汽車車輪輪心與車身相對位移測量方法的探討

王朝斌，吳 旭，熊 吉

（國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心[襄陽]，襄陽 441004）

汽車車輪輪心與車身相對位移測量方法的探討

王朝斌，吳 旭，熊 吉

（國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心[襄陽]，襄陽 441004）

本文通過研究車輪輪心相對車身位移的測量方法，提出了一種以通過測量螺旋彈簧應(yīng)變來獲得輪心相對車身位移的試驗(yàn)方法，并在東風(fēng)試車場對該試驗(yàn)方法進(jìn)行了實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證。

輪心處相對車身位移；螺旋彈簧應(yīng)變；溫度效應(yīng)

1 引言

汽車懸架作為車輛重要部件，無論是對車輛操作穩(wěn)定性還是舒適性均有重要影響[1]，其宏觀表現(xiàn)為輪心處車身相對位移，因此整車道路試驗(yàn)中測量輪心處車身相對位移具有十分重要的意義。在車身耐久試驗(yàn)中輪心處車身相對位移既可以作為激勵(lì)信號反求車身耐久載荷譜，又可以作為CAE仿真試驗(yàn)中邊界輸入及仿真結(jié)果驗(yàn)證[2-4]。

在整車道路試驗(yàn)中，測量輪心處車身相對位移試驗(yàn)中使用得比較普遍的試驗(yàn)方法是：利用拉線位移傳感器、電位計(jì)式位移傳感器或激光位移傳感器測量輪心處車身相對位移。文獻(xiàn)[5]利用拉線位移傳感器測量了車身相對位移取得了很好的效果，但是該傳感器最大的不足是頻率響應(yīng)過低，高頻時(shí)會(huì)有較多的誤差。電位計(jì)式傳感器精度高，但安裝不方便。激光式傳感器需要有反射面，直接投到地面上，由于地面的形變及輪胎的變形，會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，其受光線強(qiáng)弱影響太大，不能廣泛使用。且上述傳感器在布置都需要伸出車外，對于場外車輛的采樣也極不安全、方便。

本文以某品牌乘用車為試驗(yàn)對象，基于試車場道路，提出一種利用測量應(yīng)變獲得輪心處車身相對位移的試驗(yàn)方法。

2 探討依據(jù)

3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

依據(jù)上述設(shè)想，在彈簧上粘貼應(yīng)變片，根據(jù)螺旋彈簧變形的特點(diǎn)，沿與彈簧軸心呈45度的方向粘貼，以獲得更大的應(yīng)變量，從而獲得更高的精度。

驗(yàn)證時(shí)，必須使車輛的懸架行駛達(dá)到最大，同時(shí)，由于使用拉線位移傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，因此還不能使懸架的位移速度過快。因此，在校準(zhǔn)中，利用襄陽試驗(yàn)的長波路，即能使懸架位移達(dá)到最大，又滿足位移速度的要求。

3.1 儀器安裝

本次試驗(yàn)以車輛左前懸架及右前懸架為例，在試驗(yàn)車輛左前彈簧及右前彈簧中部貼有單向應(yīng)變片，如圖1所示。

為了標(biāo)定螺旋彈簧應(yīng)變與輪心處車身相對位移之間的對應(yīng)關(guān)系，在試驗(yàn)車輛左、右輪心處安裝了拉線位移傳感器，如圖2所示。

3.2 傳感器標(biāo)定

傳感器標(biāo)定采用動(dòng)態(tài)標(biāo)定，標(biāo)定路段選擇東風(fēng)試車場長波路。標(biāo)定試驗(yàn)中兩前輪螺旋彈簧應(yīng)變及拉線位移傳感器測量的結(jié)果隨時(shí)間的變化曲線如圖3-4所示。

表1 傳感器標(biāo)定結(jié)果

從標(biāo)定試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)結(jié)果，進(jìn)行螺旋彈簧應(yīng)變與拉線位移傳感器測得的結(jié)果之間進(jìn)行擬合，擬合曲線采用二階函數(shù)進(jìn)行擬合，圖5-6為左右螺旋彈簧標(biāo)定曲線如表1所示。

根據(jù)表1標(biāo)定的結(jié)果，將測得的螺旋彈簧應(yīng)變轉(zhuǎn)換為輪心處車身相對位移與用拉線位移傳感器測得的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，見圖7-8所示。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)上文3.2節(jié)中傳感器標(biāo)定結(jié)果設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)，并在東風(fēng)汽車試驗(yàn)場一般公路上進(jìn)行驗(yàn)證，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖9-10所示。

