汽車懸架減振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型創(chuàng)造公開(kāi)一種汽車懸架減振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括架體，設(shè)置在架體上可產(chǎn)生正弦運(yùn)動(dòng)的曲柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)，用于固定減振器的夾具和下安裝支座，速度傳感器，及用于測(cè)量阻尼力的力傳感器；曲柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)減振器的拉伸與壓縮行程往復(fù)運(yùn)動(dòng)，具有曲柄，曲軸連桿可繞著曲柄的另一端點(diǎn)進(jìn)行周向運(yùn)動(dòng)；曲軸連桿的頂端與下安裝支座連接從而帶動(dòng)減振器隨著曲軸連桿作上下運(yùn)動(dòng)，滑塊在曲軸連桿的帶動(dòng)下進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；谄噾壹軠p振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于減振器示功圖面積的求解與標(biāo)定，并提出一種減振器吸收能量定量分析方法，為減振器的性能檢測(cè)提供新的評(píng)價(jià)方法及量化標(biāo)準(zhǔn)。
【專利說(shuō)明】
汽車懸架減振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明創(chuàng)造涉及汽車懸架減振器領(lǐng)域，具體涉及一種汽車懸架減振器能量特性測(cè) 試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 減振器是汽車懸架中主要的減振元件，與彈性元件并聯(lián)安裝，其性能直接關(guān)系到 汽車的舒適性和安全性。汽車懸架是保證汽車行駛平順性與操作穩(wěn)定性的關(guān)鍵總成，減振 器作為其中的核心器件承擔(dān)著非常大的職責(zé)。因此，無(wú)論對(duì)于出廠前的檢測(cè)還是日后的維 修保養(yǎng)，汽車減振器的性能和失效模式的研究是十分必要的。
[0003] 減振器在生產(chǎn)及維修時(shí)，都需要經(jīng)過(guò)測(cè)試來(lái)明確其性能。減振器的性能主要是通 過(guò)減振器的外特性來(lái)表征的。通過(guò)減振器示功機(jī)可以得到減振器的示功圖和速度特性圖。 可以根據(jù)示功圖曲線的形狀來(lái)判斷減振器產(chǎn)品是否存在缺陷，即分析減振器是否失效。
[0004] 目前，已經(jīng)可以通過(guò)減振器示功機(jī)來(lái)測(cè)試最大拉伸阻力和最大壓縮阻力這兩個(gè)參 數(shù)合格與否，其識(shí)別方式為"門檻法"，超過(guò)了所設(shè)的"門檻值"就不合格。該識(shí)別方法的應(yīng)用 過(guò)于單一，只能識(shí)別出通過(guò)最大拉伸阻力、壓縮阻力表征的缺陷類型。一旦遇到最大拉伸阻 力、壓縮阻力都在合格范圍內(nèi)，卻存在著其他缺陷類型的示功圖，現(xiàn)有檢測(cè)方式就無(wú)法自動(dòng) 識(shí)別。在這種情況下，仍然需要依靠人工在線的方式逐一查驗(yàn)，根據(jù)檢測(cè)人員的主觀經(jīng)驗(yàn)進(jìn) 行分類識(shí)別。
[0005] 可以看出依靠人工識(shí)別的方式不利于減振器的大批量生產(chǎn)與檢測(cè)，當(dāng)前減振器示 功機(jī)所配置的自動(dòng)識(shí)別功能也較為粗糙。而且減振器在復(fù)原、壓縮行程中所測(cè)試的多數(shù)點(diǎn) 的阻尼特性無(wú)法得到體現(xiàn)，且減振器在一個(gè)往返行程內(nèi)所衰減車輛振動(dòng)的能量多少往往也 被忽略。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明創(chuàng)造目的是提供一種汽車懸架減振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于減振 器能量特性的測(cè)試，采用曲柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)減振器施加激勵(lì);采用速度傳感器測(cè)試減振 器的位移或速度;采用力傳感器測(cè)試減振器的動(dòng)靜態(tài)阻尼力和沖擊載荷。通過(guò)測(cè)試既可以 獲得減振器外能量特性，又可以提尚對(duì)減振器是否存在性能畸變的識(shí)別能力，提尚曲柄連 桿滑塊機(jī)構(gòu)、減振器的裝夾及其機(jī)構(gòu)是否存在間隙的識(shí)別能力。汽車懸架減振器能量特性 計(jì)量方法基于汽車懸架減振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于減振器示 功圖面積的求解與標(biāo)定，并提出一種減振器吸收能量定量分析方法，為減振器的性能檢測(cè) 提供新的評(píng)價(jià)方法及量化標(biāo)準(zhǔn)。
[0007] 本發(fā)明創(chuàng)造采用的技術(shù)方案為：
