谐振式悬架试验台的控制系统研究

谐振式悬架试验台的控制系统研究

谐振式悬架试验台的控制系统研究

孙衔彬

（北京军区汽车技工训练大队，河北省 石家庄 050081）

摘 要：对谐振式悬架检测设备的基本结构、检测原理和系统构成进行了阐述。着重介绍悬架试验台的控制系统的信号采集方法，以及对信号处理和分析的过程。在软件控制系统中，使用了峰值包络线找极值的方法，剔除了干扰点对系统构成的影响，减小了测量的误差，确保了测试的重复性和数据的可靠性、准确性。

关键词：谐振式；悬架吸收率；信号处理 ；扫频法

Sun Xianbin

(Beijing military vehicle mechanic training Brigade, Shijiazhuang, Hebei, 050081)

Abstract:

On the basic structure of resonant type suspension testing equipment, testing principle and system structure of explained. Focuses on suspension experiment platform of control system for signal acquisition method, and signal processing and analysis process. Software control system, using the method of extreme value peak envelope, eliminating interference effects on the system, reducing measurement error, ensure that the duplication of tests and data reliability, accuracy.

Key:

Resonant; suspension absorption rate, signal processing, and sweep method

引 言

汽车悬架装置是车身和车轴弹性连接的重要部件。它的性能的优劣会直接影响汽车的稳定性、经济性、动力性和行车的安全性。随着道路交通条件的日益改善和科技的迅速发展，现在的轿车的最高车速在设计上都已超过150km/h,为了确保行车的安全性和汽车操纵的稳定性，对汽车悬架性能的检测就非常必要

目前，悬架装置试验台，根据其结构型式可分为跌落式和谐振式两类。由于谐振式方法的优点在于检测台性能的性能稳定，数据的重复性和可靠性好，能够快速的检测和判断汽车悬架装置的完好程度，所以在全国的检测行业中应用的比较广泛。下面本文就主要介绍谐振式悬架装置检测系统。

1 汽车悬架装置检测系统的构成和工作原理

1.1 汽车悬架装置检测系统的构成

汽车悬架检测台的结构包括台架底座、对称的悬架检测支撑台面和外框架台面，以及压力传感器、信号放大器、继电器和光电开关等电气控制系统。在台架底座上左右分别安装对称的激振器，激振器由在台架底座中央的电动机、弹性联轴器、对称的两个偏心轮、偏心轮中间的储能飞轮和穿过上述部件的偏心轴所构成，在与各个偏心轮连接的托动横两端，分别安装连接在台架底座和托动横梁间对称弹簧导向机构；

1 / 5

谐振式悬架试验台的控制系统研究

在激振器托动横梁上安装检测载荷的压力传感器，在压力传感器上方安装M 型结构的振动板，以保证停车位置准确。（见图-1）

1框架，2、摆动组件呢，3、储能飞轮，4、导向板，5、弹性联轴器，6、电动机，7、中间盖板，8、盖板9、振动架，10、悬架检测传感器，11、上框架， 图-1悬架检测台原理图

Schematic diagram of suspension test-bed

悬架装置检测系统配套的电子电器控制部分由工业控制计算机、LED 显示灯屏、压力传感器、A ／D 采集板、I/O采集板、模拟信号放大器、电磁继电器、交流接触器及软件控制系统组成。(见图-2)

1.2 悬架装置检测系统的工作原理

在检测时，将汽车驶上支承平台，启动系统控制软件程序，首先由光电开关判断车辆到位，通过台面

2 / 5

谐振式悬架试验台的控制系统研究 的压力传感器采集驶上台架后车辆的该轴的左右轮静态轮荷，然后判断该轴的轴重是否超出检测台的额定承载质量，如果超出则测试失败，反之，启动左（右）电动机，由左（右）电动机带动检测台的偏心机构，使检测台的激振器和检测车辆的悬架装置产生振动，直到储能飞轮的角频率ω0达到稳定的强迫振动后，

ω0的由软件控制继电器，断开左（右）电动机的电源，这时检测台的储能飞轮则以达到稳定后的角频率为

进行阻尼振荡，因为储能飞轮的角频率ω0比检测车辆车轮的固有频率要高，所以在储能飞轮逐渐减速的的阻尼振荡过程中，总能够扫描到车轮的固有频率处，这时检测台的激振器和检测车辆的悬架装置产生共振，使测试车轮在检测台的动态垂直载荷的峰值达到最大。在断开左（右）电机电源的同时，启动软件数据采集模块，采集波形数据直到台面停止振动，然后再进行右车轮的检测，完成后对数据的分析处理，计算悬架效率、谐振频率和测试的结果进行评价。

2 悬架系统的数据分析处理和软件控制流程

2.1 悬架系统的数据分析处理

本文所介绍的谐振式悬架检测台是通过测试车轮作用在激振台板上的垂直载荷的变化来评价悬架特性的。GB18565—2001规定，用悬架检测台检测时，受检车辆在受外界激励振动下测得的吸收率（被测汽车共振时的最小动态车轮垂直载荷与静态车轮垂直载荷的百分比值）不得小于40%，同轴左右吸收率之差不得大于15%。由此可见，我们对采集到的波形进行分析，应该首先找到共振时的车轮最小垂直载荷，然后计算出该车轮悬架的谐振点，才能计算出该车轮的悬架吸收率。计算公式如下：

