專利名稱：油氣懸架非線性特性參數(shù)的無損評測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，特指一種基于計(jì)算反求技術(shù)的油氣懸架在制造后服務(wù)中的非線性剛度和阻尼特性的自動(dòng)評測方法。
背景技術(shù)：
油氣懸架集彈性元件和阻尼元件于一體，具有優(yōu)越的非線性剛度特性和良好的非線性阻尼減振性能，在軍用履帶式車輛和工程機(jī)械車輛中得到廣泛的應(yīng)用。油氣懸架是一個(gè)相對復(fù)雜的系統(tǒng)，決定其非線性的剛度和阻尼特性的影響因素眾多，這給準(zhǔn)確的測試油氣懸架位移-彈性力、速度-阻尼力的非線性特性曲線帶來很大的困難。然而，在生產(chǎn)過程中，油氣懸架的出廠需要對其特性進(jìn)行校核，以保證懸架的特性與設(shè)計(jì)的要求相符合；在制造后服務(wù)中，油氣懸架使用一段時(shí)間后，其某些參數(shù)可能發(fā)生變化，如蓄能器氣囊內(nèi)氮?dú)獾男孤?dǎo)致氣體初始壓力及氣體彈簧靜剛度的變化等，這時(shí)需要對其特性的變化進(jìn)行評測， 以確定懸架系統(tǒng)失效與否，確保整車的安全性。因此，無論對于油氣懸架生產(chǎn)校核還是服務(wù)檢測等實(shí)際過程，給出一種快速、有效的方法，測試和評價(jià)其非線性剛度和阻尼性特性是非常重要的。但是目前，還沒有關(guān)于能快速檢測和有效評價(jià)油氣懸架非線剛度和阻尼特性的方法或裝置方面的技術(shù)公開?，F(xiàn)有的油氣懸架特性測試方法，是在參考了汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《QC/T 545-1999汽車筒式減振器臺架試驗(yàn)方法》的基礎(chǔ)上，在油氣懸架其上面裝置各類型的傳感器，固定行程變化頻率或固定頻率變化行程，進(jìn)行多組靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，由靜態(tài)試驗(yàn)給出剛度特性曲線，然后再由動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)和已有的靜態(tài)特性曲線來求解阻尼特性曲線。這種測試方法相對繁瑣，在制造后服務(wù)中也較難實(shí)施檢測，同時(shí)由于剛度和阻尼特性是分開測試的，在理論上傳統(tǒng)測試忽略了剛度和阻尼的耦合特性的影響，與實(shí)際的使用狀況會有所不符?，F(xiàn)有技術(shù)中，車輛的油氣懸架系統(tǒng)物理模型如圖1所示。其工作過程是，當(dāng)車輛行駛時(shí)，路面的起伏通過輪胎、車橋的傳遞引起油氣懸架活塞桿在缸筒內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)?；钊麠U縮入時(shí)，氣室中氮?dú)鈮嚎s，儲存能量；活塞桿伸出時(shí)，氮?dú)馀蛎涐尫拍芰?，這相當(dāng)于彈簧的作用。油室I和II中的油液的往復(fù)流動(dòng)通過活塞桿上的單向閥9和阻尼孔10實(shí)現(xiàn)，小孔有一定的限流特性，起雙向阻尼減振的作用，由此可見，油氣懸架是集剛度特性和阻尼特性于一體的。從圖1中的物理模型可以看出，油氣懸架受到由路面起伏引起的位移激勵(lì)和速度激勵(lì)x，i，同時(shí)給懸架系統(tǒng)所支撐的車體(懸掛質(zhì)量)一個(gè)總的輸出作用力F。因此，圖1 的物理模型一般可等效為圖2所示的振動(dòng)力學(xué)模型，即油氣懸架總的輸出力F可以等效為位移激勵(lì)χ引起的非線性彈性力Fk和速度激勵(lì)±引起的非線性阻尼力F。的聯(lián)合作用廠"(巧)=巧(又(巧))+巧(對巧))式(1)其中、是油氣懸架往復(fù)運(yùn)動(dòng)的第i個(gè)時(shí)刻點(diǎn)。傳統(tǒng)油氣懸架非線性特性即Fk與x、F。與i關(guān)系曲線的測試是在建立了如圖3所示臺架試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。該臺架包括門架1、輸出力傳感器2、位移傳感器4、液壓伺服作動(dòng)器5、液壓動(dòng)力單元6、控制采集單元7、人機(jī)界面8，待測的油氣懸架3則裝設(shè)于該門架1
