一种基于六自由度并联机构的车辆振动测试台架

技术领域

本发明属于车辆振动测试用装置领域，具体涉及一种基于六自由度并联机构的车辆振动测试台架。

背景技术

随着时代的快速发展，人们的生活水平逐渐提高，人们都期望乘坐的车辆具有较高的驾驶性能和舒适性能，因此在车辆开发过程中，车辆振动测试成为了检测车辆平顺性能的重要环节，贯穿整个车辆研发流程的各个环节，由于采用传统道路测试方法周期较长且无法重复，因此，现在的车辆振动测试主要采用室内道路模拟的方法进行车辆的振动测试，该方法可以在较短的时间内完成车辆振动测试，而且，不受外界环境的干扰能够进行重复测试，测试中能够高精度的模拟车辆在行驶中的振动环境，为车辆总成、结构件的研发和性能试验等提供振动测试平台。

目前，现有的车辆振动测试装置按照机构自由度可分为：单自由度装置、少自由度装置和六自由度装置，其中，单自由度装置与少自由度装置在车辆振动测试中不能较为真实的模拟车辆在实际行驶过程中的振动状况，另外，现有的六自由度车辆振动测试装置通常只有一套简化的平台系统，只能将整车底盘或四个车轮放到同一个平台之上，然而车辆在道路上行驶时，每个车轮与道路的接触状态都不相同，每个车轮都有自己独立的运动，若只将测试车辆单一的放在同一平台之上，难以模拟车辆在实际运行过程中的包括大角度倾斜时的振动状况，从而导致测试效果不佳，因此，现有的车辆振动测试装置不能较为真实的模拟车辆在实际行驶过程中的振动状况，测试效果不佳，需要对现有缺陷进行改进。

发明内容

针对现有的车辆振动测试装置不能较为真实完整的模拟车辆在实际行驶过程中的振动状况，测试效果不佳的问题，本发明提供一种基于六自由度并联机构的车辆振动测试台架。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于六自由度并联机构的车辆振动测试台架，包括六自由度并联机构、台架基座、横向滑轨机构、纵向滑轨机构、车轮固定装置、控制系统及测试车辆，台架基座的底部安装布置在水平地面上，所述的纵向滑轨机构安装在台架基座的上部部位并与台架基座相连，横向滑轨机构安装在纵向滑轨机构上，所述的六自由度并联机构安装在横向滑轨机构上并与横向滑轨机构相连，所述的测试车辆上的四轮安装在六自由度并联机构上并与六自由度并联机构相连，所述的车轮固定装置安装在测试车辆上并对测试车辆上的四轮进行固定作业，在台架基座的外侧安装设置有控制系统。

进一步的，所述的横向滑轨机构上安装有四组六自由度并联机构用来承载测试车辆，其中，测试车辆的每个车轮单独放置在一组六自由度并联机构上，车轮固定装置通过限制车轮的自身运动将车轮固定在并联机构的动平台上。

所述的六自由度并联机构包括，定平台、动平台、电动缸、球铰及虎克铰，所述的定平台的底部安装在横向滑轨机构上并与横向滑轨机构相连，在定平台的上部安装有虎克铰，所述的电动缸的底部通过虎克铰与定平台相连，在动平台的底部安装有球铰，所述的电动缸的顶部通过球铰与动平台相连，在动平台上部安装有四组用于对车轮进行防掉落防护的限位座，限位座的底部与动平台固定相连。

进一步的，在定平台与动平台之间安装设置有六组电动缸。

所述的台架基座包括，第一支撑部件、第二支撑部件、第三支撑部件、第四支撑部件及安装平台框架，所述的第一支撑部件、第二支撑部件、第三支撑部件及第四支撑部件四者的底部安装在水平地面上，在第一支撑部件、第二支撑部件、第三支撑部件及第四支撑部件四者的上部安装有安装平台框架，所述的安装平台框架安装在第一支撑部件、第二支撑部件、第三支撑部件及第四支撑部件上并与第一支撑部件、第二支撑部件、第三支撑部件及第四支撑部件连接在一起。

所述的横向滑轨机构包括，横向滑轨座、横向滑轨、横向滑块、横向滑板，所述的横向滑轨座安装在安装平台框架上并与安装平台框架固定在一起，在横向滑轨座上安装有横向滑轨，横向滑块安装在横向滑轨上并与横向滑轨相阻尼滑动接触，所述的横向滑板安装在横向滑块上并与横向滑块固定在一起。

所述的纵向滑轨机构包括，纵向滑轨座、纵向滑轨、纵向滑块及纵向滑板，所述的纵向滑轨座的底部固定安装在横向滑板上，在纵向滑轨座上安装有纵向滑轨，用于安装纵向滑板的纵向滑块的下侧安装在纵向滑轨上并与纵向滑轨相阻尼滑动接触，用于直接安装六自由度并联机构的纵向滑板的底部安装在纵向滑块上并与纵向滑块固定相连。

