專利名稱：白車身靜剛度約束裝置及靜剛度檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種乘用車白車身靜態(tài)剛度檢測，尤其涉及到白車身靜剛度的約束裝置及靜剛度的檢測方法，對車身的扭轉剛度和彎曲剛度進行快速測試。
背景技術：
乘用車車身絕大多數(shù)采用全承載結構，車身靜剛度一般包括扭轉剛度和彎曲剛度，車身幾乎承載著乘用車使用過程中所有扭轉和彎曲載荷，車身靜剛度對汽車的舒適性能、耐久性能和動力響應性能等有明顯影響，因此，乘用車車身靜剛度是車身結構設計過程中需要考慮的首要問題。目前車身靜剛度性能測試主要是利用成熟的CAD、CAE等軟件，通過對車身進行三維實體建模，然后利用有限元方法進行分析，觀察白車身及其結構件在各種不同載荷作用下的變形，從而得到車身靜剛度等力學性能。該方法的優(yōu)點是設計成本較低，但由于汽車車身結構比較復雜，且不同車型的車身結構參數(shù)也不同，因此實體建模耗時長，另外，由于在建模過程中存在一定簡化，使得計算剛度與實際剛度相差較大。中國專利號為CN1405M5的專利文獻公開了 “乘用車白車身結構彎曲剛度測試約束與加載裝置”，涉及白車身彎曲剛度測試時用于支承試驗車車身的約束裝置以及彎曲加載裝置，但未涉及到彎曲撓度測量方式、信號采集和數(shù)據(jù)處理等技術。中國專利號為CN1405M2的專利文獻公開了 “乘用車車身結構扭轉剛度測試約束與加載裝置”技術，包括白車身扭轉剛度測試時用于支承試驗車車身的約束裝置以及扭轉剛度加載裝置，但同樣未涉及扭轉角度測量方式、信號采集和數(shù)據(jù)處理等技術。中國專利號為CN101281085的專利文獻公開了 “乘用車白車身結構靜剛度測試系統(tǒng)及其試驗方法”，包括約束裝置、伺服彎曲剛度加載裝置、伺服扭轉剛度加載裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，較好地實現(xiàn)了通用車型的車身靜剛度包括彎曲剛度和扭轉剛度的綜合測試。在前支座總成中，前支座支撐臂與前支座回轉臺通過鉸接結構相連實現(xiàn)白車身在鉛垂面的旋轉運動，從而完成白車身的扭轉剛度測試，前支座回轉臺與實驗臺地板相連。但該結構存在不足，即在進行系統(tǒng)彎曲剛度測試時，由于不能將前支座總成與實驗臺地板固定，使得在彎曲載荷加載后，白車身不僅會出現(xiàn)彎曲剛度測試所需要的彎曲，同時仍然會出現(xiàn)車身扭轉， 從而給彎曲剛度測試結果帶來很大誤差。此外該專利雖然也提及了測試系統(tǒng)，但未給出測試系統(tǒng)的組成。綜上所述，目前已有技術或未涉及到剛度測試系統(tǒng)的搭建；或未涉及到剛度和彎曲測試過程中數(shù)據(jù)采集和處理；或車身剛度測試系統(tǒng)缺乏包括扭轉、彎曲的綜合測試平臺； 或系統(tǒng)由于結構不足而存在測量誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為提高乘用車車身靜剛度測試的合理性、準確性和快速性而提出一種白車身靜剛度測試過程中需要的約束裝置，本發(fā)明同時還提出基于該約束裝置的白車身靜剛度的檢測方法，對白車身扭轉角度和彎曲撓度實現(xiàn)快速而精確的測量。