[0008] 汽車懸架減振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)，包括架體，設(shè)置在架體上可產(chǎn)生正弦運(yùn)動(dòng)的 曲柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)，測(cè)試時(shí)用于固定減振器上吊環(huán)的夾具和用于固定減振器下吊環(huán)的下安 裝支座，速度傳感器，及用于測(cè)量阻尼力的力傳感器;所述的曲柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)減 振器的拉伸與壓縮行程往復(fù)運(yùn)動(dòng)，具有曲柄，曲柄的一端固定在架體上，曲柄的另一端與曲 軸連桿底端相連接，所述曲軸連桿可繞著曲柄的另一端點(diǎn)進(jìn)行周向運(yùn)動(dòng)；曲軸連桿的頂端 與下安裝支座連接從而帶動(dòng)減振器隨著曲軸連桿作上下運(yùn)動(dòng)，曲軸連桿上還設(shè)有與之配合 的滑塊，所述滑塊在曲軸連桿的帶動(dòng)下進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng);所述速度傳感器設(shè)置在曲軸連 桿上用于測(cè)試由曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的速度。
[0009] 所述的汽車懸架減振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)，所述力傳感器固連于架體的上支座 上，并與夾具串聯(lián);所述力傳感器包括應(yīng)變片式力傳感器和壓電式力傳感器，所述應(yīng)變片式 力傳感器和壓電式力傳感器串聯(lián)。
[0010] 所述的汽車懸架減振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)，還包括減振器側(cè)向力裝置，所述減振 器側(cè)向力裝置與減振器固定連接，具有側(cè)力環(huán)，和固裝在架體上的用于支撐鋼索的滾輪，所 述側(cè)力環(huán)的一端固定連接在減振器的中間部位，側(cè)力環(huán)的另一端與鋼索連接，鋼索通過(guò)滾 輪連接砝碼;減振器隨下面的曲柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)作上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，側(cè)力環(huán)通過(guò)鋼索帶動(dòng)砝碼 隨減振器作小范圍上下運(yùn)動(dòng)。
[0011] 汽車懸架減振器能量特性計(jì)量方法，應(yīng)用上述汽車懸架減振器能量特性測(cè)試系 統(tǒng)，包括以下步驟：
[0012] 1)建立減振器數(shù)學(xué)模型，包括建立減振器壓縮行程和復(fù)原行程數(shù)學(xué)模型；
[0013] 2)建立減振器示功圖面積數(shù)學(xué)模型，基于汽車懸架減振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)，在 激振行程和頻率下，減振器的壓縮行程和復(fù)原行程產(chǎn)生示功曲線，該示功曲線組成的圖形 即減振器示功圖，該示功曲線所圍成的面積即減振器示功圖面積;基于減振器數(shù)學(xué)模型建 立減振器示功圖面積數(shù)學(xué)模型；
[0014] 3)示功圖面積能量標(biāo)定，
[0015] 3.1)基于Matleb平臺(tái)利用計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)減振器示功圖進(jìn)行圖像處理，包 括圖像讀取、圖像灰度化及圖像二值化，檢測(cè)減振器示功圖像素點(diǎn)個(gè)數(shù)并求解減振器示功 圖面積；
[0016] 3.2)用LabVIEW對(duì)減振器示功圖面積數(shù)學(xué)模型編程，并利用減振器在汽車懸架減 振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)中所采集的數(shù)個(gè)采樣點(diǎn)的速度值及阻尼力值數(shù)據(jù)，計(jì)算求解減振器 在一個(gè)工作行程中吸收的總能量。
[0017]所述的汽車懸架減振器能量特性計(jì)量方法，步驟1)建立減振器數(shù)學(xué)模型是根據(jù)減 振器工作機(jī)理，分別建立減振器的各行程開(kāi)閥前后的分段數(shù)學(xué)模型；
[0018] 工作行程中活塞所受阻尼力為：
[0019] F = Pi(Ah-Ag)-P2 · Ah+fi (1)
[0020] 油液從上腔流入下腔的流量為Q:
[0021] Q= (Ah-Ag)vi (2)
[0022] 貯油腔油液補(bǔ)償流入工作缸下腔的流量為Qc:
[0023] Qc = Ag · νι (3)
[0024] 式中：F為減振器受到的阻尼力N;Ah為活塞面積m2;Ag為活塞桿面積復(fù)原行 程活塞的運(yùn)動(dòng)速度m/^Pi為工作缸上腔的壓強(qiáng)Mpa;P2工作缸下腔的壓強(qiáng)Mpadi為活塞所受 摩擦力N;
[0025] 1.1)建立復(fù)原行程數(shù)學(xué)模型
[0026] 1.1.1)復(fù)原行程開(kāi)閥前數(shù)學(xué)模型
[0027] 假設(shè)減振器正常工作時(shí)油封密閉且無(wú)油液泄漏現(xiàn)象，減振器油只從工作缸的上腔 經(jīng)過(guò)活塞上復(fù)原閥進(jìn)入工作缸下腔，根據(jù)流體串并聯(lián)原理，
