汽车车轮轮心与车身相对位移测量方法的探讨

王朝斌，吴 旭，熊 吉

（国家汽车质量监督检验中心[襄阳]，襄阳 441004）

汽车车轮轮心与车身相对位移测量方法的探讨

王朝斌，吴 旭，熊 吉

（国家汽车质量监督检验中心[襄阳]，襄阳 441004）

本文通过研究车轮轮心相对车身位移的测量方法，提出了一种以通过测量螺旋弹簧应变来获得轮心相对车身位移的试验方法，并在东风试车场对该试验方法进行了实车试验验证。

轮心处相对车身位移；螺旋弹簧应变；温度效应

1 引言

汽车悬架作为车辆重要部件，无论是对车辆操作稳定性还是舒适性均有重要影响[1]，其宏观表现为轮心处车身相对位移，因此整车道路试验中测量轮心处车身相对位移具有十分重要的意义。在车身耐久试验中轮心处车身相对位移既可以作为激励信号反求车身耐久载荷谱，又可以作为CAE仿真试验中边界输入及仿真结果验证[2-4]。

在整车道路试验中，测量轮心处车身相对位移试验中使用得比较普遍的试验方法是：利用拉线位移传感器、电位计式位移传感器或激光位移传感器测量轮心处车身相对位移。文献[5]利用拉线位移传感器测量了车身相对位移取得了很好的效果，但是该传感器最大的不足是频率响应过低，高频时会有较多的误差。电位计式传感器精度高，但安装不方便。激光式传感器需要有反射面，直接投到地面上，由于地面的形变及轮胎的变形，会产生较大的误差，其受光线强弱影响太大，不能广泛使用。且上述传感器在布置都需要伸出车外，对于场外车辆的采样也极不安全、方便。

本文以某品牌乘用车为试验对象，基于试车场道路，提出一种利用测量应变获得轮心处车身相对位移的试验方法。

2 探讨依据

3 试验设计

依据上述设想，在弹簧上粘贴应变片，根据螺旋弹簧变形的特点，沿与弹簧轴心呈45度的方向粘贴，以获得更大的应变量，从而获得更高的精度。

验证时，必须使车辆的悬架行驶达到最大，同时，由于使用拉线位移传感器进行校准，因此还不能使悬架的位移速度过快。因此，在校准中，利用襄阳试验的长波路，即能使悬架位移达到最大，又满足位移速度的要求。

3.1 仪器安装

本次试验以车辆左前悬架及右前悬架为例，在试验车辆左前弹簧及右前弹簧中部贴有单向应变片，如图1所示。

为了标定螺旋弹簧应变与轮心处车身相对位移之间的对应关系，在试验车辆左、右轮心处安装了拉线位移传感器，如图2所示。

3.2 传感器标定

传感器标定采用动态标定，标定路段选择东风试车场长波路。标定试验中两前轮螺旋弹簧应变及拉线位移传感器测量的结果随时间的变化曲线如图3-4所示。

表1 传感器标定结果

从标定试验中的数据结果，进行螺旋弹簧应变与拉线位移传感器测得的结果之间进行拟合，拟合曲线采用二阶函数进行拟合，图5-6为左右螺旋弹簧标定曲线如表1所示。

根据表1标定的结果，将测得的螺旋弹簧应变转换为轮心处车身相对位移与用拉线位移传感器测得的试验结果进行对比，见图7-8所示。

4 试验验证

根据上文3.2节中传感器标定结果设置试验参数，并在东风汽车试验场一般公路上进行验证，试验数据如图9-10所示。

从图9、图10可以看出利用应变车辆左前轮和右前轮的轮心处车身相对位移与利用拉线位移传感器测得的试验结果相一致，相对误差均不超过5%，考虑到实际路面上，悬架的运动频率远高于标定路面，因此，在频率变化较快的区域两者偏差略大，但在行程较大，频率偏低的区域，两者偏差还是比较小的，总体在可接受的范围内，说明利用应变片测量轮心处车身相对位移的试验方法可行，试验结果可信。

5 不足与展望

本文中仅在弹簧上粘贴了一片应变片，组成了单桥测量的桥路，这种桥路简单易行，但也存在一定的缺点，难以消除“温漂”的影响，即温度的变化，会引起应变片的变化，从而产生虚假的应变。尽管精心选择了适合弹簧的应变片，但这种温度效应或多或少是难以完全清除的。在实际信号处理中，往往是采用去趋势的方法把这种温度效应去除掉，因此本文的方法更多适用于载荷谱采集时使用。

若要取得更精确的结果，不受温度的影响，可采用90度的应变花，以邻边组成半桥桥路，可彻底摆脱温度效应的影响，再采用适当标定方法，可获得较高的精度。

6 结术语

本文以轮心处车身相对位移为被测变量，提出了一种以通过测量螺旋弹簧应变方法来获得轮心处车身相对位移的试验方法，该方法操作简便，又不需要突出车外安装夹具，试验结果符合要求，可以应用于整车开发轮心处车身相对位移采集试验中。

[1]张小龙,潘登,姜山,等.基于加速度的汽车悬架位移实时测试方法试验研究[J].农业机械学报,2013,44(10):15-22.

[2]高云凯,李翠,崔玲,等.燃料电池大客车车身疲劳寿命仿真分析[J].汽车工程,2010,32(1):7-11.

[3]吴旭,王显会,路先锋,等.基于自适应响应面法的薄壁构件的耐撞性优化设计[J].机械设计与制造,2013(3):175-177.

[4]赵婷婷,李长波,王军杰,等.基于有限元法的某微型货车车身疲劳寿命分析[J].汽车工程,2011,33(5):428-432.

[5]陈敏.某汽车悬架耐久性试验载荷谱的采集[J].制造业自动化,2010,32(11):27-29.

专家推荐

熊恭祥：

本文针对汽车车轮轮心相对车身的位移，提出了一种新的测量方法：通过测量螺旋弹簧的应变来获取轮心相对车身的位移。该方法较拉线位移传感器、电位计式位移传感器、激光位移传感器等其它测量方法具有独特的优点，克服了拉线位移传感器测量方法频率响应过低和电位计式传感器测量方法安装不便的缺点、又不像激光式传感器测量需要有反射面，特别适合于某些特殊工况下的位移测量，为开展汽车车轮轮心相对车身的位移测量探索一条新途径。

Study on Test Method about Measuring the Relative Displacement of Body at Wheel Center

WANG Chao-bin, WU Xu, XIONG Ji
(National Automobile Quality Supervision and Test Center [Xiangyang], Xiangyang,441004, China)

In this paper, a test method about the relative displacement of body at wheel center by measuring the strain of coin spring ispresented based on studying the existing test method about the relative displacement of body at wheel center in the field of vehicle test.Verification test is carried out in Dongfeng proving ground.

the relative displacement of body at wheel center; stain of coin spring; temperature effect

U467.4+91

A

1005-255（02014）05-0041-04

10.3969/j.issn.1005-2550.2014.05.009

2014-07-29