本發(fā)明白車身靜剛度約束裝置采用的技術方案是白車身正下方是T形槽試驗臺地板，τ形槽試驗臺地板上設一前支承架和2個左右布置的后支承架，前、后支承架分別垂直支承于白車身前、后部分與T形槽試驗臺地板之間，前支承架的一側設有壓力傳感器和液壓千斤頂，液壓千斤頂上是壓力傳感器，白車身底面四周布置若干位移傳感器，壓力傳感器的輸出端連接壓力變送器，位移傳感器的輸出端均連接位移變送器，位移變送器和壓力變送器的輸出端均依次連接A/D采集卡和計算機控制單元；所述前支承架包括前架、T型架和工字導軌，前架的底端垂直固定連接T型槽實驗臺地板，前架的頂端通過螺栓、螺母連接 T型架的橫梁正中間，T型架的橫梁相對于白車身左右布置且橫梁的一側下部位置是液壓千斤頂；T型架的底端通過銷軸、開口銷與前架的底端相連；T型架的橫梁上表面左右對稱地各設置一個工字導軌，工字導軌頂部滑動連接座子，座子上部設有第一上、下法蘭，第二上、下法蘭之間夾持白車身的前端連接點；所述后支承架的下部是后架，后架的底端與T型槽實驗臺地板垂直緊固連接，后架頂端通過螺紋連接螺桿下端，螺桿上端設有第二上、下法蘭，第二上、下法蘭之間夾持白車身后端的兩個懸置點。本發(fā)明白車身靜剛度的檢測方法是對扭轉剛度和彎曲剛度進行檢測，扭轉剛度的檢測方法是:A:拔掉銷軸，用液壓千斤頂在白車身的一側面加載，使T型架繞螺栓旋轉， 帶動白車身隨T型架繞螺栓扭動，實現(xiàn)扭轉載荷的施加；B 白車身扭動后，壓力傳感器輸出電壓信號，通過壓力變送器對壓力信號進行調(diào)理，由數(shù)據(jù)采集卡獲得數(shù)字信號，并在計算機控制單元中轉換為載荷力大小，根據(jù)載荷力距扭轉支承點的間距轉換為實際施加載荷的扭矩值；同時，位移傳感器輸出電壓信號，通過位移變速器進行信號調(diào)理，經(jīng)A/D采集卡獲得位移電信號，并在計算機控制單元中將其轉換為汽車前后軸間相對扭轉角度；C、用施加載荷的扭矩值除以扭轉角度計算出扭轉剛度；
彎曲剛度的檢測方法是先用銷軸將前架與T型架固定，用事先標定過的沙袋模擬乘客載重，根據(jù)加載沙袋的多少獲得彎曲剛度測量過程中所施加力載荷的實際大小；然后采用所述扭轉剛度的檢測方法中的步驟B，測量白車身在施加力載荷后的車身變形位移量; 最后用所施加沙袋的載荷的實際大小除以車身變形位移量即得出彎曲剛度。本發(fā)明基于車身試驗數(shù)據(jù)測試車身靜剛度，更為合理且精確可靠地提高了汽車車身結構性能。約束裝置不僅能實現(xiàn)車身扭轉剛度和彎曲剛度在測量過程中車身的夾持，而且通用性好，適用于不同車型；安裝、調(diào)試和測量簡便、快速，加快了對不同車型測試的效率，在保證測試精度的前提下明顯降低了設備成本。


圖1白車身靜剛度測試時的立體結構示意圖； 圖2是圖1卸掉白車身31后旋轉的俯視圖3是圖2的右視結構示意圖4是圖1中前支承架四的立體結構示意圖5是圖4的前支承架四的主視圖6是圖1中后支承架32的立體結構示意圖7是圖5中工字導軌觀、連接件17、法蘭等連接結構的放大圖8是圖3中A向結構放大圖；圖9是白車身靜剛度檢測原理圖中1、T型槽試驗臺地板；2、壓塊；3、墊塊；4、Τ型槽螺栓；5、Τ型槽螺母；6、銷軸；7、 前架；8、T型架；9、螺栓；10、座子；11、外六角圓柱螺釘；12、螺母；13、上法蘭；14、六角頭螺栓；15、下法蘭；16、銷軸；17、連接件；18、開口銷；19、銷軸；20、螺母；21、開口銷；22、螺桿； 23、鎖緊螺母；24、后架；25、開口銷；26、液壓千斤頂；27、壓力傳感器；28、工字導軌；29、前支承架；30、位移傳感器；31、白車身；32、后支承架；33、下法蘭；34上法蘭；35、位移變送器；36、A/D采集卡；37、計算機控制單元；38、壓力變送器；39、內(nèi)六角圓柱螺釘。