[0028] 油液通過(guò)復(fù)原閥組件流入下腔的流量&為：
[0029]
[0030]貯油腔油液通過(guò)補(bǔ)償流入工作缸下腔的流量為Qcl:
[0031]
[0032 ] 根據(jù)油液連續(xù)性方程由Q = Qi，Qc = Qcl得：
[0033]
[0034] 則開(kāi)閥前活塞所受阻尼力^可表示為：
[0035]
[0036] 式中：Cd為油液流量系數(shù);Am為閥體節(jié)流孔面積m2 ;P為油液密度Kg/m3; An為補(bǔ)償閥 節(jié)流孔面積m2; P3為貯油腔壓強(qiáng)Mpa;
[0037] 1.1.2)復(fù)原行程開(kāi)閥后數(shù)學(xué)模型
[0038] 隨著復(fù)原行程中活塞速度的增加，工作缸上腔的壓力也逐漸增加，當(dāng)上腔油液壓 力升高并且大于復(fù)原閥組件內(nèi)閥片的承受壓力時(shí)，復(fù)原閥片變形產(chǎn)生開(kāi)閥狀態(tài)，此時(shí)減振 器進(jìn)入開(kāi)閥后的阻尼狀態(tài)；
[0039] 開(kāi)閥后油液由工作缸上腔經(jīng)過(guò)活塞復(fù)原閥上的常通孔和閥片發(fā)生形變形成的環(huán) 狀縫隙進(jìn)入下腔產(chǎn)生的流量為Q 2:
[0040]
[0041] 式中，A2為閥片發(fā)生形變產(chǎn)生的縫隙面積m2,根據(jù)油液連續(xù)性方程由〇 = 〇2得：
[0042]
[0043] 則開(kāi)閥后活塞所受阻尼力？2可表示為：
[0044]
[0045] 1.2)壓縮行程數(shù)學(xué)模型的建立
[0046] 減振器壓縮行程的數(shù)學(xué)模型與復(fù)原行程的數(shù)學(xué)模型建立方法同步驟1.1)，根據(jù)活 塞運(yùn)動(dòng)速度及阻尼力形成方式分別建立開(kāi)閥前與開(kāi)閥后減振器數(shù)學(xué)模型。
[0047]所述的汽車懸架減振器能量特性計(jì)量方法，步驟2)減振器示功圖面積分為上下兩 部分，分別為復(fù)原行程產(chǎn)生的示功曲線圍成的上部分和減振器壓縮行程產(chǎn)生的示功曲線圍 成的下部分，可視為微小位移ds和瞬時(shí)阻尼力h所構(gòu)成矩形單元的面積累加之和；
[0048]將減振器單個(gè)復(fù)原行程所用時(shí)間t均分為η等份，由于示功機(jī)的激振形式為正弦激 勵(lì)信號(hào)，由速度傳感器可測(cè)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生速度特性，即減振器活塞速度特性為：
[0049] v = 23TfRcos(23rft) =3rfDcos(23rft) (11)
[0050] 式中：f為輸入信號(hào)的激振頻率Hz ;R為曲柄長(zhǎng)度mm;D為減振器總行程mm;
[0051] 減振器活塞位移特性由其速度特性表達(dá)式積分得到為：
[0052]
[0053] 式中，S為減振器活塞位移，
[0054] 由減振器速度傳感器可測(cè)得第i個(gè)時(shí)間點(diǎn)與第i+Ι個(gè)時(shí)間點(diǎn)的活塞運(yùn)行速度，其表 達(dá)式分別為：
[0055] vi = 3TfDcos(23rfti) (13)
[0056] vi+i = 3TfDcos(23rfti+i) (14)
[0057] 對(duì)減振器速度表達(dá)式求積分可得到第i個(gè)時(shí)間點(diǎn)與第i + 1個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的微小位 移ds表達(dá)式為
[0058]
[0059]給定活塞一定的激振頻率，在汽車懸架減振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)上可采集到兩個(gè) 相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，即活塞運(yùn)動(dòng)速度Vl及減振器瞬時(shí)阻尼力Fi表達(dá)式在步驟1)數(shù)學(xué)模型中已 推導(dǎo);將第i點(diǎn)與第i+Ι點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)阻尼力的均值作為矩形單元的高，單個(gè)矩形的面積 可表示為：
[0060] Aii = Fi〇ds (16)
[0061 ] 式中:Ah為矩形單元的面積，N · mm;仏=為平均阻尼力，N;
[0062] 因此，復(fù)原行程示功曲線圍成的面積為：
[0063]
[0064] 同理可求壓縮行程其示功曲線圍成的面積Ay，因此該減振器示功圖面積可表示 為：
[0065] A=Ai+Ay (18)。
[0066] 所述的汽車懸架減振器能量特性計(jì)量方法，步驟3.1)具體包括如下步驟：
[0067] 3.1.1)基于Canny邊緣檢測(cè)算法對(duì)減振器示功曲線進(jìn)行邊緣檢測(cè)，檢測(cè)該示功曲 線是否平滑，Canny算法可對(duì)目標(biāo)曲線平滑處理，其方法是采用高斯函數(shù)：
[0068]
[0069] 式中，〇為高斯濾波器平滑程度控制參數(shù)；
[0070] 3.1.2)平滑后的曲線使用一階微分算子，獲得各像素點(diǎn)處的梯度幅值和方向，點(diǎn) (i，j)處2個(gè)方向的偏導(dǎo)數(shù)Gx( i，j)和Gy( i，j)分別為：