3上，輸出力傳感器2和位移傳感器4采集到的數(shù)據(jù)輸送到控制采集單元7中。該臺架試驗(yàn)通過傳感器可以直接測量得到位移X、速度i和總的輸出力Fm。為了區(qū)分開彈性力和阻尼力， 需要進(jìn)行多組靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，其中非線性剛度Fk與χ關(guān)系曲線的測試方法是進(jìn)行一系列的準(zhǔn)靜態(tài)拉伸壓縮試驗(yàn)得到的，而非線性阻尼F。與i關(guān)系曲線需由多組動(dòng)態(tài)試驗(yàn)和已有的靜態(tài)特性曲線根據(jù)式(1)求解得到。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種原理簡單、穩(wěn)定可靠、操作簡便、實(shí)用性更強(qiáng)、能夠快速有效給出油氣懸架系統(tǒng)在制造后服務(wù)中的特性參數(shù)和使用性能的油氣懸架非線性特性參數(shù)的無損評測方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種油氣懸架非線性特性參數(shù)的無損評測方法，其特征在于步驟為(1)建立油氣懸架的臺架試驗(yàn)測試系統(tǒng)，并進(jìn)行一次動(dòng)態(tài)測試，由傳感器測量得到各時(shí)刻ti的位移激勵(lì)x(ti)、速度激勵(lì)堆)和輸出力Fai)；(2)用幾個(gè)離散點(diǎn)來表征油氣懸架的非線性特性曲線，即用幾個(gè)位移-彈性力關(guān)系的對應(yīng)點(diǎn)來表征整條位移-彈性力曲線，這條特性曲線上其它點(diǎn)處位移對應(yīng)的彈性力可用這些離散點(diǎn)通過插值的方法得到；同理，速度-阻尼力特性曲線同樣也用少數(shù)幾個(gè)離散點(diǎn)來表征；迭代的第一步可隨機(jī)給定這幾個(gè)離散點(diǎn)的初始值；(3)對試驗(yàn)測量的各時(shí)刻、的位移激勵(lì)Χ(、)對應(yīng)的彈性力FkUai))和速度激勵(lì)對應(yīng)的阻尼力Ff ，可由這上述幾個(gè)離散點(diǎn)插值得到；(4)由于總輸出力是彈性力和阻尼力相疊加的結(jié)果，由此可以計(jì)算得到各時(shí)刻下的總輸出力，即廣(0 = Fk (x{h)) + Fc (i(i;))；(5)計(jì)算各時(shí)刻下計(jì)算輸出力和試驗(yàn)輸出力的差值的平方和，如果大于設(shè)定的收斂閥值ε，則以這些離散點(diǎn)值為優(yōu)化變量，以各時(shí)刻下計(jì)算輸出力和試驗(yàn)輸出力的差值的平方和為代價(jià)函數(shù)，基于優(yōu)化的方法搜索下一代這些離散點(diǎn)的新值；(6)重復(fù)步驟O) (5)，直至代價(jià)函數(shù)小于設(shè)定的收斂閥值ε，即計(jì)算輸出力與試驗(yàn)輸出力基本相同，此時(shí)的這些位移-彈性力和速度-阻尼力離散點(diǎn)就表征了油氣懸架實(shí)際的非線性剛度和阻尼特性曲線。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)所述步驟O)中，所述離散點(diǎn)的數(shù)量為4 9個(gè)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)本發(fā)明是一種無損傷的基于計(jì)算反演的檢測方法，對油氣懸架的非線性特性進(jìn)行評測時(shí)，不需要知道油氣懸架的內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)和物理模型，也沒有對油氣懸架進(jìn)行任何破壞，評測過程快速、簡單、有效，能滿足油氣懸架生產(chǎn)校核和服務(wù)檢測等的需求，具有很好的應(yīng)用前景；(2)本發(fā)明只需要在滿足油氣懸架最大行程和最大速度范圍要求內(nèi)進(jìn)行一次任意激勵(lì)與響應(yīng)的測試，就能夠?qū)τ蜌鈶壹軇偠群妥枘醿蓷l非線性特性曲線進(jìn)行整體式反求， 因此本發(fā)明的油氣懸架非線性特性評價(jià)方法相對傳統(tǒng)方法操作便捷、實(shí)用性更強(qiáng)，能夠快速有效給出油氣懸架系統(tǒng)在制造后服務(wù)中的特性參數(shù)和使用性能。