具體實施例方式如圖1所示，白車身靜剛度測量的約束裝置包括設置在白車身31正下方的T形槽試驗臺地板1，在T形槽試驗臺地板1上安裝前支承架四和后支承架32，前支承架四垂直支承于白車身31前部分與T形槽試驗臺地板1之間，后支承架32垂直支承于白車身31后部分與T形槽試驗臺地板1之間。在前支承架四的一側裝有扭轉加載裝置，該扭轉加載裝置由壓力傳感器27和液壓千斤頂沈組成，壓力傳感器27設置在液壓千斤頂沈上。在白車身31底面四周布置了若干位移傳感器30，位移傳感器30用于測量白車身31在施加載荷后的位移量，布置在白車身31的前、后縱梁，傳動軸通道、車門和車窗上。如圖2，前支承架四包括前架7、T型架8、工字導軌觀等，T型架8的橫梁相對于白車身31左右布置。后支承架32有2個，左右布置，分別支撐于白車身31的兩后輪安裝位置。如圖3、4、5所示，前架7的底端通過T型槽螺栓4和T型槽螺母5垂直固定連接在τ型槽實驗臺地板1上，前架7的頂端通過螺栓9、螺母20連接T型架8的橫梁正中間。 T型架8的橫梁的一側下部位置是液壓千斤頂26。在未對T型架8進行扭轉加載測試時， T型架8的底端還通過銷軸6、開口銷21與前架7的底端相連，扭轉測試加載時，則將銷軸 6拔掉，此時T型架8可以繞著螺栓9在垂直平面內(nèi)進行旋轉轉動，實現(xiàn)白車身1的扭轉。 T型架8旋轉到位后，T型架8的橫梁壓在液壓千斤頂沈上，T型架8轉動的幅度取決于液壓千斤頂沈的高度，進而實現(xiàn)扭轉剛度測試。如圖7，在T型架8的橫梁上表面，左右對稱地各設置一個工字導軌觀，每個工字導軌觀底部均通過外六角圓柱螺釘11固定連接在T型架8的橫梁上，工字導軌觀頂部滑動連接座子10，座子10可以根據(jù)不同車型結構尺寸的情況，在工字導軌觀上左右來回移動，并通過內(nèi)六角圓柱螺釘39定位，實現(xiàn)車身靜剛度測試的通用性。座子10上部通過銷軸 19連接連接件17，連接件17再通過銷軸16和開口銷18與下法蘭15相連，下法蘭15連接上法蘭13，上法蘭13和下法蘭15之間夾持白車身31的前端連接點，并通過六角頭螺栓14 和螺母12固定連接，從而實現(xiàn)約束裝置前支承架四對白車身31的前端支承。如圖3、6、8所示，后支承架32的下部是后架對，后架M的底端通過墊塊3和壓塊 2與T型槽實驗臺地板1垂直緊固連接，后架M頂端有螺紋孔，后架M頂端通過螺紋連接方式連接螺桿22下端，為了防止螺桿22在剛度測試過程中的上下扭動，在后架M頂端與螺桿22下端用鎖緊螺母23固定。螺桿22上端通過另一個銷軸19和開口銷25與下法蘭 33連接，下法蘭33與上法蘭34固定連接，上法蘭34和下法蘭33夾持白車身31后端的兩個懸置點，實現(xiàn)對白車身31的后端支承。
如圖9所示，將液壓千斤頂沈上的電阻式的壓力傳感器27的輸出端連接壓力變送器38，壓力變送器38的輸出端依次連接A/D采集卡36和計算機控制單元37。將白車身 31底面四周布置的若干位移傳感器30的輸出端均連接位移變送器35。位移變送器35的輸出端依次連接A/D采集卡36和計算機控制單元37。壓力傳感器27感受到液壓千斤頂 26的頂力并輸出電壓信號，然后經(jīng)壓力變送器38進行信號放大和濾波，最后通過A/D采集卡36，由計算機控制單元37采集進計算機，并得出實際的加載力，實現(xiàn)車身加載力檢測。當由于液壓千斤頂26加載造成白車身31扭曲時，或由于經(jīng)標定沙袋加載而造成白車身31彎曲時，都會使得白車身31車體的微小變形，該變形被位移傳感器30檢測到，然后輸出相應的位移電壓信號，該電壓信號經(jīng)位移變送器30進行放大和濾波，再經(jīng)A/D采集卡36，由計算機控制單元37采集到計算機并得出相應的位移量，實現(xiàn)車身變形位移檢測。檢測白車身31的靜剛度即是檢測白車身31的扭轉剛度和彎曲剛度。檢測白車身 31的扭轉剛度方法如下
