專利名稱：車輛測試的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及車輛測試，并且更具體地涉及利用線性電磁致 動器的車輛測試。
背景技術(shù)：
車輛道路仿真器或者所謂的四支柱(four poster)是用于底盤和 部件的持久性測試、車輛異音(squeak and rattle )特征的評估、以及 懸掛系統(tǒng)的性能測試。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個重要目的在于，提供一種具有四支柱支撐的改進(jìn) 的車輛測試。通常， 一方面，用于測試車輛的裝置包括與車輛分開的框架， 以支撐車輛的車輪的至少一部分；以及至少部分地包含在框架內(nèi)的 線性電磁致動器，線性電磁致動器包括可移動的磁體并且構(gòu)造和設(shè) 置為向車輛的輪傳送受控的基本垂直的力。實(shí)現(xiàn)方式可以包括一個或者多個以下特征。輪板耦合至線性電 磁致動器，并且構(gòu)造和設(shè)置為支撐車輛的車輪以及從可移動磁體向 被支撐的車輪傳遞垂直力。輪板包括黃油板(butter plate )。控制器 耦合至線性電磁致動器，并且構(gòu)造和設(shè)置為向線性電磁致動器供給 信號來控制可移動磁體的運(yùn)動。線性電磁致動器的帶寬足夠包含車輪的車輪跳動頻率。彈簧構(gòu)造和設(shè)置為支撐車輛和至少 一個車輪的靜止質(zhì)量的至少一部分。彈簧來自包括以下內(nèi)容的組線圏彈簧、 扭簧、板簧、空氣彈簧、氣嚢。存在多個裝置，所述多個裝置構(gòu)建 和設(shè)置為向相應(yīng)的多個被支撐的車輪傳送受控的垂直力。存在多個 空氣彈簧，該空氣彈簧構(gòu)造和設(shè)置為對被支撐的車輛提供調(diào)平 (leveling)。通過如下步驟由所述裝置來測試車輛定位機(jī)械地耦 合至移動磁體的車輪，以及向線性電磁致動器施加受控的電能來向 車輛的車輪傳送受控的運(yùn)動。彈簧包括環(huán)繞線性電磁致動器的空氣 彈簧。線性電磁致動器包括波紋管。所述裝置包括便攜的單支柱車 輛測試裝置。響應(yīng)于代表道路仿真的程序來生成信號。響應(yīng)于程序 來生成信號，并且該信號代表車輛懸掛測試。響應(yīng)于程序來生成信 號，并且該信號代表駕駛狀況。響應(yīng)于程序來生成信號，并且該信 號代表頻率掃描。根據(jù)本發(fā)明的方法，將車輛的車輪定位在致動器組件上，通過 靜支撐來支撐車輛和車輪的至少一部分的質(zhì)量，以及通過控制器對 致動器組件的電樞供電，來促使被支撐的車輪進(jìn)行受控的垂直運(yùn)動。 當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時，從下文的描述中，本發(fā)明的其他特征、目 的和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的四支柱車輛測試系統(tǒng)的透一見圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的單支柱車輛測試系統(tǒng)的框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式的致動器組件的剖面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的致動器組件的剖面圖；以及圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的致動器組件的剖面圖。