[0071] Gx(i,j) = [I(i,j+l)-I(i,j)+I(i+l,j+l)-I(i+l,j)]/2 (20)
[0072] Gy(i,j) = [I(i,j)-I(i+l,j)+I(i,j+l)-I(i+l,j+l)]/2 (21);
[0073] 3.1.3)通過(guò)細(xì)化各像素點(diǎn)的梯度幅值圖像，可精確識(shí)別示功曲線邊緣線，非極大 值抑制即只需保留幅值的局部極大值；
[0074] 3.1.4)使用Canny算子從候選邊緣點(diǎn)中檢測(cè)和連接得到最終的邊緣。
[0075] 所述的汽車懸架減振器能量特性計(jì)量方法，步驟3.1.3)具體為Canny算子在梯度 幅值圖像G中以點(diǎn)（i，j)為中心3X3的鄰域內(nèi)進(jìn)行插值運(yùn)算，若點(diǎn)（i，j)處的梯度幅值G(i， j)小于相鄰的插值，那么該像素點(diǎn)（i，j)為非邊緣點(diǎn)，相反則可視為候選邊緣點(diǎn)，從而得到 候選邊緣曲線圖像。
[0076] 所述的汽車懸架減振器能量特性計(jì)量方法，步驟3.1.4)具體為根據(jù)圖像特點(diǎn)選取 兩個(gè)合理的閾值，分別為高閾值和低閾值，然后在候選邊緣曲線圖像中對(duì)任一像素點(diǎn)（i，j) 進(jìn)行檢測(cè)，如果被檢測(cè)像素點(diǎn)（i，j)梯度幅值G(i，j)大于所選取的高閾值，可將其視為邊緣 點(diǎn);相反如果其值小于低閾值，那么判定其為非邊緣點(diǎn);若梯度幅值介于高低閾值之間的像 素點(diǎn)，可先將其視為疑似邊緣點(diǎn)，接著根據(jù)邊緣的連通性對(duì)其進(jìn)行判斷，若該像素點(diǎn)的鄰接 像素中存在邊緣點(diǎn)，則認(rèn)為該像素點(diǎn)也為邊緣點(diǎn)，否則為非邊緣點(diǎn)。
[0077]本發(fā)明創(chuàng)造具有以下有益效果：
[0078]本發(fā)明創(chuàng)造汽車懸架減振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)包括可產(chǎn)生正弦運(yùn)動(dòng)的曲柄連桿 滑塊機(jī)構(gòu)、測(cè)試時(shí)固定減振器上下吊環(huán)的夾具與下安裝支座、測(cè)量阻尼力及速度位移的傳 感器；曲柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)減振器拉伸與壓縮行程往復(fù)運(yùn)動(dòng)，曲柄一端固定，連桿可繞 著曲柄另一端點(diǎn)進(jìn)行周向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)滑塊進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0079]力傳感器與夾具串聯(lián);包括應(yīng)變片式力傳感器和壓電式力傳感器，兩傳感器串聯(lián) 在一起，利用應(yīng)變片式及壓電式力傳感器自身特點(diǎn)，對(duì)減振器性能測(cè)試時(shí)產(chǎn)生的靜態(tài)力及 沖擊載荷進(jìn)行有效測(cè)量。應(yīng)變片式力傳感器用來(lái)實(shí)現(xiàn)減振器靜態(tài)力、準(zhǔn)靜態(tài)力測(cè)試；由于壓 電式傳感器的自身特點(diǎn)，壓電晶體受壓后其表面產(chǎn)生電荷，在動(dòng)態(tài)交變應(yīng)力作用下，電荷可 以供給測(cè)量電路一定的電壓或電流，因此適合減振器動(dòng)態(tài)力的測(cè)試，并可預(yù)測(cè)減振器空行 程及示功曲線畸變現(xiàn)象。設(shè)置在曲柄連桿機(jī)構(gòu)兩端的速度/位移傳感器用來(lái)識(shí)別壓電式力 傳感器力值的方向，可判別其力值產(chǎn)生于減振器運(yùn)動(dòng)的哪一拉伸或壓縮行程，可有效測(cè)量 出該系統(tǒng)的各部件間的工作間隙，以及長(zhǎng)期工作后各機(jī)構(gòu)的磨損間隙，自身對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維 護(hù)。
[0080]振器側(cè)向力裝置中砝碼可以根據(jù)整車需求側(cè)向力的大小，可以任意更換，砝碼的 大小會(huì)影響減振器內(nèi)部油液摩擦。當(dāng)減振器隨下面的曲軸連桿上下運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，鋼索也會(huì) 隨減振器小范圍運(yùn)動(dòng)。該側(cè)向力裝置可更好的模擬減振器在整車上的工作狀態(tài)。
【附圖說(shuō)明】
[0081 ]圖1為減振器示功圖面積
[0082]圖2為一有畸變減振器不功圖
[0083]圖3為圖2所示圖像二值化后減振器示功圖
[0084] 圖4 LabVIEW程序框圖
[0085]圖5能量計(jì)算結(jié)果圖
[0086] 圖6為實(shí)施例汽車懸架減振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)示意圖。
[0087] 圖7為實(shí)施例汽車懸架減振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)中側(cè)向力裝置工作狀態(tài)示意圖。 [0088] 其中：1-上支座，2-應(yīng)變片式力傳感器，3-壓電式力傳感器，4-夾具，5-減振器，6-下安裝支座，7-滑塊，8-連桿，9-速度傳感器，10-曲柄，11-側(cè)力環(huán)，12-鋼索，13-滾輪，14-砝 碼。