第一步按照乘用車使用過程中的約束條件和載荷條件進行工況模擬加載。如圖1和 2所示，為了快速進行扭轉剛度檢測，首先將前支承架四上的銷軸6拔掉，使得T型架8可以繞著六角頭螺栓9小角度旋轉，后支撐架32不動，僅起支撐的作用，然后利用液壓千斤頂 26在白車身31的任一側面加載，即液壓千斤頂沈對T型架8施加載荷，實現(xiàn)白車身31的扭轉。第二步當千斤頂沈對T型架8施加載荷后，T型架8就繞著螺栓9轉動微小角度，帶動白車身31隨著T型架8螺栓9扭動，實現(xiàn)了扭轉載荷的施加。隨著白車身31的轉動，與其周邊接觸的壓力傳感器27等輸出微弱且含噪的電壓信號，該信號不適合系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，需要對其進行放大和濾波。根據(jù)測試的要求利用壓力變送器38對由壓力傳感器 27傳送來的壓力信號進行調(diào)理，獲得與壓力成正比且滿足A/D采集卡36量程范圍的有用信號。再利用數(shù)據(jù)采集卡36獲得數(shù)字信號，并在計算機控制單元37中轉換為載荷力大小，然后根據(jù)載荷力距扭轉支承點的間距轉換為實際施加載荷的扭矩值。第三步當液壓千斤頂沈在白車身31側面加載后，由于車身的扭轉使得車身四周的個別位移傳感器30受到作用，從而輸出微弱且含噪的電壓信號。利用位移變速器35進行信號調(diào)理，然后經(jīng)過A/D采集卡36獲得所需的數(shù)字式位移電信號，并在計算機控制單元 37中將其轉換為汽車前后軸間相對扭轉角度。第四步利用所施加載荷的扭矩值除以扭轉角度得出扭轉剛度。檢測白車身31的彎曲剛度方法如下
第一步模擬車輛實際使用過程中來自乘客對白車身的載重加載。為了進行彎曲剛度的快速測量，測試中，前支承架四和后支撐架32都不動，通過加載配重來實現(xiàn)彎曲剛度測量。首先利用銷軸6將前架7與T型架8固定，防止T型架8繞著螺栓9轉動，從而給彎曲剛度測試過程中帶來擾動影響；然后利用事先標定過的沙袋來模擬乘客載重，并將其按照乘客所坐的位置進行車身內(nèi)部加載。根據(jù)加載沙袋的多少，獲得彎曲剛度測量過程中所施加力載荷的實際大小。第二步測量白車身31在施加力載荷后的位移量，其測量過程中同扭轉剛度中的第三步，即將位移傳感器30輸出電壓信號送入位移變送器35進行信號調(diào)理，然后利用A/D 采集卡36實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，并在計算機控制單元37中獲得實際的車身變形位移量。
第四步利用所施加沙袋的載荷的實際大小除以車身變形位移量即得出彎曲剛度。
權利要求
1.一種白車身靜剛度約束裝置，白車身(31)正下方是T形槽試驗臺地板(1)，T形槽試驗臺地板(1)上設一前支承架(29)和2個左右布置的后支承架(32)，前、后支承架(29、 32)分別垂直支承于白車身(31)前、后部分與T形槽試驗臺地板(1)之間，其特征是前支承架(29)的一側設有壓力傳感器(27)和液壓千斤頂(26)，液壓千斤頂(26)上是壓力傳感器(27)，白車身(31)底面四周布置若干位移傳感器(30)，壓力傳感器(27)的輸出端連接壓力變送器(38)，位移傳感器(30)的輸出端均連接位移變送器(35)，位移變送器(35)和壓力變送器(38)的輸出端均依次連接A/D采集卡(36)和計算機控制單元(37)；所述前支承架 (29)包括前架(7)、T型架(8)和工字導軌(28)，前架(7)的底端垂直固定連接T型槽實驗臺地板(1)，前架(7 )的頂端通過螺栓(9 )、螺母(20 )連接T型架(8 )的橫梁正中間，T型架 (8)的橫梁相對于白車身(31)左右布置且橫梁的一側下部位置是液壓千斤頂(26) ；T型架 (8)的底端通過銷軸(6)、開口銷(21)與前架(7)的底端相連；T型架(8)的橫梁上表面左右對稱地各設置一個工字導軌(28)，工字導軌(28)頂部滑動連接座子(10)，座子(10)上部設有第一上、下法蘭(13、15)，第一上、下法蘭(13、15)之間夾持的是白車身(31)的前端連接點；所述后支承架(32)的下部是后架(24)，后架(24)的底端與T型槽實驗臺地板(1)垂直緊固連接，后架(24)頂端通過螺紋連接螺桿(22)下端，螺桿(22)上端設有第二上、下法蘭(34、33)，第二上、下法蘭(34、33)之間夾持的是白車身(31)后端的兩個懸置點。
2.—種權利要求1所述約束裝置的靜剛度檢測方法，對扭轉剛度和彎曲剛度進行檢測，其特征是扭轉剛度的檢測方法是A 拔掉銷軸(6)，用液壓千斤頂(26)在白車身(31)的一側面加載，使T型架(8)繞螺栓(9 )旋轉，帶動白車身(31)隨T型架(8 )繞螺栓(9 )扭動，實現(xiàn)扭轉載荷的施加；B:白車身(31)扭動后，壓力傳感器(27)輸出電壓信號，通過壓力變送器(38)對壓力信號進行調(diào)理，由數(shù)據(jù)采集卡(36)獲得數(shù)字信號，并在計算機控制單元(37)中轉換為載荷力大小，根據(jù)載荷力距扭轉支承點的間距轉換為實際施加載荷的扭矩值；同時，位移傳感器 (30 )輸出電壓信號，通過位移變速器(35 )進行信號調(diào)理，經(jīng)A/D采集卡(36 )獲得位移電信號，并在計算機控制單元(37)中將其轉換為汽車前后軸間相對扭轉角度；C、用施加載荷的扭矩值除以扭轉角度計算出扭轉剛度；彎曲剛度的檢測方法是先用銷軸(6)將前架(7)與T型架(8)固定，用事先標定過的沙袋模擬乘客載重，根據(jù)加載沙袋的多少獲得彎曲剛度測量過程中所施加力載荷的實際大??；然后采用與所述扭轉剛度檢測方法中的步驟B相同的方法測量白車身(31)在施加力載荷后的車身變形位移量；最后用所施加沙袋的載荷的實際大小除以車身變形位移量即得出彎曲剛度。
全文摘要
本發(fā)明公開一種乘用車白車身靜剛度約束裝置及靜剛度檢測方法，前支承架的一側設有壓力傳感器和液壓千斤頂，白車身底面四周布置若干位移傳感器；前支承架包括前架、T型架和工字導軌，前架的頂端通過螺栓、螺母連接T型架的橫梁正中間，T型架的橫梁相對于白車身左右布置且橫梁的一側下部位置是液壓千斤頂；T型架的底端通過銷軸、開口銷與前架的底端相連；T型架的橫梁上表面左右對稱地各設置一個工字導軌；用施加載荷的扭矩值除以扭轉角度計算出扭轉剛度，用載荷的實際大小除以車身變形位移量得出彎曲剛度，本發(fā)明加快了對不同車型測試的效率，在保證測試精度的前提下明顯降低了設備成本。
文檔編號G01N3/04GK102435508SQ20111027019
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權日2011年9月14日
發(fā)明者唐文獻, 張建, 李欽奉, 蘇世杰, 袁明新 申請人:江蘇科技大學