轿车悬架耐久性试验载荷谱采集系统
为了评价汽车悬架耐久性技术，研究悬架的疲劳寿命情况。本文针对汽车悬架设计了一套载荷谱采集系统，得到汽车悬架耐久性评价指标的载荷谱数据。通过对悬架部件受力点的分析来绘制载荷谱，设置选定传感器，利用传感器测出测试点上应变情况，通过无线发射系统采集数据，再利用数据分析软件进行滤波，最终得到载荷随时间的变化关系。本实验选定的方案较为快捷简单，悬架载荷谱的研究能够评价悬架系统耐久性，对汽车安全性，舒适性具有重要意义。
关键词 悬架耐久性 ，受力分析 ，传感器选定 ，采集方案 ，载荷分析
目 录
1 引言 1
1.1国内外发展现状 1
2 悬架系统受力分析 2
2.1悬架部件的受力分析 3
2.2 悬架弹簧受力情况 4
2.3 横臂强度分析 5
3 载荷谱采集方案确定 6
3.1传感器的选择 6
3.2 6000以太网接口的数据采集系统 6
3.3无线遥测扭矩系统载荷谱采集方案确定 7
3.4 传感器的选择 8
4 利用悬架部件受力载荷曲线标定传感器9
4.1传感器标定11
5 采集悬架的载荷谱12
5.1数据分析软件15
5.2 选择试验道路确定试验工况17
5.2.1 数据结果分析18
结论 23
致谢 24
参考文献25
1 引言
汽车悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
。为了让我们的爱车变得更加舒适，平顺性、操纵的稳定性更好，我们需要对汽车悬架系统的主要部位的零部件进行载荷受力分析，并且绘制成载荷谱，载荷谱是汽车先进开发和耐久性评价的核心基础，它可为汽车耐久性实验和评价提供依据。[1]
悬架系统在实际工作中，受到的载荷是变化的，体现为应变和时间是变化的，不同档位所使用的频繁程度即每档所用时间也不相同，三者之间对应关系，就是载荷谱。有了实际工作的载荷谱，即有了准确的设计输入条件，就可以得到悬架系统各零件在载荷谱条件下的实际受力情况，从而可以得到准确的计算结果。汽车由于路面条件、驾驶员习惯不同，对于同一辆车，实际工作时载荷谱会五花八门。设计悬架系统时用作参考的载荷谱，是对各种不同路面、各类不同驾驶习惯用专门测试仪器进行大量测试后抽取出的统计数据。经过数据处理后的典型载荷谱。因此车我们要想知道汽悬架系统的具体寿命以及抗疲劳的程度，需要我们对悬架系统各零件的受力情况进行分析，并绘制成载荷谱。载荷谱对以后汽车发展具有重要意义。
1．1 国内外发展现状
国外对汽车悬架耐久性提出的比较早，而耐久性最早的理论应该是有关于疲劳的研究，早在1839年巴黎大学教授J.U.Poncelct在讲课中首先使用了“金属疲劳”的概念。1850-1860年德国工程师Wohlcr针对当时火车车轴在重复作用下多次发生轴肩断裂的事故，首先开展的疲劳的试验，提出了应力-寿命图和疲劳极限的概念，这就是我们现在所说载荷谱的原型。此后国内外便有很多学者开始对汽车局部的寿命也就是我们通常说的耐久性进行研究，并获得惊人的成就，为汽车发展做出重要贡献。我国汽车业的整车和零部件的设计开发和耐久性评价技术相对滞后，研究积累比较薄弱，只注重车型开发，忽视了基础数据的积，特别是载荷谱的积累。而载荷谱是汽车先进 开发和耐久性评价的核心基础，它可为汽车耐久性实验和评价提供依据。
以下是我国各高校的学者对汽车载荷谱采集的研究。
辽宁工业大学的曹鑫淼认为车辆悬架系统性能的重要影响因素为汽车行驶平顺性、操纵稳定性和行驶速度的重要因素。汽车悬架系统可靠性直接影响着汽车行驶安全性，多数汽车机械故障导致的事故都是由悬架系统引起的。通过麦弗逊式悬架系统失效模式的数据采集处理，确定悬架系统失效模式的失效概率以及各悬架部件的失效率和可靠度。他地汽车悬架系统耐久性的可靠度有一定的见解和研究，为我们研究汽车耐久性提供了较好的理论依据。[2]
上海汇众汽车公司的某汽车悬架耐久性疑问主要研究了汽车悬架的各部分受力情况，以及载荷谱的收集方法。根据某汽车悬架系统的结构特点和受力分析情况，确定了载荷谱采集方案，并给出了贴片后主要部件的载荷-应变标定曲线，最后介绍了实车测试的试验工况及仪器安装连接情况。通过对本次现场实地测试所得载荷数据进行评估和外延，可制定出供耐久性试验用的试验加载谱。介绍的载荷谱采集方法与思路可应用于我的毕业设计中载荷谱采集，对于研究汽车耐久性快速评价技术具有重要意义。[3]