【具體實(shí)施方式】
[0089] 實(shí)施例汽車懸架減振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)，
[0090] 如圖6和7所示包括架體，設(shè)置在架體上可產(chǎn)生正弦運(yùn)動(dòng)的曲柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)，測(cè) 試時(shí)用于固定減振器5上吊環(huán)的夾具4和用于固定減振器5下吊環(huán)的下安裝支座6,速度傳感 器9,及用于測(cè)量阻尼力的力傳感器;所述的曲柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)減振器5的拉伸與 壓縮行程往復(fù)運(yùn)動(dòng)，具有曲柄10,曲柄10的一端固定在架體上，曲柄10的另一端與曲軸連桿 8底端相連接，所述曲軸連桿8可繞著曲柄10的另一端點(diǎn)進(jìn)行周向運(yùn)動(dòng)；曲軸連桿8的頂端與 下安裝支座6連接從而帶動(dòng)減振器5隨著曲軸連桿8作上下運(yùn)動(dòng)，曲軸連桿8上還設(shè)有與之配 合的滑塊7,所述滑塊7在曲軸連桿8的帶動(dòng)下進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng);所述速度傳感器9設(shè)置在 曲軸連桿8上用于測(cè)試由曲柄10轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的速度。所述力傳感器固連于架體的上支座1上， 并與夾具4串聯(lián);所述力傳感器包括應(yīng)變片式力傳感器2和壓電式力傳感器3,所述應(yīng)變片式 力傳感器2和壓電式力傳感器3串聯(lián)。
[0091] 該測(cè)試系統(tǒng)，還包括減振器側(cè)向力裝置，所述減振器側(cè)向力裝置與減振器5固定連 接，具有側(cè)力環(huán)11，和固裝在架體上的用于支撐鋼索12的滾輪13,所述側(cè)力環(huán)11的一端固定 連接在減振器5的中間部位，側(cè)力環(huán)11的另一端與鋼索12連接，鋼索12通過(guò)滾輪13連接砝碼 14;減振器隨下面的曲柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)作上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，側(cè)力環(huán)11通過(guò)鋼索12帶動(dòng)砝碼14隨 減振器5作小范圍上下運(yùn)動(dòng)。
[0092] 工作原理，該系統(tǒng)加力于減振器5的活塞桿，使其往復(fù)運(yùn)動(dòng)。測(cè)取減振器示功特性 曲線特性采用正弦激勵(lì)方式，使減振器活塞按簡(jiǎn)諧規(guī)律運(yùn)動(dòng)。
[0093] 該系統(tǒng)測(cè)試為:減振器運(yùn)動(dòng)機(jī)械能=阻尼力X位移;減振器消耗功率=阻尼力X 速度。
[0094] 實(shí)施例汽車懸架減振器能量特性計(jì)量方法
[0095] 基于上述汽車懸架減振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)，包括以下步驟：
[0096] 1)建立減振器數(shù)學(xué)模型:建立減振器壓縮行程和復(fù)原行程數(shù)學(xué)模型；
[0097] 根據(jù)減振器的工作機(jī)理，由于活塞桿相對(duì)工作缸運(yùn)動(dòng)速度的不同，活塞總成內(nèi)的 復(fù)原閥片和底閥總成內(nèi)的壓縮閥片會(huì)有不同的開(kāi)度，會(huì)對(duì)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生阻尼力有不 同的影響，因此需要分別建立減振器的各行程開(kāi)閥前后的分段數(shù)學(xué)模型。
[0098]工作行程中活塞所受阻尼力為：
[0099] F = Pi(Ah-Ag)-P2 · Ah+fi (1)
[0100] 油液從上腔流入下腔的流量為Q:
[0101] Q= (Ah-Ag)vi (2)
[0102] 貯油腔油液補(bǔ)償流入工作缸下腔的流量為Q。：
[0103] Qc = Ag · νι (3)
[0104] 式中:F為減振器受到的阻尼力，N;Ah為活塞面積，m2;A^活塞桿面積，m2;V1為復(fù)原 行程活塞的運(yùn)動(dòng)速度，工作缸上腔的壓強(qiáng)，Mpa;P 2工作缸下腔的壓強(qiáng)，MpaJi為活 塞所受摩擦力，N。
[0105] 1.1)復(fù)原行程數(shù)學(xué)模型的建立
[0106] 1.1.1)開(kāi)閥前數(shù)學(xué)模型
[0107] 假設(shè)減振器正常工作時(shí)油封密閉且無(wú)油液泄漏現(xiàn)象，減振器油只從工作缸的上腔 經(jīng)過(guò)活塞上復(fù)原閥進(jìn)入工作缸下腔，根據(jù)流體串并聯(lián)原理，
[0108] 油液通過(guò)復(fù)原閥組件流入下腔的流量可表示為&:
[0109]
[0110] 貯油腔油液通過(guò)補(bǔ)償流入工作缸下腔的流量為Qca:
[0111]