具體實(shí)施方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的四支柱車輛測試系統(tǒng)100的透視圖。四支柱車輛測試系統(tǒng)100包括四個獨(dú)立的致動器組件102、 104、 106和 108。致動器組件102、 104、 106和108的每個包括具有移動》茲體馬 達(dá)(未示出)的線性電》茲致動器。在名稱為"Linear Transducing Along a Path"的美國專利No.4,981,309中描述了線性電^ 茲致動器的示例， 在此通過參考引入該專利。在名稱為"Electromechanical Transducing" 的美國專利No.5,701，039中描述了線性電》茲致動器的另一示例，在 此通過參考引入該專利。線性電f茲致動器包括電樞110、 112、 114和116。電樞110、 112、 114和116包4舌輪4反118、 120、 122和124。 4侖才反118、 120、 122和 124可以被配置為黃油板。黃油板通常包括軸承，所述軸承允許黃油 板相對于其附接至的電樞來側(cè)向滑動。每個輪板118、 120、 122和 124可包括夾具或者皮帶，所述夾具或者皮帶將車輪固定至輪板118、 120、 122和124。還可以使用其他的車輪固定技術(shù)。輪板118、 120、 122和124的每個定位在車輛134的車輪126、 128、 130和132之下。四支柱車輛測試系統(tǒng)100的致動器組件102、 104、 106和108向車輪126、 128、 130和132施力口力。每個車輪可 以包括輪胎、輪轂、輪緣、控制臂或者輪軸。在某些實(shí)施方式中， 每個4侖一反118、 120、 122和124可以#皮移去，并且電斗區(qū)110、 112、 114和116機(jī)械地井禹合至車輛懸掛的其他部件。例如，電樞110、 112、 114和116可以機(jī)才成地耦合至"A"臂。致動器組件102、 104、 106和108定向?yàn)橄蜍囕?26、 128、 130 和132施加基本上垂直的力?？刂破?未示出)向各個線性電磁致 動器傳送力命令。例如，力命令可控制線性電磁致動器的位移、速 度和/或加速度。與致動器組件102、 104、 106和108的每個相關(guān)耳關(guān)的彈簧(未 示出)可用以支撐車輛134的靜止質(zhì)量的至少一部分。例如，彈簧 可以是線圏彈簧、板簧、扭簧或者空氣彈簧。有時將空氣彈簧稱作 氣嚢。在車輛134的每個頂角處的與致動器組件102、 104、 106和 108的每個相關(guān)聯(lián)的空氣彈簧可提供車輛負(fù)載調(diào)平。在一個實(shí)施方式中，通過在車輛134上使用一個或者多個傾斜傳感器來實(shí)現(xiàn)負(fù)載調(diào) 平。傾斜傳感器可在多個維度中測量底盤的水平度。在一個實(shí)施方 式中，通過使用位置傳感器來實(shí)現(xiàn)負(fù)載調(diào)平，所述位置傳感器測量 每個致動器組件102、 104、 106和108的電樞110、 112、 114和116 相對于每個電樞110、 112、 114和116的中立位置的位置。在操作中，定位車輛134，使得車輪126、 128、 130和132的每 一個分別定位在輪板118、 120、 122和124上。車輛測試系統(tǒng)100 可包括用以將車輛134調(diào)整至適當(dāng)位置的斜坡(未示出)。在一個 實(shí)施方式中，輪板118、 120、 122和124基本上與駕駛表面齊平， 并且車輛在輪板118、 120、 122和124之上筒單地運(yùn)動。在另一實(shí) 施方式中，可將車輛升降器放置在車輛134的框架之下以便將車輛 134升高至適當(dāng)?shù)母叨?。然后，可將致動器組件102、 104、 106和 108之一定位在車輛134的每個車輪126、 128、 130和132之下。致 動器組件102、 104、 106和108可以是可移動的，以適應(yīng)具有不同 尺寸的車輪底座的車輛。一旦將車輛134適當(dāng)定位，則可以激活車輛測試系統(tǒng)100?？梢?使用車輛測試系統(tǒng)100來自動扭J亍各種測試和/或示范。例如，車輛 測_汰系統(tǒng)100可用以測試和/或示范車輛懸掛。在一個實(shí)施方式中，可在車輛134的一個車輪126之下使用單 一的致動器組件102,以測驗(yàn)與所述車輪126相關(guān)聯(lián)的懸掛部件?？?