车配件。

按照实车装配尺寸设计悬架固定架313，将车轮5的轮胎充气至正常胎压，将车轮5刹车盘302、刹车盘盖板303、刹车钳304、轮毂轴承305、传动轴306、转向节307、阻尼器及弹簧308、上前控制臂309、上后控制臂310、下前控制臂311、下后控制臂312、趾型控制臂313按照实车的装配关系安装到悬架固定架314上组装成测试的实车车轮5及悬架组件3。

悬架固定夹具313通过螺栓与车轮及悬架系统适配板108连接。六分力传感器单元109的盖板上设置导轨，车轮及悬架系统适配板108通过导轨与六分力传感器单元109连接。六分力传感器单元109的底板通过螺栓连接在转角L臂106的一个侧面上。垂直载荷液压作动器110固定在转角L臂106上，位于车轮及悬架系统适配板108的垂直上方，且与车轮及悬架系统适配板108相连接。

倾角L臂104与转角L臂106通过转角调节电控单元107连接，所述第一轴承118为四点接触球轴承，转角调节电控单元107的转轴与四点接触球轴承的外圈固定在倾角L臂104上，四点接触球轴承的内圈和转角调节电控单元107的外壳与转角L臂106连接，转角调节电控单元107的转角电机119经第二减速机120带动四点接触球轴承内圈转动，从而驱动转角L臂106绕倾角L臂104（也即转角电机119的转轴）转动，实现模拟汽车转弯时车轮5转动的不同角度。

倾角L臂固定主体103的一个侧面设置第一导轨，倾角L臂104通过第一导轨与倾角L臂固定主体103连接，倾角L臂垂直调节电控单元105置于倾角L臂固定主体103内，倾角L臂垂直调节电控单元105的第一电机113输出动力经第一减速机114、皮带115带动第一丝杠116转动，第一丝杠116与所述第一滑块117配合，所述第一滑块117与倾角L臂104连接，从而第一电机113可以带动倾角L臂104沿倾角L臂固定主体103上的导轨上下移动，使得车轮5按照实车承受自重的情况压在转鼓401上。

倾角L臂固定主体103下方安装倾角转轴102，倾角调节电控单元101安装在倾角L臂固定主体103的一侧，倾角调节电控单元101的输出端带动倾角L臂固定主体103绕倾角转轴102转动，也就通过相连接的倾角L臂104、转角L臂106、六分力传感器单元109、适配板108最终实现测试的悬架组件3的车轮5按照实车的外倾角大小与实车竖直面形成相同大小的外倾角。

如图8中所示，转鼓组件4包括转鼓401、转鼓减速机402、转鼓电机403，转鼓电机403驱动转鼓401转动，转鼓401的材料为碳钢Q345，转鼓电机403的输出轴通过转鼓减速机402连接所述转鼓401的中心轴，并带动转鼓401转动，还原车轮5在道路上直线行驶的状态。当车轮5加载到所述转鼓401上时，转鼓401转动能带动车轮5转动。

加速扭矩模块2包括扭矩轴驱动电机201、减速器202、扭矩轴203，扭矩轴203与测试的悬架组件3的四分之一悬架的传动轴306连接，扭矩轴驱动电机201输出扭矩经减速器202、扭矩轴203、传动轴306带动车轮5加速转动。

本实施例2中的一种用于汽车底盘模拟路试的试验设备，在测试时将测试的实车车轮5和车轮悬架系统3固定到加载系统1的适配板108上；倾角调节电控单元101调节倾角L臂固定主体103绕倾角转轴102转动的角度，使得测试的实车悬架组件3倾角与实车相同；倾角L臂垂直调节电控单元105调节倾角L臂104的垂直位移，垂直载荷液压作动器110调节适配板（108）的垂直位移，保证在垂直载荷液压作动器110的合理行程范围内给测试的悬架组件3施加等于实车车重的预载荷；转鼓转动带动车轮5转动，使得测试的车轮5及悬架组件3实现模拟实车在道路上直线行驶的工况；转角调节电控单元107驱动转角L臂106转动，调节车轮5的转角，模拟实车在道路上转弯的工况，为测试的车轮及悬架系统施加侧向载荷；垂直载荷液压作动器110施加垂直载荷，垂直载荷经适配板108传递到测试的悬架组件3及车轮5，模拟实车在道路上行驶时由于路面颠簸所受的垂向载荷；加速扭矩组件2通过传动轴306给车轮5施加加速扭矩，模拟实车在道路上加速行驶的工况，为测试的悬架组件3及车轮5施加纵向载荷。

本实施例2中的一种用于汽车底盘模拟路试的试验设备进行汽车底盘模拟路试试验时包括如下步骤。

1.确定试验参数。测试对象为某款轿车左后车轮及其悬架系统，车轮外倾角为1.594°，车自重为2145kg，满载车重为2825kg，目标载荷文件为自主采集的道路载荷谱。

2.组装测试的车轮及悬架系统。在市场上采购某款轿车的车轮5、刹车盘302、刹车盘盖板303、刹车钳304、轮毂轴承305、传动轴306、转向节307、阻尼器及弹簧308、上前控制臂309、上后控制臂310、下前控制臂311、下后控制臂312、趾型控制臂313。在车轮的轮辐、轮心、外轮缘、内轮缘粘贴4个应变片。将轮毂和轮胎组装成车轮5，轮胎充气至胎压200kPa，按照原车装配关系安装到悬架固定架314上组装成测试的实车车轮5及悬架组件3。

3.将测试的车轮及悬架系统安装到加载系统。将测试的实车悬架组件3的悬架固定架314通过螺栓与适配板108连接。

4.给车轮安装六分力传感器。在车轮5的轮毂上安装六分力传感器。

5.调节车轮外倾角。倾角调节电控单元101带动倾角L臂固定主体103绕倾角转轴102转动1.594°，从而带动车轮轮胎总成301产生1.594°的外倾角。

6.施加车重垂直载荷。倾角L臂垂直调节电控单元105带动倾角L臂104沿倾角L臂固定主体103上的导轨向下移动，从而使得车轮轮胎总成301压在转鼓401上，产生等于四分之一满载车重706.25kg的垂直载荷。

7.施加载荷文件。开启转角调节电控单元107、垂直载荷液压作动器110、加速扭矩组件2，按照目标载荷文件为测试的实车车轮及悬架系统3施加侧向载荷、垂向载荷和加速扭矩，采集粘贴在车轮上应变片的应变信号。

8.计算损伤。进行应变幅值和累积频次的统计分析，对应标准的（辐值）S-N（频次）—曲线计算实测的车轮损伤值。

对比例1：车轮的道路模拟试验。

选择与实施例2中的同款车轮轮胎总成，在车轮上粘贴与实施例2位置相同的应变片，在道路模拟试验机上进行车轮的道路模拟试验，施加与实施例2相同的目标载荷文件，采集加载过程中的应变信号，计算得到车轮的损伤值。

实施例2和对比例1选择了相同的车轮轮胎总成和目标载荷文件具有可比性。将实施例2和对比例1测得的试验数据放到表1中进行比较，结果表如下：

表1 实施例2与对比例1的试验结果

从试验结果中可以看出，在相同的车轮轮胎总成和目标载荷文件下，采用本发明的用于汽车底盘模拟路试的试验设备进行汽车底盘模拟路试的试验结果和在传统道路模拟试验机上测得的车轮损伤结果一致性高，本发明用于汽车底盘模拟路试的加载系统及试验设备可以为车轮及悬架系统施加准确的载荷。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。