进一步的，所述的横向滑轨机构共有两组，纵向滑轨机构共有两组，横向滑轨机构及纵向滑轨机构可以根据测试车辆的不同轮距、轴距对六自由度并联机构进行位置调整。

进一步的，控制系统可以通过控制六自由度并联机构中电动缸的伸缩运动，从而控制六自由度并联机构产生不同类型的振动，模拟车辆在道路上行驶时受到的各种振动状况。

进一步的，在六自由度并联机构上安装有位置传感器与角度传感器，控制系统可以对六自由度并联机构的运动状态进行反馈，形成闭环控制，提高测试精度。

进一步的，在测试车辆上装有测试所用的位移传感器、速度传感器、压力传感器，控制系统可以根据位移传感器、速度传感器、压力传感器实时接收测试车辆的测试信号。

进一步的，本发明的车辆振动测试台架可以对测试车辆进行1/4悬架系统，1/2悬架系统和整车系统的振动测试。

本发明的有益效果为：本发明的基于六自由度并联机构的车辆振动测试台架整体结构设计的比较科学，安装使用控制过程简单方便，具体的说，本发明的车辆振动测试台架主要通过六自由度并联机构、台架基座、横向滑轨机构、纵向滑轨机构、车轮固定装置及控制系统等组成部件的共同配合作业，在具体使用时，能够复现车辆在实际道路上行驶时受到的包括大角度倾斜时的所有振动状况，可以对车辆1/4悬架系统，1/2悬架系统和车辆整车系统进行平顺性、耐久性等振动测试，总的来说，本发明的基于六自由度并联机构的车辆振动测试台与现有车辆振动测试装置相比，测试过程方便快捷，测试范围广，具有较强的经济实用性。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的结构俯视图；

图3是本发明的结构正视图；

图4是本发明中的六自由度并联机构结构示意图一；

图5是本发明中的六自由度并联机构结构示意图二；

图6是本发明中的台架基座的结构示意图；

图7是本发明中的台架基座的立体结构示意图；

图8是本发明中的第一支撑部件、第二支撑部件、第三支撑部件及第四支撑部件的结构示意图；

图9是本发明中限位座上加装缓冲弹簧及挡块的结构示意图一；

图10是本发明中限位座上加装缓冲弹簧及挡块的结构示意图二；

图11是本发明中的横向滑轨机构及纵向滑轨机构的安装结构示意图；

图中标号为：1-六自由度并联机构、2-台架基座、3-横向滑轨机构、4-纵向滑轨机构、5-车轮固定装置；6-控制系统、7-测试车辆、101-定平台、102-动平台、 103-电动缸、104-球铰、105-虎克铰、106-限位座、107-缓冲弹簧、108-挡块、201- 第一支撑部件、202-第二支撑部件、203-第三支撑部件、204-第四支撑部件、205- 安装平台框架、2011-支撑底板、2012-竖直支撑框架、2013-液压缸体、2014-液压升降杆、2015-活动支撑板、2016-万向连接关节、301-横向滑轨座、302-横向滑轨、303-横向滑板、401-纵向滑轨座、402-纵向滑轨、403-纵向滑板。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是：本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方法可以相互组合形成新的技术方案。本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。本发明所公开的“范围”以下限和上限的形式，可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。除非另有说明，本文中所用的专业与科学术语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法或材料也可应用于本发明中。

如说明书附图1、说明书附图2及说明书附图3所示，针对现有的车辆振动测试装置不能较为真实、完全的模拟车辆在实际行驶过程中的振动状况(常规的检测装置无法模拟大角度倾斜时的振动状况)，测试效果不佳的问题，本发明提供一种基于六自由度并联机构的车辆振动测试台架，其具体包括六自由度并联机构1、台架基座2、横向滑轨机构3、纵向滑轨机构4、车轮固定装置5、控制系统6及测试车辆7，用于安装支撑纵向滑轨机构4(4)的台架基座2的底部安装布置在水平地面上，用于对六自由度并联机构1在Y轴方向进行调整的纵向滑轨机构4安装在台架基座2的上部部位并与台架基座2相连，用于对六自由度并联机构1在X轴方向进行调整的横向滑轨机构3安装在纵向滑轨机构4上，用于直接对测试车辆7的车轮部位进行安装支撑及测试的六自由度并联机构1安装在横向滑轨机构3上并与横向滑轨机构3相连，在横向滑轨机构3上安装有四组六自由度并联机构1用来承载测试车辆7，其中，测试车辆7的每个车轮单独放置在一组六自由度并联机构1上，车轮固定装置5通过限制车轮的自身运动将车轮固定在并联机构的动平台102上，在台架基座2的外侧安装设置有控制系统6。

