[发明专利]一种悬架特性试验车轮六自由度位移测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种悬架特性试验车轮六自由度位移测量装置及方法，主要包括第一双目视觉测量仪(41)、第二双目视觉测量仪(42)、光学标靶、数据交换装置(5)、上位机(6)、车轮定位夹具(3)、基准夹具(2)；被测车辆(8)固定在试验台架(7)上，车轮定位夹具和基准夹具分别安装在车轮和车架上，光学标靶分布在夹具的测量平面和车身上，上位机通过数据交换装置连接双目视觉测量仪，控制其测量光学标靶的空间坐标变化，计算汽车坐标系下的车轮六自由度位移；本发明通过光学标靶的空间坐标变化解算汽车坐标系下的车轮六自由度位移，可以实现准确的非接触式测量；本发明测量方便灵活，测试范围广精度高，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于汽车悬架性能测试技术领域，具体涉及一种悬架特性试验车轮六自由度位移测量装置及方法。

背景技术

因为大部分悬架零件通过橡胶衬套与车身连接，同时相对车身运动，通常在汽车坐标系中描述悬架的特性，研究车身运动及轮胎力对车轮定位参数的影响。传统的汽车悬架特性试验台采用准静态加载方式，在试验台架上模拟车辆在路面行驶时的受力和位移运动，通常采用将车身固定在试验台上对车轮进行加载的方式，通过车轮六自由度位移测量装置及方法测量车轮运动或受载时部分车轮定位参数在汽车坐标系下的变化。

车轮定位参数主要包括：轮心空间坐标、车轮外倾角λ、车轮转动角θ和车轮转向角δ。通常在汽车坐标系中描述悬架的特性，测试结果为车轮相对车身的位移变化。如图1所示，汽车坐标系(X_V、Y_V、Z_V)是以簧上质心(O_V)为原点的右手直角坐标系，该坐标系随同簧上质量一起运动和旋转，在静止状态下，X_V轴在水平面内指向前方，Y_V轴在水平面内指向左方，Z_V轴指向上方；车身坐标系(X、Y、Z)是以车轮的轮心(O)为原点的右手直角坐标系，X轴和Z轴在车轮中间平面内，X轴水平向前，Y轴为车轮回转轴中心线，Z轴向上。如图2所示，车轮坐标系(X_W、Y_W、Z_W)是以车轮的轮心(O_W)为原点的右手直角坐标系，X_W轴和Z_W轴在车轮中间平面内，X_W轴水平向前，Y_W轴为车轮回转轴中心线，Z_W轴向上。车轮转向角δ为汽车坐标系X_V轴与车轮坐标系X_W轴间的夹角，车轮外倾角λ为汽车坐标系Z_V轴与车轮坐标系Z_W轴间的夹角，车轮转动角θ为X_W轴和Z_W轴绕车轮转动轴线 Y_W轴转过的角度。车轮六自由度位移测量装置及方法测量汽车坐标系下主要的车轮定位参数随试验加载的变化规律。

现有技术中，悬架特性试验台的车轮六自由度位移测量装置主要有两种形式。一种采用测量臂的形式，通过6个旋转轴及相应的角度传感器测量车轮六自由度位移。测量臂的折叠状态为机械零位，是各关节角度传感器的零位，测量臂各关节相互垂直的状态为测量零位，通常以此位置推导车轮六自由度位移解算公式。

该方法需要辨识测量臂末端轴线和车轮转动轴线的相对位置，修正测量臂解算模型参数来保证车轮六自由度位移解算精度，而且测量臂机构串联，存在累积误差；试验时要求测量臂坐标系各坐标轴分别与汽车坐标系各坐标轴平行，对测量臂的安装精度要求较高；测量装置一端与夹具固定，机构的冲击、柔性和重力都会影响关节处转角的动态反馈；测量装置另一端与试验台架固定，移动不便。

另一种采用拉线式位移传感器测量车轮六自由度位移变化，主要包括5根拉绳及固定拉绳的测量盘，车轮可以相对测量盘绕Y轴转动，安装在测量盘上的光电编码器测量车轮旋转角度得到车轮转动角，沿X、Z轴的拉线分别测量轮心的纵向及垂向位移，沿Y轴的3条拉线测量轮心的侧向位移、前束角及外倾角，采用拉线式位移传感器较好地解决了早期角度传感器分辨率不足的问题，但在车身运动较快时测量精度会下降。

发明内容