[0112] (4)、（ 5)式中：Cd為油液流量系數(shù);Am為閥體節(jié)流孔面積，m2; P為油液密度，Kg/m3; 八"為補(bǔ)償閥節(jié)流孔面積，m2;P3為貯油腔壓強(qiáng)，Mpa。
[0113] 根據(jù)油液連續(xù)性方程得：
[0114]
[0115] 則阻尼力?丨可表示為：
[0116]
[0117] 1.1.2)開(kāi)閥后數(shù)學(xué)模型
[0118] 隨著復(fù)原行程中活塞速度的增加，工作缸上腔的壓力也逐漸增加，當(dāng)上腔油液壓 力升高并且大于復(fù)原閥組件內(nèi)閥片的承受壓力時(shí)，復(fù)原閥片變形產(chǎn)生開(kāi)閥狀態(tài)，此時(shí)減振 器進(jìn)入開(kāi)閥后的阻尼狀態(tài)。
[0119] 開(kāi)閥后油液由工作缸上腔經(jīng)過(guò)活塞復(fù)原閥上的常通孔和閥片發(fā)生形變形成的環(huán) 狀縫隙進(jìn)入下腔產(chǎn)生的流量為Q 2:
[0120]
[0121] 式中，A2為閥片發(fā)生形變產(chǎn)生的縫隙面積，m2。根據(jù)油液連續(xù)性方程得：
[0122]
[0123] 則開(kāi)閥后活塞所受阻尼力^可表示為：
[0124]
[0125] 1.2)壓縮行程數(shù)學(xué)模型的建立
[0126] 減振器壓縮行程的數(shù)學(xué)模型與復(fù)原行程的數(shù)學(xué)模型建立方法相似同步驟1.1)，根 據(jù)活塞運(yùn)動(dòng)速度及阻尼力形成方式分別建立開(kāi)閥前與開(kāi)閥后減振器數(shù)學(xué)模型，具體為：
[0127] 1.2.1)壓縮行程開(kāi)閥前數(shù)學(xué)模型
[0128] 壓縮閥開(kāi)閥前，活塞處于低速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)油液通過(guò)活塞壓縮閥上的常通孔和 流通閥閥片環(huán)流間隙產(chǎn)生阻尼力。壓縮閥閥片的常通孔節(jié)流及流通閥閥片環(huán)流間隙可認(rèn)為 都屬于薄壁小孔節(jié)流。
[0129] 由下腔通過(guò)流通閥閥片環(huán)流間隙流入上腔的流量Q3為：
[0130]
[0131] 由下腔通過(guò)壓縮閥常通孔流入儲(chǔ)油腔的流量為Q4:
[0132]
[0133] 根據(jù)油液連續(xù)性方程得：
[0134]
[0135] 則阻尼力F3可表示為：
[0136]
[0137] 式中:Ai為流通閥閥片發(fā)生形變產(chǎn)生的縫隙面積m2;A3為活塞上壓縮閥常通孔截面 積m 2;
[0138] 1.2.2)壓縮行程開(kāi)閥后數(shù)學(xué)模型
[0139] 活塞處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，減振器的壓縮閥閥片變形形成環(huán)狀縫隙節(jié)流，此時(shí)油 液通過(guò)活塞壓縮閥上的常通孔和閥片變形形成的環(huán)狀縫隙進(jìn)入儲(chǔ)油腔產(chǎn)生阻尼力。
[0140] 其流量為Q5:
[0141]
[0142] 根據(jù)油液連續(xù)性方程由得：
[0143]
[0144] 則阻尼力F4可表示為：
[0145]
[0146] 式中，Vy為復(fù)原行程活塞的運(yùn)動(dòng)速度，A4為壓縮閥片發(fā)生形變產(chǎn)生的縫隙面積。
[0147] 2)建立減振器示功圖面積數(shù)學(xué)模型
[0148] 所述減振器示功圖面積是基于汽車懸架減振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)，在一定的激振 行程及頻率下，減振器的壓縮行程和復(fù)原行程產(chǎn)生示功曲線，該曲線所圍成的面積;基于減 振器數(shù)學(xué)模型建立該減振器示功圖面積數(shù)學(xué)模型；
[0149] 減振器示功圖面積如圖1所示A1與A2的總和。其意義是表示減振器經(jīng)過(guò)一個(gè)復(fù)原 與壓縮行程，其產(chǎn)生的阻尼力衰減車身振動(dòng)所做的功，其值的大小可表征減振器的能量效 能，既減振器衰減振動(dòng)能量效率及能力。示功圖面積分為上下兩部分，可視為微小位移ds和 瞬時(shí)阻尼力h所構(gòu)成矩形單元的面積累加之和。
[0150] 將減振器單個(gè)復(fù)原行程所用時(shí)間t均分為η等份，由于示功機(jī)的激振形式為正弦激 勵(lì)信號(hào)，由速度傳感器可測(cè)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生速度特性，即減振器活塞速度特性為：
[0151] v = 23TfRcos(23rft) =3rfDcos(23rft) (18)
[0152] 式中：f為輸入信號(hào)的激振頻率Hz ;R為曲柄長(zhǎng)度mm;D為減振器總行程mm;
[0153] 減振器活塞位移特性由其速度特性表達(dá)式積分得到為：
[0154]
[0155] 式中，S為減振器活塞位移，
[0156] 由減振器速度傳感器可測(cè)得第i個(gè)時(shí)間點(diǎn)與第i+Ι個(gè)時(shí)間點(diǎn)的活塞運(yùn)行速度，其表 達(dá)式分別為：
[0157] vi = 3TfDcos(23rfti) (20)
[0158] vi+i = 3TfDcos(23rfti+i) (21)