如说明书附图4及说明书附图5所示，用于对测试车辆7的每个车轮单独支撑测试的六自由度并联机构1包括，定平台101、动平台102、电动缸103、球铰104及虎克铰105，其中，用于安装虎克铰105的定平台101的底部固定安装在横向滑轨机构3上，在定平台101的上部安装有用于安装支撑电动缸103 底部的虎克铰105，安装时，电动缸103的底部通过虎克铰105与定平台101相连，在动平台102的底部安装有用于连接安装电动缸103顶部的球铰104，安装时，电动缸103的顶部通过球铰104与动平台102相连，需要说明的是，在定平台101与动平台102之间安装设置有六组电动缸103，为了防止测试车辆7在较大一侧倾斜时，从动平台102上掉落，如说明书附图9及说明书附图10所示在动平台102上部安装有四组用于对车轮进行防掉落防护的限位座106，限位座106 的底部与动平台102固定相连，同时，在限位座106的内侧壁上安装有缓冲弹簧 107，缓冲弹簧107的一侧端部安装在限位座106的内侧壁上与限位座106的内侧壁固定相连，在缓冲弹簧107的另一端部安装有挡块108，工作使用时，缓冲弹簧107可以支撑着挡块108紧贴着测试车辆7的每个车轮的四周，在进行一般测试时，缓冲弹簧107在对车轮起到支撑限位的同时不妨碍车轮的前后左右位移动作，当进行大角度一侧倾斜测试时，缓冲弹簧107支撑着挡块108可以防止车轮在动平台102上突然性的斜动对限位座106的冲击损害，进而实现对限位座106的保护。

如说明书附图6、说明书附图7及说明书附图8所示，用于对纵向滑轨机构4进行安装支撑的台架基座2包括，第一支撑部201件、第二支撑部202件、第三支撑部203件、第四支撑部204件及安装平台框架205，其中，用于对安装平台框架205进行四角支撑的第一支撑部201件、第二支撑部202件、第三支撑部203件及第四支撑部204件四者的底部安装在水平地面上，在第一支撑部201 件、第二支撑部202件、第三支撑部203件及第四支撑部204件四者的上部安装有用于直接安装支撑纵向滑轨机构4的安装平台框架205，其中，安装平台框架205安装在第一支撑部201件、第二支撑部202件、第三支撑部203件及第四支撑部204件四者的顶部部位上并与第一支撑部201件、第二支撑部202件、第三支撑部203件及第四支撑部204件四者连接在一起，第一支撑部201件、第二支撑部202件、第三支撑部203件及第四支撑部204件四者为相同的加工组成，其四者包括，支撑底板2011、竖直支撑框架2012、液压缸体2013、液压升降杆2014 及活动支撑板2015，支撑底板2011安装在水平地面上，竖直支撑框架2012的底部安装在支撑底板2011的上部并与支撑底板2011上平面焊接在一起，在竖直支撑框架2012内加工有用于液压缸体2013放置的中空腔体，液压缸体2013的底部安装在竖直支撑框架2012内中空腔体的底部部位，用于对活动支撑板2015 进行安装支撑的液压升降杆2014安装在液压缸体2013上，用于对安装平台框架 205直接进行安装支撑的活动支撑板2015的下侧安装在液压升降杆2014的顶部并与液压升降杆2014的顶部通过万向连接关节2016相连(万向连接关节2016 可实现活动支撑板2015与液压升降杆2014的顶部的柔性连接)，在对测试车辆 7进行大角度一侧倾斜测试时，操作人员可控制测试车辆7前后左右方位上的同侧液压缸体2013工作，液压缸体2013通过液压升降杆2014带动活动支撑板2015上移一定的高度(可根据具体设计需要进行确定高度)，此时，活动支撑板2015 抬升带动此侧方位的安装平台框架205抬起，安装平台框架205通过六自由度并联机构1即可带动其上安装的测试车辆7实现大角度一侧倾斜，此时，设置在限位座106的内侧壁上的缓冲弹簧107支撑着挡块108可以防止车轮在动平台102 上突然性的斜动对限位座106的冲击损害，进而实现对限位座106的保护。