λ=F min X100% W （公式-1） λ-悬架吸收率 F min -共振时最小动态车轮垂直载荷 W -静态车轮垂直载荷

图-3 车轮垂直载荷的时域曲线 3 / 5

谐振式悬架试验台的控制系统研究 图-3为测试车辆悬架效率的衰减振动时域曲线，横坐标为时间，纵坐标为动态轮荷。从谐振式悬架检测台的技术参数和检定规程可知，检测台的激振频率>15Hz，因此要确保完整的记录悬架的衰减振动曲线，必须有足够的采样频率，如果采样的频率不够，则无法完整的记录振动曲线的一个周期，造成信号的失真，导致计算悬架吸收率和谐振频率的数据不准确。通过试验和理论计算，我们把采样频率设定为4ms 采样一组数据，就能确保振动曲线的周期完整性，信号基本不失真，减小了悬架吸收率和谐振频率计算的误差，提高了系统的测试精度。

对悬架效率的衰减振动时域曲线的分析处理过程：

● 对采集记录的波形进行五点三次拟合进行平滑，减少采样过程中的干扰点对信号的影响。 ● 根据测试的车轮的静态轮荷W 对悬架吸收率的波形进行半波处理，只留下小于静态轮荷W 的有

效采样点，减小计算的工作量。

● 使用峰值包络线求极值的方法，剔除低频振动干扰点，得到最小动态车轮垂直载荷F min 。并根

据（公式-1）计算出车轮的悬架吸收率λ。

● 根据得到的最小动态车轮垂直载荷F min 的采样点时刻，分析曲线，计算出F min 峰值点的周期

∆t ，得到车轮和检测台面的谐振点频率。在数据处理上，为了减小测试的误差，一般采取分析F min 峰值点和相邻两个峰值点的周期，计算3个周期的平均值，然后得到谐振频率。

● 分别求得左右轮的悬架吸收率后，计算同轴左右轮的悬架吸收率的效率差。

● 根据GB18565-2001标准，对该轴的悬架吸收率和效率差进行评价。

2.2 软件控制流程

悬架装置检测台系统软控制软件的功能主要是：（1）通过A/D采集板来采集悬架试验台的高精度压力传感器产生的电压信号，并根据线性标定的方法将其转换为车轮的动态垂直载荷，以用来分析计算悬架吸收率所需的数据。（2）通过读取和写入I/O采集板的数据来控制左右电机的动作和车辆的到位状态。（3）通过RS-232串口与LED 灯屏通讯，实现测控系统与外部设备的状态和最终数据结果的显示。（4）对测控系统采集的车轮衰减振动曲线进行分析计算处理，得到最终的悬架吸收率、效率差和谐振频率等数据，并对其进行评价。（5）将评价数据和振动曲线的检测结果以报告的形式打印出来。总之，系统软控制软件是电器部分和机械部分联系的纽带，是整个控制系统的核心部分。

悬架装置检测台系统软件采用C++ Builder6开发完成，数据管理系统采用Access 数据库，应用程序通过ADO 与数据库连接，为提高编程的效率和数据管理的可靠性提供了有利的保证。系统具有测试过程信息智能提示、测试流程自动控制、数据管理及可与检测线联网操作的特点。

控制软件的流程框图如下：（图-4）

4 / 5

谐振式悬架试验台的控制系统研究

图-4 控制软件的流程框图

3 结语

系统采用先进的共振法测力技术，通过快速扫频、激振原理实现快速不解体地测定汽车悬挂装置的实际状况，进而判定汽车悬挂装置、主要是测试减震器性能及品质忧劣。在电器上采用高精度传感器和信号放大器，且具有很强的抗干扰能力，性能稳定可靠，使用了高速采集的16位A/D采集板，保证了系统检测数据采集的实时性和高精度。通过硬件和软件的双滤波，有效的控制了外界干扰信号对系统的影响，使得测试的数据更加稳定、准确可靠。具有界面友好，易于操作，可以提高工作效率。使用结果表明, 谐振式悬架装置检测台性能稳定, 结合高精度的电器控制系统和先进的软件算法，能够满足汽车悬架装置性能检测的需要。

[参 考 文 献]

[1]国家质量监督检验检疫总局，GB18565—2001 营运车辆综合性能要求和检验方法[S]。北京：中国标准出版社，2002

[2]国家质量监督检验检疫总局，JJF 1192—2008 汽车悬架装置检测台校准规范[S]。

[3]交通部公路司审定。汽车综合性能检测[M] 。上海：上海科学技术文献出版社，1999

[4]苗泽清，张连合等。 汽车检测人员岗位培训教材[M]。北京：人民交通出版社，2005

[5]石家庄华燕交通科技有限公司。机动车检测培训教材（原理篇）[R]，2009

[6]管致中，夏恭恪。信号与线性系统。高等教育出版社[M]，1992

5 / 5