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中油氣懸架的物理模型示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中油氣懸架的力學(xué)模型示意圖；圖3是油氣懸架的臺架試驗(yàn)原理示意圖；圖4是本發(fā)明中油氣懸架非線性特性曲線的反求流程示意圖；圖5是具體實(shí)施例中反求的油氣懸架位移-彈性力特性曲線示意圖；圖6是具體實(shí)施例中反求的油氣懸架速度-阻尼力特性曲線示意圖。圖例說明1、門架；2、輸出力傳感器；3、待測的油氣懸架；4、位移傳感器；5、液壓伺服作動(dòng)器；6、液壓動(dòng)力單元；7、控制采集單元；8、人機(jī)界面；9、單向閥；10、阻尼孔。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明是在已有油氣懸架臺架試驗(yàn)測試的基礎(chǔ)上，基于計(jì)算反求技術(shù)，只進(jìn)行一次動(dòng)態(tài)試驗(yàn)測試，通過不斷的迭代計(jì)算，就能對油氣懸架位移-彈性力、速度-阻尼力兩種非線性特性進(jìn)行一次性整體評測。如圖4所示，本發(fā)明的具體步驟如下步驟1 建立圖3所示傳統(tǒng)的油氣懸架的臺架試驗(yàn)測試系統(tǒng)，并進(jìn)行一次動(dòng)態(tài)測試，由位移、速度和力傳感器測量得到各時(shí)刻ti的位移激勵(lì)x(ti)、速度激勵(lì)和輸出力 F(ti)。步驟2 本發(fā)明只用4 9個(gè)離散點(diǎn)來表征油氣懸架的非線性特性曲線，即用幾個(gè)位移-彈性力關(guān)系的對應(yīng)點(diǎn)來表征整條位移-彈性力曲線，這條特性曲線上其它點(diǎn)處位移對應(yīng)的彈性力可用這些離散點(diǎn)通過插值的方法得到，同理，速度-阻尼力特性曲線同樣也用幾個(gè)離散點(diǎn)來表征，這樣評價(jià)油氣懸架的非線性特性曲線就可轉(zhuǎn)換為迭代求解這些少數(shù)離散的值，參見圖5和圖6。步驟3 當(dāng)用這些離散點(diǎn)表征了油氣懸架的非線性特性曲線時(shí)，試驗(yàn)測量的各時(shí)刻、的位移激勵(lì)Χ(、)對應(yīng)的彈性力FkUai))和速度激勵(lì)對應(yīng)的阻尼力K(i(i,·))，就可由這幾個(gè)離散點(diǎn)插值得到。步驟4:由于總輸出力是彈性力和阻尼力的疊加，則由此可以得到各時(shí)刻下計(jì)算的總輸出力，即廣(0 = Fk (x{h)) + Fc (i(i;)) ο步驟5 比較各時(shí)刻下計(jì)算輸出力和試驗(yàn)輸出力，當(dāng)二者相差較大時(shí)，則以這些離散點(diǎn)值為優(yōu)化變量，以各時(shí)刻下計(jì)算輸出力和試驗(yàn)輸出力的差值的平方和為目標(biāo)函數(shù)，基于優(yōu)化的方法迭代搜索這些離散點(diǎn)的新值。步驟6:重復(fù)步驟2 5，直至目標(biāo)函數(shù)小于設(shè)定的收斂閥值ε (ε為一很小的正數(shù))，即計(jì)算輸出力與試驗(yàn)輸出力基本相同，此時(shí)的這些位移-彈性力和速度-阻尼力離散點(diǎn)就表征了油氣懸架實(shí)際的非線性剛度和阻尼特性曲線。其中，步驟1是通用的油氣懸架測試方法，步驟4是一般的油氣懸架輸出力計(jì)算公式。本發(fā)明方法的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在步驟2、3、5和6中，本發(fā)明將試驗(yàn)測試與計(jì)算反求技術(shù)結(jié)合，這使得在評價(jià)油氣懸架非線性特性參數(shù)時(shí)，能大大減少物理試驗(yàn)的次數(shù)，即在只一次試驗(yàn)測試的情況下就同時(shí)反求得到油氣懸架位移與彈性力、速度與阻尼力兩條非線性特性曲線。 