如说明书附图11所示，车辆振动测试台架中具有两组横向滑轨机构3与两组组纵向滑轨机构4，横向滑轨机构3与纵向滑轨机构4可以根据测试车辆7 的不同轮距、轴距对六自由度并联机构1进行位置调整。横向滑轨机构3包括，横向滑轨座301、横向滑轨302、横向滑块、横向滑板303，用于安装横向滑轨 302的横向滑轨座301安装在安装平台框架205上并与安装平台框架205固定在一起，在横向滑轨座301上安装有横向滑轨302，用于安装支撑横向滑板303的横向滑块安装在横向滑轨302上并与横向滑轨302相阻尼滑动接触，用于安装纵向滑轨座401的横向滑板303安装在横向滑块上并与横向滑块固定在一起，在具体使用时，横向滑板303可带动纵向滑轨座401在Y轴方向进行调整，纵向滑轨机构4包括，纵向滑轨座401、纵向滑轨402、纵向滑块及纵向滑板403，用于安装纵向滑轨402的纵向滑轨座401的底部固定安装在横向滑板303上，在纵向滑轨座401上安装有纵向滑轨402，用于安装纵向滑板403的纵向滑块的下侧安装在纵向滑轨402上并与纵向滑轨402相阻尼滑动接触，用于直接安装六自由度并联机构1的纵向滑板403的底部安装在纵向滑块上并与纵向滑块固定相连，在具体使用时，纵向滑板403可带动六自由度并联机构1在X轴方向进行调整。

如图说明书附图1、说明书附图2所示，控制系统6通过控制六自由度并联机构1中电动缸103的伸缩运动，使得测试台架(动平台102)产生运动，从而来模拟车辆在道路上行驶时受到的振动状况，对测试车辆7进行平顺性、耐久性等振动测试，另外，在六自由度并联机构1上装有位置传感器与角度传感器，可以对六自由度并联机构1的运动状态进行反馈，形成闭环控制，提高测试精度，测试车辆7上也装有测试项目所用的相应传感器，如位移传感器、速度传感器、压力传感器等，控制系统6可以实时接收测试车辆7的测试信号，最后，控制系统6通过控制车辆振动测试台架中六自由度并联机构1的六支电动缸103，使电动缸103的伸缩位移带动车轮在横向、纵向、垂向、俯仰、侧倾和横摆六个自由度上实现运动，从而模拟车辆在实际行驶过程中的振动状况。

实施案例1：

对于左前车轮的具体运动过程。

根据轮胎坐标系，定义沿车辆前进方向为X轴，车身右侧方向为Y轴，垂直地面方向为Z轴。

当电动缸103D1、D2、D4、D5处于伸长过程，D3、D6处于压缩过程，此时单个车轮实现沿X轴的平移运动。

当电动缸103D1、D3、D4、D6处于伸长过程，D2、D5处于压缩过程，此时单个车轮实现沿Y轴的平移运动。

当电动缸103D1、D2、D3、D4、D5、D6均处于伸长过程，此时单个车轮实现沿Z轴的平移运动。

当电动缸103D1、D2、D5、D6处于伸长过程，D3、D4处于压缩过程，此时单个车轮实现绕X轴的旋转运动。

当电动缸103D4、D5、D6处于伸长过程，D1、D2、D3处于压缩过程，此时单个车轮实现绕Y轴的旋转运动。

当电动缸103D2、D4、D6处于伸长过程，D1、D3、D5处于压缩过程，此时单个车轮实现绕Z轴的旋转运动。

实施案例2：

本发明的一种基于六自由度并联机构的车辆振动测试台架在对车辆1/4悬架系统，1/2悬架系统进行固有频率和阻尼比测定的过程如下：

首先，将测试车辆7的前、后轮通过车轮固定装置5将车轮固定在一定高度，通过六自由度并联机构1以一定的速度垂直撞击车轮，安装在测试车辆7上的传感器记录车身和车轮质量的振动衰减曲线，由振动衰减曲线可以得到车身质量振动周期T、车轮质量振动周期T′、第一次振幅峰值A

车身部分固有频率：

车轮部分固有频率：

通过将测试得到的第一次振幅峰值A

车身部分衰减率：

车轮部分衰减率：

将衰减率代入计算公式可得出各部分阻尼比。

车身部分阻尼比：

车轮部分阻尼比：

实施案例3：

本发明的一种基于六自由度并联机构的车辆振动测试台架车辆整车系统的频率响应函数测定过程如下：首先，通过控制系统6对六自由度并联机构1输入运动信号，使得动平台102产生振动，给定车轮0.5～30Hz范围的振动，测试车辆7 上的传感器记录车轴、车身和座椅上各测点的振动响应，之后按照车轴/振动输入、车身/车轴、座椅/车身可相应得到车轮、悬架和座椅的频率响应函数。

实施案例4：

本发明的一种基于六自由度并联机构的车辆振动测试台架车辆整车系统的道路谱随机激励试验过程如下：首先，将测试车辆7的车轮固定在六自由度并联机构1的动平台102上，根据不同种类车辆的工作条件，按照该测试车辆7试验要求的路况，将采集的对应道路路谱数据导入控制系统6中，控制系统6通过数学处理的方式将道路谱转换为点的空间位置变化信息，控制系统6之后通过六自由度并联机构1的位姿反解程序计算出电动缸103的伸缩位移，使得车辆振动测试台架产生所需的道路谱随机激励。以上尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。