從圖9、圖10可以看出利用應(yīng)變車輛左前輪和右前輪的輪心處車身相對位移與利用拉線位移傳感器測得的試驗(yàn)結(jié)果相一致，相對誤差均不超過5%，考慮到實(shí)際路面上，懸架的運(yùn)動(dòng)頻率遠(yuǎn)高于標(biāo)定路面，因此，在頻率變化較快的區(qū)域兩者偏差略大，但在行程較大，頻率偏低的區(qū)域，兩者偏差還是比較小的，總體在可接受的范圍內(nèi)，說明利用應(yīng)變片測量輪心處車身相對位移的試驗(yàn)方法可行，試驗(yàn)結(jié)果可信。

5 不足與展望

本文中僅在彈簧上粘貼了一片應(yīng)變片，組成了單橋測量的橋路，這種橋路簡單易行，但也存在一定的缺點(diǎn)，難以消除“溫漂”的影響，即溫度的變化，會(huì)引起應(yīng)變片的變化，從而產(chǎn)生虛假的應(yīng)變。盡管精心選擇了適合彈簧的應(yīng)變片，但這種溫度效應(yīng)或多或少是難以完全清除的。在實(shí)際信號處理中，往往是采用去趨勢的方法把這種溫度效應(yīng)去除掉，因此本文的方法更多適用于載荷譜采集時(shí)使用。

若要取得更精確的結(jié)果，不受溫度的影響，可采用90度的應(yīng)變花，以鄰邊組成半橋橋路，可徹底擺脫溫度效應(yīng)的影響，再采用適當(dāng)標(biāo)定方法，可獲得較高的精度。

6 結(jié)術(shù)語

本文以輪心處車身相對位移為被測變量，提出了一種以通過測量螺旋彈簧應(yīng)變方法來獲得輪心處車身相對位移的試驗(yàn)方法，該方法操作簡便，又不需要突出車外安裝夾具，試驗(yàn)結(jié)果符合要求，可以應(yīng)用于整車開發(fā)輪心處車身相對位移采集試驗(yàn)中。

[1]張小龍,潘登,姜山,等.基于加速度的汽車懸架位移實(shí)時(shí)測試方法試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2013,44(10):15-22.

[2]高云凱,李翠,崔玲,等.燃料電池大客車車身疲勞壽命仿真分析[J].汽車工程,2010,32(1):7-11.

[3]吳旭,王顯會(huì),路先鋒,等.基于自適應(yīng)響應(yīng)面法的薄壁構(gòu)件的耐撞性優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2013(3):175-177.

[4]趙婷婷,李長波,王軍杰,等.基于有限元法的某微型貨車車身疲勞壽命分析[J].汽車工程,2011,33(5):428-432.

[5]陳敏.某汽車懸架耐久性試驗(yàn)載荷譜的采集[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2010,32(11):27-29.

專家推薦

熊恭祥：

本文針對汽車車輪輪心相對車身的位移，提出了一種新的測量方法：通過測量螺旋彈簧的應(yīng)變來獲取輪心相對車身的位移。該方法較拉線位移傳感器、電位計(jì)式位移傳感器、激光位移傳感器等其它測量方法具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，克服了拉線位移傳感器測量方法頻率響應(yīng)過低和電位計(jì)式傳感器測量方法安裝不便的缺點(diǎn)、又不像激光式傳感器測量需要有反射面，特別適合于某些特殊工況下的位移測量，為開展汽車車輪輪心相對車身的位移測量探索一條新途徑。

Study on Test Method about Measuring the Relative Displacement of Body at Wheel Center

WANG Chao-bin, WU Xu, XIONG Ji
(National Automobile Quality Supervision and Test Center [Xiangyang], Xiangyang,441004, China)

In this paper, a test method about the relative displacement of body at wheel center by measuring the strain of coin spring ispresented based on studying the existing test method about the relative displacement of body at wheel center in the field of vehicle test.Verification test is carried out in Dongfeng proving ground.

the relative displacement of body at wheel center; stain of coin spring; temperature effect

U467.4+91

A

1005-255（02014）05-0041-04

10.3969/j.issn.1005-2550.2014.05.009

2014-07-29