以構(gòu)建根據(jù)本發(fā)明的具有單一的致動器組件102的一個支柱，這種 單支柱相對較小、重量輕，并且需要相對較小的功率量和較小的空 間量來操作。由此，單支柱可設(shè)計(jì)為便攜式，并且可以在汽車車輛 服務(wù)站或者其他設(shè)施中使用來測試車輛的懸掛部件。例如，可以使 用單支柱仿真待測試的車輛減震器。測試可指示減震器是否滿足制 造商的規(guī)范以及滿足到何種程度。然后，服務(wù)管理者可建議是否更 換所述部件以及何時更換。還可以測試其他懸掛部件，-渚如，支柱、 控制臂、軸襯等。在一個實(shí)施方式中，可在車輛的一個車輪下使用單支柱，然后將該單支柱移動至車輛的另一車輪?？赏ㄟ^具有輪板的千斤頂來支 撐沒有由該單支柱正在測驗(yàn)的車輪。千斤頂可以包括氣嚢、液壓或 者機(jī)械系統(tǒng)來調(diào)節(jié)高度。輪板可包括將車輪固定至輪板的夾具。圖2是根據(jù)本發(fā)明的單支柱車輛測試系統(tǒng)200的框圖。盡管只 描述了單支柱模型，本發(fā)明的實(shí)施方式可應(yīng)用于四支柱車輛測試系 統(tǒng)100,諸如參考圖1所描述。單支柱車輛測試系統(tǒng)200還稱作車輛 測試臺。由此，四支柱需要四個車輛測試臺。單支柱車輛測試系統(tǒng) 200包括致動器202。致動器202是移動磁體型的線性電磁致動器。 致動器202可以是高頻致動器，其能夠在高于車輛車輪的車輪跳動 頻率的頻率處施加受控的力。車輪跳動頻率定義為車輪的諧振頻率。 車輪跳動頻率通常高于大約9Hz。致動器202可包括一個或者多個傳感器204。例如，傳感器204 可包括位移傳感器和/或加速度計(jì)。傳感器204可測量致動器200的 電樞(未示出)的位移和/或電樞的加速度。在其他實(shí)施方式中，傳 感器可用以測量電樞的位置、速度和/或加速度。在某些實(shí)施方式中， 可以使用傳感器的組合。致動器202耦合至輪板206。由輪板206支撐車輪組件的輪胎。 輪板206可包含黃油板。黃油板是允許車輛的車輪側(cè)向滑動的設(shè)備。在一個實(shí)施方式中，輪板206通過電樞耦合至彈簧。在測試中， 彈簧適用于支撐車輛質(zhì)量的至少一部分和/或待測試車輛部件的靜止質(zhì)量的至少一部分。在一個配置中，彈簧包含氣嚢208。在其他實(shí)施 方式中，彈簧直接耦合至輪板206。傳感器204通過信號傳輸線212耦合至控制器210。例如，控制 器210可包括計(jì)算機(jī)、微處理器或者數(shù)字信號處理器(DSP)?？刂?器210從傳感器204接收傳感器信號，并且響應(yīng)于所述傳感器信號 和/或響應(yīng)于來自計(jì)算機(jī)程序的命令來生成控制信號。例如，計(jì)算機(jī) 程序可生成仿真實(shí)際道^^狀況的道^f各仿真測試?？刂破?10可接收 與道路仿真測試相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)以及傳感器信號來控制車輛測試系統(tǒng) 200。計(jì)算機(jī)程序還可生成道路輪廓、不同的駕駛狀況、任意測試信號、正弦曲線、頻率掃描以及其他波形。在一個實(shí)施方式中，控制器210通過信號傳輸線216來向放大 器214發(fā)送控制信號。放大器214通過功率傳輸線218來控制致動 器202的運(yùn)動。高電壓電源220通過功率傳輸線222來向》文大器214 供電。在一個實(shí)施方式中，傳感器204向控制器210或者》文大器214 (假設(shè)放大器包含適當(dāng)?shù)目刂齐娐?發(fā)送信號，以指示電樞306何 時處于期望的位置。例如，為了實(shí)現(xiàn)這一目的，可將可選的反饋機(jī) 制集成到控制器210或者放大器214之中。中立位置可以是中間位 置，該中間位置允許致動器202相對于中間位置以相同的距離來上 下平移。控制器210還可通過信號傳輸線226來控制閥224。閥224通過 空氣線路228耦合至氣嚢208。壓縮機(jī)230通過空氣線路232耦合至 閥224。壓縮機(jī)230向閥224供給壓縮空氣。閥224是雙J各閥，該閥 允許空氣進(jìn)入氣嚢314并且允許空氣從氣嚢314排出。