[0159] 對(duì)減振器速度表達(dá)式求積分可得到第i個(gè)時(shí)間點(diǎn)與第i + 1個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的微小位 移ds表達(dá)式為
[0160]
[0161] 給定活塞一定的激振頻率，在汽車懸架減振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)上可采集到兩個(gè) 相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，即活塞運(yùn)動(dòng)速度Vl及減振器瞬時(shí)阻尼力Fi表達(dá)式在步驟1)數(shù)學(xué)模型中已 推導(dǎo);將第i點(diǎn)與第i + Ι點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)阻尼力的均值作為矩形單元的高，單個(gè)矩形的面積 可表示為：
[0162] Aii = Fi〇ds (23)
[0163] 式中:Ah為矩形單元的面積，Ν·πιπι;%=：^5±1為平均阻尼力，N;
[0164] 因此，復(fù)原行程示功曲線圍成的面積為：
[0165]
[0166] 同理可求壓縮行程其示功曲線圍成的面積Ay，因此該減振器示功圖面積可表示 為：
[0167] A=Ai+Ay (25)。
[0168] 3)示功圖面積能量標(biāo)定；
[0169] 如圖2所示有畸變減振器示功圖，其中近似橢圓形白色曲線為示功曲線輪廓線，即 目標(biāo)曲線;黑色部分為背景區(qū)域。
[0170] 3.1)對(duì)圖2所示減振器示功圖進(jìn)行圖像處理，其主要技術(shù)路線包括圖像讀取、圖像 灰度化及圖像二值化；
[0171] 把減振器示功圖看作具有不同灰度級(jí)的兩類區(qū)域，利用目標(biāo)曲線（白色)與其背景 在灰度特性上的差異，通過(guò)選取的閾值可界定圖像中任一像素點(diǎn)的所屬區(qū)域，其二值化后 圖像如圖3所示。通常，圖像處理的輸入與輸出均為圖像，圖片格式無(wú)變化;而圖像識(shí)別的不 同之處在于，其輸出則是關(guān)于圖片類別或結(jié)構(gòu)分析數(shù)據(jù)。
[0172 ] 3.1.1)基于Canny邊緣檢測(cè)算法對(duì)目標(biāo)曲線進(jìn)行邊緣檢測(cè)，檢測(cè)曲線是否平滑；
[0173] 基于Canny邊緣檢測(cè)算法對(duì)目標(biāo)曲線進(jìn)行邊緣檢測(cè)，用范函求導(dǎo)方法推導(dǎo)出高斯 函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)即為最優(yōu)邊緣檢測(cè)算子的最佳近似。Canny算法可對(duì)目標(biāo)曲線平滑處理，其 方法是采用高斯函數(shù)：
[0174]
[0175] 式中，σ為高斯濾波器平滑程度控制參數(shù)。
[0176] 3.1.2)平滑的曲線使用一階微分算子，獲得各像素點(diǎn)處的梯度幅值和方向；
[0177] 平滑后示功曲線I各像素點(diǎn)處的梯度幅值的計(jì)算方法是使用一階微分算子，這樣 可獲得各像素點(diǎn)處的梯度幅值和方向。點(diǎn)（i，j)處2個(gè)方向的偏導(dǎo)數(shù)G x(i，j)和Gy(i，j)分別 為：
[0178] Gx(i,j) = [I(i,j+l)-I(i,j)+I(i+l,j+l)-I(i+l,j)]/2 (27)
[0179] Gy(i,j) = [I(i,j)-I(i+l,j)+I(i,j+l)-I(i+l,j+l)]/2 (28)
[0180] 3.1.3)通過(guò)細(xì)化各像素點(diǎn)的的梯度幅值圖像，可以精確識(shí)別示功曲線邊緣線，非 極大值抑制即只需保留幅值的局部極大值；
[0181] 通過(guò)細(xì)化各像素點(diǎn)的的梯度幅值圖像，可以精確識(shí)別示功曲線邊緣線，非極大值 抑制即只需保留幅值的局部極大值[5]Xanny算子在梯度幅值圖像G中以點(diǎn)（i，j)為中心3X 3的鄰域內(nèi)進(jìn)行插值運(yùn)算，若點(diǎn)（i，j)處的梯度幅值G(i，j)小于相鄰的插值，那么該像素點(diǎn) (i，j)為非邊緣點(diǎn)，相反則可視為候選邊緣點(diǎn)，從而得到候選邊緣曲線圖像。
[0182] 3.1.4)使用Canny算子從候選邊緣點(diǎn)中檢測(cè)和連接得到最終的邊緣；
[0183] Canny算子采用雙閾值法從候選邊緣點(diǎn)中檢測(cè)和連接得到最終的邊緣。首先根據(jù) 圖像特點(diǎn)選取兩個(gè)合理的閾值，其中設(shè)定高閾值為240，低閾值為120，然后在候選邊緣曲線 圖像中對(duì)任一像素點(diǎn)（i，j)進(jìn)行檢測(cè)。如果被檢測(cè)像素點(diǎn)（i，j)梯度幅值G(i，j)大于所選取 的高閾值240，可將其視為邊緣點(diǎn)；相反如果其值小于低閾值120，那么判定其為非邊緣點(diǎn)。 若梯度幅值介于高低閾值之間的像素點(diǎn)，可先將其視為疑似邊緣點(diǎn)，接著根據(jù)邊緣的連通 性對(duì)其進(jìn)行判斷。若該像素點(diǎn)的鄰接像素中存在邊緣點(diǎn)，則認(rèn)為該像素點(diǎn)也為邊緣點(diǎn)，否則 為非邊緣點(diǎn)。
[0184] 使用Matleb平臺(tái)編程計(jì)算結(jié)果求得示功曲線輪廓內(nèi)包含142554個(gè)像素點(diǎn)，像素面 積為257。