以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例， 凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種油氣懸架非線性特性參數(shù)的無損評測方法，其特征在于步驟為(1)建立油氣懸架的臺架試驗(yàn)測試系統(tǒng)，并進(jìn)行一次動(dòng)態(tài)測試，由傳感器測量得到各時(shí)刻ti的位移激勵(lì)x(ti)、速度激勵(lì)和輸出力Fai)；(2)用幾個(gè)離散點(diǎn)來表征油氣懸架的非線性特性曲線，即用幾個(gè)位移-彈性力關(guān)系的對應(yīng)點(diǎn)來表征整條位移-彈性力曲線，這條特性曲線上其它點(diǎn)處位移對應(yīng)的彈性力可用這些離散點(diǎn)通過插值的方法得到；同理，速度-阻尼力特性曲線同樣也用少數(shù)幾個(gè)離散點(diǎn)來表征；迭代的第一步可隨機(jī)給定這幾個(gè)離散點(diǎn)的初始值；(3)對試驗(yàn)測量的各時(shí)刻、的位移激勵(lì)χ(、)對應(yīng)的彈性力FkUai))和速度激勵(lì)對巧) 對應(yīng)的阻尼力，可由這上述幾個(gè)離散點(diǎn)插值得到；(4)由于總輸出力是彈性力和阻尼力相疊加的結(jié)果，由此可以計(jì)算得到各時(shí)刻下的總輸出力，即廣(0 = Fk (x{ti)) + Fc (i(i;))；(5)計(jì)算各時(shí)刻下計(jì)算輸出力和試驗(yàn)輸出力的差值的平方和，如果大于設(shè)定的收斂閥值ε，則以這些離散點(diǎn)值為優(yōu)化變量，以各時(shí)刻下計(jì)算輸出力和試驗(yàn)輸出力的差值的平方和為代價(jià)函數(shù)，基于優(yōu)化的方法搜索下一代這些離散點(diǎn)的新值；(6)重復(fù)步驟(2) (5)，直至代價(jià)函數(shù)小于設(shè)定的收斂閥值ε，即計(jì)算輸出力與試驗(yàn)輸出力基本相同，此時(shí)的這些位移-彈性力和速度-阻尼力離散點(diǎn)就表征了油氣懸架實(shí)際的非線性剛度和阻尼特性曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的油氣懸架非線性特性參數(shù)的無損評測方法，其特征在于 所述步驟⑵中，所述離散點(diǎn)的數(shù)量為4 9個(gè)。
全文摘要
一種油氣懸架非線性特性參數(shù)的無損評測方法，在建立了油氣懸架臺架試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用少數(shù)離散點(diǎn)表征油氣懸架的非線性特性曲線，特性曲線上其它點(diǎn)的值可通過這些離散點(diǎn)插值得到，以表征特性曲線的離散點(diǎn)為優(yōu)化變量，以各時(shí)刻下計(jì)算輸出力和試驗(yàn)輸出力的差值的平方和為代價(jià)函數(shù)，基于優(yōu)化方法進(jìn)行搜索評價(jià)，從而經(jīng)過一次測試就可整體式反求出兩條特性曲線。本發(fā)明原理簡單、測試過程操作方便、實(shí)用性強(qiáng)，能夠?qū)崟r(shí)有效的為油氣懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供系統(tǒng)參數(shù)，尤其是能評價(jià)油氣懸架系統(tǒng)在制造后服務(wù)中的特性參數(shù)的變化和使用性能，具有很好的應(yīng)用前景。
文檔編號G01M5/00GK102175468SQ201110043970
公開日2011年9月7日 申請日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月23日
發(fā)明者劉杰, 姜潮, 白影春, 韓旭 申請人:湖南大學(xué)