除了空氣以 外，還可以使用液體或者其他氣體。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式的致動器組件300的剖面圖。 例如，致動器組件300可以是單支柱中的部件或者四支柱中的部件。 致動器組件300包括框架302。線性電》茲致動器304至少部分地包含 在框架302內(nèi)。線性電磁致動器304包括具有一個或者多個磁體308 的移動磁體電樞306。磁體308可包括稀土型磁體。線性電磁致動器 304還包括線圈310。線性電磁致動器304可包括具有單相或者多相 的移動^茲體馬達(dá)。致動器組件300還包括輪板312。輪板312耦合至電樞306。輪 板312構(gòu)造為支撐車輛的車輪。致動器組件300還包括氣嚢314。氣嚢314適用于支撐車輛和/ 或車輪的靜止質(zhì)量的至少一部分?？梢愿鶕?jù)需要來改變氣嚢314的 體積。例如，外部嚢或者箱(未示出)可以流動地耦合至氣嚢314， 以丫更有效地增加空氣的體積。致動器組件300還可包括波紋管316。波紋管316設(shè)計(jì)為防治外部物體進(jìn)入和損壞馬達(dá)304。第一傳感器318耦合至框架302。第一傳感器318可以是測量電 樞306的相對位移的位移傳感器。第二傳感器320耦合至致動器組 件300的移動部件。例如第二傳感器320可耦合至輪板312或者電 樞306。第二傳感器320可包括速度傳感器或者加速度計(jì)。致動器組件300可如下操作。在一個實(shí)施方式中，為了將車輛 的車輪裝載到輪板312之上，將電樞306機(jī)械地固定或者支撐至預(yù) 定的中立位置?？梢允褂迷陔姌?06下定位的塊來支撐電樞306。在 另一實(shí)施方式中，可以使用通過電樞306插入的銷柱來支撐電樞 306。還可以使用其他自動或者人工的技術(shù)來將車輛的車輪裝載到輪 板312之上，而不需要線性電磁致動器304來承載車輪和/或車輛的 靜止質(zhì)量。在一個實(shí)施方式中，在裝載期間，可使用線性電磁致動器304 來承載車輛和/或車輪的靜止質(zhì)量。在此實(shí)施方式中，控制器210指 示閥224來使得氣嚢314充氣至預(yù)定壓力。對線性電磁致動器304 供電并且控制器210 (圖2)向放大器214發(fā)送命令信號，以便將電 樞306放置到馬達(dá)線圈310中的中立位置。傳感器204向控制器210 或者放大器214 (假設(shè)放大器包含適當(dāng)?shù)目刂齐娐?發(fā)送信號，指示 電樞306何時處于適當(dāng)位置。例如，為了實(shí)現(xiàn)這一目的，可將可選 的反饋機(jī)制集成到控制器210或者放大器214之中。中立位置可以 是中間位置，該中間位置允許電樞306相對于中間位置以相同的距 離來上下平移。線性電磁致動器304向氣嚢314施加靜態(tài)力來預(yù)壓縮氣嚢314。 當(dāng)車輛的車輪接觸輪板312時，控制器210指示致動器304來可控 地釋放對氣嚢314的靜態(tài)力。然后，控制器210 (經(jīng)由閥224)調(diào)整 氣嚢314中的壓力來將電樞306定位至期望的位置。然后，由氣嚢 314支撐車輛和/或車輪的靜止質(zhì)量的至少一部分。還可以使用其他 的人工或者自動的技術(shù)，來將車輛的車輪裝載到輪板312之上。計(jì)算機(jī)將程序裝載到控制器210之中。在一個實(shí)施方式中，控制器210包含計(jì)算機(jī)。例如，所述程序可以是道路仿真程序，所述的力。程序向控制器210輸入代表期望運(yùn)動的信號?？刂破?10向 放大器214傳輸力命令，由此指引致動器304根據(jù)期望的運(yùn)動，來 以預(yù)定速度在預(yù)定方向移動。傳感器318、 320向控制器210傳輸傳 感器信號。例如，傳感器信號可傳輸電樞306的位置以及電樞306 的加速度。控制器210還可控制閥224。閥224可響應(yīng)于來自控制器 210的命令來增加或者降低氣嚢314中的壓力。一旦程序完成，則控制器210命令致動器304的電樞306恢復(fù) 至中立的中間位置。