[0185] 3.2)用LabVIEW對(duì)減振器示功圖面積數(shù)學(xué)模型編程，之后導(dǎo)入減振器在汽車懸架 減振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)中所采集的2000個(gè)采樣點(diǎn)的位移及力值數(shù)據(jù)，便可求得減振器所 吸收的能量；
[0186] 具體為，依據(jù)示功圖面積微單元累加法，使用LabVIEW編程并計(jì)算減振器上下往復(fù) 一個(gè)周期所吸收的能量總和。其程序框圖如圖4所示。
[0187] 導(dǎo)入減振器在汽車懸架減振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)中所采集的2000個(gè)采樣點(diǎn)的位 移及力值數(shù)據(jù)，便可求得減振器所吸收的能量。如圖5所示為減振器能量計(jì)算結(jié)果，測(cè)試得 到其復(fù)原阻尼力為1406N，壓縮阻尼力為-942N，使用LabVIEW平臺(tái)計(jì)算減振器上下往復(fù)一個(gè) 周期衰減的能量總和為69.613J，因此單位像素面積所表示的能量為0.27J。
[0188] 上述方法可應(yīng)用于減振器性能分析并完善其性能評(píng)價(jià)方法，可用來(lái)判斷減振器畸 變及檢驗(yàn)減振器能量吸收能力。本發(fā)明首先建立了汽車懸架減振器在復(fù)原與壓縮行程的數(shù) 學(xué)模型及定義減振器示功圖面積，然后基于Matleb平臺(tái)將計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于減振 器示功圖像素點(diǎn)個(gè)數(shù)的檢測(cè)與面積的求解;隨后使用LabVIEW平臺(tái)計(jì)算求解減振器在一個(gè) 工作行程中吸收總能量，從而定量分析出減振器示功圖面積與所吸收能量的關(guān)系，為減振 器的性能檢測(cè)提供新的評(píng)價(jià)方法及量化標(biāo)準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 汽車懸架減振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，包括架體，設(shè)置在架體上可產(chǎn)生正 弦運(yùn)動(dòng)的曲柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)，測(cè)試時(shí)用于固定減振器(5)上吊環(huán)的夾具(4)和用于固定減振 器(5)下吊環(huán)的下安裝支座(6)，速度傳感器(9)，及用于測(cè)量阻尼力的力傳感器;所述的曲 柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)減振器(5)的拉伸與壓縮行程往復(fù)運(yùn)動(dòng)，具有曲柄（10)，曲柄（10) 的一端固定在架體上，曲柄（10)的另一端與曲軸連桿(8)底端相連接，所述曲軸連桿(8)可 繞著曲柄（10)的另一端點(diǎn)進(jìn)行周向運(yùn)動(dòng)；曲軸連桿(8)的頂端與下安裝支座(6)連接從而帶 動(dòng)減振器(5)隨著曲軸連桿(8)作上下運(yùn)動(dòng)，曲軸連桿(8)上還設(shè)有與之配合的滑塊(7)，所 述滑塊(7)在曲軸連桿(8)的帶動(dòng)下進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng);所述速度傳感器(9)設(shè)置在曲軸連 桿(8)上用于測(cè)試由曲柄(10)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的速度。2. 如權(quán)利要求1所述的汽車懸架減振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述力傳感器 固連于架體的上支座（1)上，并與夾具(4)串聯(lián);所述力傳感器包括應(yīng)變片式力傳感器(2)和 壓電式力傳感器(3)，所述應(yīng)變片式力傳感器(2)和壓電式力傳感器(3)串聯(lián)。3. 如權(quán)利要求1所述的汽車懸架減振器能量特性測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，還包括減振器 側(cè)向力裝置，所述減振器側(cè)向力裝置與減振器(5)固定連接，具有側(cè)力環(huán)（11)，和固裝在架 體上的用于支撐鋼索（12)的滾輪（13)，所述側(cè)力環(huán)（11)的一端固定連接在減振器(5)的中 間部位，側(cè)力環(huán)（11)的另一端與鋼索（12)連接，鋼索（12)通過(guò)滾輪(13)連接砝碼（14);減振 器隨下面的曲柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)作上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，側(cè)力環(huán)（11)通過(guò)鋼索（12)帶動(dòng)砝碼（14)隨減 振器(5)作小范圍上下運(yùn)動(dòng)。
【文檔編號(hào)】G01M17/04GK205607660SQ201620311625
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月14日
【發(fā)明人】田雪, 曾慶東, 王天利, 王雪, 楊旭光
【申請(qǐng)人】遼寧工業(yè)大學(xué)