吉林大学的杨兆军教授以国产加工中心为研究对象，制定了加工中心载荷谱现场测试技术与实验室测试技术，以此为依据收集了大量的载荷数据，开展了加工中心速度谱、切削力谱与切削扭矩谱编制方法的研究，并采用模糊综合决策分析方法优选出了最佳的载荷谱分布模型。他主要研究内容如下：1.为准确地获取加工中心的载荷数据，专门制定了载荷谱现场测试技术与实验室测试技术。现场测试技术用于采集加工中心用户现场载荷数据；对于现场无法采集到的载荷数据，本文制定了实验室测试技术。2.对采集的数据进行预处理后，编制了加工中心速度、主切削力、背向力、进给力以及切削扭矩的载荷谱及分布模型。[4]
重庆理工大学的郝建军利用用MTS—RPC汽车耐久性分析、试验及管理软件对实测的载荷时间历程进行了信号的预处理及载荷的统计分析，得出了各载荷历程下的特征值以及累积频次，从而得出不同路面、不同工况下载荷的分布特征；选取城区路面下的某个循环为载荷样本，基于疲劳损伤量的编辑原理，编制了用于汽车传动系统室内动态模拟试验的加速载荷谱；基于所编制的动态载荷谱，提出了一种用于变速器模拟试验的高动态试验台，并拟定了相应的技术参数及要求，为载荷谱的研发提供了有益参考和重要指导。[5]
2 悬架系统部件分析
汽车悬架包括弹性元件，减振器和传力装置等三部分，这三部分分别起缓冲，减振和力的传递作用。
螺旋弹簧：是现代汽车上用得最多的弹簧。它的吸收冲击能力强，乘坐舒适性好；缺点是长度较大，占用空间多，安装位置的接触面也较大，使得悬架系统的布置难以做到很紧凑。由于螺旋弹簧本身不能承受横向力，所以在独立悬架中不得不采用四连杆螺旋弹簧等复杂的组合机构。出于乘坐舒适性的考虑，希望对于频率高且振幅小的地面冲击，弹簧能表现得柔软一点，而当冲击力大时，又能表现出较大的刚性，减小冲击行程，因此需要弹簧同时具有两种甚至两种以上的刚度。可采用钢丝直径不等的弹簧或螺距不等的弹簧，它们的刚度随负载的增加而增加。[6]
（5）8通道数字I/O
（6）多种触发模式
7）坚固小巧
图4.1 6220数据测试模块
图4.2为6220测试模块16通道接口。可以同时同步处理16种不同的信号。
图4.9 弹簧受拉压
5 采集悬架的载荷谱
在查阅了大量的资料以及充分的的准备之后，本实验设计了一套快速又好处理的载荷谱采集系统。
1 引言 1
1.1国内外发展现状 1
2 悬架系统受力分析 2
2.1悬架部件的受力分析 3
2.2 悬架弹簧受力情况 4
2.3 横臂强度分析 5
3 载荷谱采集方案确定 6
3.1传感器的选择 6
3.2 6000以太网接口的数据采集系统 6
3.3无线遥测扭矩系统载荷谱采集方案确定 7
3.4 传感器的选择 8
4 利用悬架部件受力载荷曲线标定传感器9
4.1传感器标定11
5 采集悬架的载荷谱12
5.1数据分析软件15
5.2 选择试验道路确定试验工况17
5.2.1 数据结果分析18
结论 23
致谢 24
参考文献25
1 引言
汽车悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
。为了让我们的爱车变得更加舒适，平顺性、操纵的稳定性更好，我们需要对汽车悬架系统的主要部位的零部件进行载荷受力分析，并且绘制成载荷谱，载荷谱是汽车先进开发和耐久性评价的核心基础，它可为汽车耐久性实验和评价提供依据。[1]
悬架系统在实际工作中，受到的载荷是变化的，体现为应变和时间是变化的，不同档位所使用的频繁程度即每档所用时间也不相同，三者之间对应关系，就是载荷谱。有了实际工作的载荷谱，即有了准确的设计输入条件，就可以得到悬架系统各零件在载荷谱条件下的实际受力情况，从而可以得到准确的计算结果。汽车由于路面条件、驾驶员习惯不同，对于同一辆车，实际工作时载荷谱会五花八门。设计悬架系统时用作参考的载荷谱，是对各种不同路面、各类不同驾驶习惯用专门测试仪器进行大量测试后抽取出的统计数据。经过数据处理后的典型载荷谱。因此车我们要想知道汽悬架系统的具体寿命以及抗疲劳的程度，需要我们对悬架系统各零件的受力情况进行分析，并绘制成载荷谱。载荷谱对以后汽车发展具有重要意义。
1．1 国内外发展现状