將氣嚢314充氣，以便可以機(jī)械地固定或者支 撐電樞306。圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的致動器組件350的剖面圖。 致動器組件350包含的部件基本類似于圖3的致動器組件300。然而， 由線圏彈簧352來替代圖3的氣嚢314。當(dāng)車輛的車輪定位在輪板 312上時，線圏彈簧352配置為支撐車輪和/或車輛的質(zhì)量的至少一 部分。在一個實(shí)施方式中，線圈彈簧352是非線性彈簧。例如，線 圏彈簧352可以被設(shè)計(jì)為包括隨著彈簧被壓縮而變化的彈簧常數(shù)。還可以使用具有不同配置的其他彈簧。例如，可使用扭簧或者 板簧。在一個實(shí)施方式中(未示出)，致動器306的一端354附接 至橡膠化的索線，橡膠化的索線配置為支撐車輪和/或車輛的質(zhì)量的 至少一部分。圖5是根據(jù)本發(fā)明的另 一 實(shí)施方式的致動器組件400的剖面圖。 例如，致動器組件400可以是單支柱中的部件或者是四支柱中的部 件。致動器組件400包括框架402。線性電^f茲致動器404至少部分地 包含在框架402內(nèi)。線性電磁致動器404包括移動磁體電樞406。移 動磁體電樞406包括多個磁體408。磁體408可包括稀土型磁體。線 性電磁致動器404還包括多個線圈410、 412、 414。所述線圈410、 412、 414可用來創(chuàng)建多相線性馬達(dá)。參考圖3和圖4描述的實(shí)施方 式還可包4舌具有多個線圈的移動》茲體馬達(dá)。致動器組件400還可包括輪板416。輪板416耦合至電樞406 。 輪板416構(gòu)建為支撐與車輛的車輪相關(guān)聯(lián)的輪胎。如前所述，輪板 416可包含黃油才反。
致動器組件400還可包括一個或者多個氣嚢418。 一個或者多個 氣嚢418可以定位在框架402外部。例如，氣嚢418可至少部分地 環(huán)繞框架402。氣嚢418適用于支撐車輛和/或車輪的靜止質(zhì)量的至 少一部分。氣嚢418的體積可變。致動器組件400還可包括可選的 波紋管420。在一個實(shí)施方式中，氣嚢418可設(shè)計(jì)為環(huán)繞致動器404， 由此避免了對波紋管420的需要。在此配置中，氣嚢418防止外部 物體進(jìn)入或者損壞馬達(dá)304。
第一傳感器422耦合至框架402。第一傳感器422可以是測量電 樞406的相對位移的位移傳感器。第二傳感器424耦合至致動器組 件400的移動部件。例如第二傳感器424可耦合至4侖才反416或者電 樞406。第二傳感器424可包括速度傳感器或者加速度計(jì)。
致動器組件400可以以類似于圖3的致動器組件300操作的方 式來操作。
已經(jīng)描述了用于車輛部件測試尤其是用于車輛懸掛部件測試的 新穎的裝置和技術(shù)。顯然，現(xiàn)在本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對在此描述的 特定裝置和技術(shù)進(jìn)行許多修改和變化，而這并不脫離本發(fā)明的原理。 從而，本發(fā)明旨在于包含在此公開的裝置和技術(shù)中呈現(xiàn)或者擁有的 每個特征以及特征的結(jié)合，并且本發(fā)明僅受限于所附權(quán)利要求書的 4青神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于測試車輛的裝置，包括框架，與所述車輛分離，用以支撐所述車輛的車輪的至少一部分，線性電磁致動器，至少部分地包含在所述框架內(nèi)，所述線性電磁致動器包括可移動磁體，并且構(gòu)建和設(shè)置為向車輛的車輪施加受控的基本上垂直的力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛測試裝置，進(jìn)一步包括輪板，耦 合至所述線性電磁致動器，并且構(gòu)建和配置為支撐所述車輛的車輪， 并且從所述可移動磁體向被支撐車輛的車輪傳送垂直的力。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輛測試裝置，其中所述輪板包括黃 油板。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛測試裝置，進(jìn)一步包括控制器， 耦合至所述線性電磁致動器，并且構(gòu)造和設(shè)置為向所述線性電磁致 動器供給信號來控制所述可移動磁體的運(yùn)動。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛測試裝置，其中所述線性電磁致 動器的帶寬足夠包含所述車輪的車輪跳動頻率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛測試裝置，進(jìn)一步包括彈簧，所 述彈簧構(gòu)造和配置為支撐所述車輛和至少一個車輛的車輪的靜止質(zhì) 量的至少一部分。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的車輛測試裝置，其中所述彈簧來自于 包括以下內(nèi)容的組線圏彈簧、扭簧、板簧、空氣彈簧和氣嚢。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛測試裝置，包括多個根據(jù)權(quán)利要 求1所述的裝置，所述裝置構(gòu)造和配置為向相應(yīng)的多個被支撐的車 輛的車輪施加受控的垂直力。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的車輛測試裝置，進(jìn)一步包括多個空氣 彈簧，所述多個空氣彈簧構(gòu)造和配置為對被支撐的車輛提供調(diào)平。
10. —種利用根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置來測試車輛的方法，包括定位;f幾械地耦合至移動磁體的車輛的車輪，以及 向所述線性電磁致動器施加受控的電能，以向所述車輛的車輪施 加受控的運(yùn)動。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的車輛測試裝置，其中所述彈簧包含環(huán) 繞所述線性電磁致動器的空氣彈簧。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛測試裝置，其中所述線性電磁致 動器包括波紋管。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛測試裝置，包括便攜式單支柱車 輛測試裝置。
14. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的車輛測試裝置，其中響應(yīng)于代表道路仿真的程序來生成信號。
15. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的車輛測試裝置，其中響應(yīng)于代表車輛 懸掛測試的程序來生成信號。
16. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的車輛測試裝置，其中響應(yīng)于代表駕駛 狀況的程序來生成信號。
17. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的車輛測試裝置，其中響應(yīng)于代表頻率 掃描的程序來生成信號。
全文摘要
一種車輛測試系統(tǒng)，包括輪板，所述輪板構(gòu)建和設(shè)置為支撐車輛的車輪。線性電磁致動器具有機(jī)械地耦合到輪板的移動磁體，其被構(gòu)建和設(shè)置為向輪板施加受控的基本上垂直的力。彈簧機(jī)械地耦合至輪板以支撐車輛的靜止質(zhì)量的至少一部分。
文檔編號G01M7/02GK101248344SQ200680031033
公開日2008年8月20日 申請日期2006年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月26日
發(fā)明者J·A·帕里森 申請人:伯斯有限公司