国外对汽车悬架耐久性提出的比较早，而耐久性最早的理论应该是有关于疲劳的研究，早在1839年巴黎大学教授J.U.Poncelct在讲课中首先使用了“金属疲劳”的概念。1850-1860年德国工程师Wohlcr针对当时火车车轴在重复作用下多次发生轴肩断裂的事故，首先开展的疲劳的试验，提出了应力-寿命图和疲劳极限的概念，这就是我们现在所说载荷谱的原型。此后国内外便有很多学者开始对汽车局部的寿命也就是我们通常说的耐久性进行研究，并获得惊人的成就，为汽车发展做出重要贡献。我国汽车业的整车和零部件的设计开发和耐久性评价技术相对滞后，研究积累比较薄弱，只注重车型开发，忽视了基础数据的积，特别是载荷谱的积累。而载荷谱是汽车先进 开发和耐久性评价的核心基础，它可为汽车耐久性实验和评价提供依据。
以下是我国各高校的学者对汽车载荷谱采集的研究。
辽宁工业大学的曹鑫淼认为车辆悬架系统性能的重要影响因素为汽车行驶平顺性、操纵稳定性和行驶速度的重要因素。汽车悬架系统可靠性直接影响着汽车行驶安全性，多数汽车机械故障导致的事故都是由悬架系统引起的。通过麦弗逊式悬架系统失效模式的数据采集处理，确定悬架系统失效模式的失效概率以及各悬架部件的失效率和可靠度。他地汽车悬架系统耐久性的可靠度有一定的见解和研究，为我们研究汽车耐久性提供了较好的理论依据。[2]
上海汇众汽车公司的某汽车悬架耐久性疑问主要研究了汽车悬架的各部分受力情况，以及载荷谱的收集方法。根据某汽车悬架系统的结构特点和受力分析情况，确定了载荷谱采集方案，并给出了贴片后主要部件的载荷-应变标定曲线，最后介绍了实车测试的试验工况及仪器安装连接情况。通过对本次现场实地测试所得载荷数据进行评估和外延，可制定出供耐久性试验用的试验加载谱。介绍的载荷谱采集方法与思路可应用于我的毕业设计中载荷谱采集，对于研究汽车耐久性快速评价技术具有重要意义。[3]
吉林大学的杨兆军教授以国产加工中心为研究对象，制定了加工中心载荷谱现场测试技术与实验室测试技术，以此为依据收集了大量的载荷数据，开展了加工中心速度谱、切削力谱与切削扭矩谱编制方法的研究，并采用模糊综合决策分析方法优选出了最佳的载荷谱分布模型。他主要研究内容如下：1.为准确地获取加工中心的载荷数据，专门制定了载荷谱现场测试技术与实验室测试技术。现场测试技术用于采集加工中心用户现场载荷数据；对于现场无法采集到的载荷数据，本文制定了实验室测试技术。2.对采集的数据进行预处理后，编制了加工中心速度、主切削力、背向力、进给力以及切削扭矩的载荷谱及分布模型。[4]
重庆理工大学的郝建军利用用MTS—RPC汽车耐久性分析、试验及管理软件对实测的载荷时间历程进行了信号的预处理及载荷的统计分析，得出了各载荷历程下的特征值以及累积频次，从而得出不同路面、不同工况下载荷的分布特征；选取城区路面下的某个循环为载荷样本，基于疲劳损伤量的编辑原理，编制了用于汽车传动系统室内动态模拟试验的加速载荷谱；基于所编制的动态载荷谱，提出了一种用于变速器模拟试验的高动态试验台，并拟定了相应的技术参数及要求，为载荷谱的研发提供了有益参考和重要指导。[5]
2 悬架系统部件分析
汽车悬架包括弹性元件，减振器和传力装置等三部分，这三部分分别起缓冲，减振和力的传递作用。
螺旋弹簧：是现代汽车上用得最多的弹簧。它的吸收冲击能力强，乘坐舒适性好；缺点是长度较大，占用空间多，安装位置的接触面也较大，使得悬架系统的布置难以做到很紧凑。由于螺旋弹簧本身不能承受横向力，所以在独立悬架中不得不采用四连杆螺旋弹簧等复杂的组合机构。出于乘坐舒适性的考虑，希望对于频率高且振幅小的地面冲击，弹簧能表现得柔软一点，而当冲击力大时，又能表现出较大的刚性，减小冲击行程，因此需要弹簧同时具有两种甚至两种以上的刚度。可采用钢丝直径不等的弹簧或螺距不等的弹簧，它们的刚度随负载的增加而增加。[6]
（5）8通道数字I/O
（6）多种触发模式
7）坚固小巧
图4.1 6220数据测试模块
图4.2为6220测试模块16通道接口。可以同时同步处理16种不同的信号。
图4.9 弹簧受拉压
5 采集悬架的载荷谱
在查阅了大量的资料以及充分的的准备之后，本实验设计了一套快速又好处理的载荷谱采集系统。
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