專利名稱：動力總成慣性參數(shù)測取綜合試驗(yàn)臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種改進(jìn)的動力總成慣性參數(shù)測取綜合試驗(yàn)臺，主要用于不同型號動力總成慣性參數(shù)的測量。
背景技術(shù)：
動力總成的十個(gè)慣性參數(shù)包括質(zhì)量(一個(gè))、質(zhì)心位置(三個(gè))、轉(zhuǎn)動慣量(三個(gè))和慣性積(三個(gè))。獲取精確的動力總成慣性參數(shù)，對于動力總成的減振和隔振尤為重要，對后續(xù)動力總成懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以及改善汽車行駛的平順性和乘坐舒適性都有非常重要的意義。關(guān)于動力總成慣性參數(shù)測取的方法有很多，有三線擺法、復(fù)擺法、彈簧振動法、計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算法和動態(tài)測試法。其中三線擺法測量精度高且操作簡單，但目前的三線擺法由于容易受各種人為因素的干擾，影響了其測試結(jié)果的精確度。尤其對于質(zhì)量較大，外形復(fù)雜的大型動力總成，更是難以操作。中國專利文獻(xiàn)公開了一種大型動力設(shè)備質(zhì)量慣性特性參數(shù)測取綜合實(shí)驗(yàn)臺，公開號為101281075A，引入了拉力傳感器和光電傳感器，這樣可以很好的避免各種人為因素的干擾，也達(dá)到了能夠測試大型動力總成轉(zhuǎn)動慣量的目的。但是此實(shí)驗(yàn)臺不能測量出慣性積， 只能測出三個(gè)繞質(zhì)心坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動慣量，而慣性積對于動力總成懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一樣必不可少。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種改進(jìn)的動力總成慣性參數(shù)測取綜合試驗(yàn)臺，該試驗(yàn)臺可同時(shí)測出十個(gè)慣性參數(shù)，且制造成本低，適合普遍推廣。為此本實(shí)用新型的技術(shù)方案為，動力總成慣性參數(shù)測取綜合試驗(yàn)臺，包括上固定鋼板、拉力傳感器、鋼絲繩、鋼絲繩長度調(diào)整機(jī)構(gòu)、下擺盤、光電傳感器、光電傳感器支架、手動葫蘆、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)，上固定鋼板固定在房屋的橫梁上，上固定鋼板和下擺盤通過三根鋼絲繩連接在一起，三個(gè)鋼絲繩長度調(diào)整機(jī)構(gòu)和三個(gè)拉力傳感器固定在三根鋼絲繩上，手動葫蘆固定在上固定鋼板上；光電傳感器固定在光電傳感器支架上，光電傳感器的測頭對準(zhǔn)其中一根鋼絲繩，數(shù)據(jù)采集卡連接在計(jì)算機(jī)的PCI插槽上，其特征在于在所述試驗(yàn)臺的旁邊設(shè)有空間距離測量儀，空間距離測量儀包括大活動關(guān)節(jié)、直線導(dǎo)軌、小活動關(guān)節(jié)、 底座等，大活動關(guān)節(jié)連接在直線導(dǎo)軌上；小活動關(guān)節(jié)連接在大活動關(guān)節(jié)上，百分表測頭安裝在小活動關(guān)節(jié)上；大活動關(guān)節(jié)和小活動關(guān)節(jié)通過旋鈕固定；底座上設(shè)有固定擋塊，固定擋塊上設(shè)有橫式數(shù)顯卡尺，橫式數(shù)顯卡尺連接有讀數(shù)顯示表頭。對上述方案的再改進(jìn)在于所述的下擺盤上設(shè)有配重塊，下擺盤上刻有密度均勻的坐標(biāo)線。有益效果本實(shí)用新型中利用空間距離測量儀，可以測出空間任意兩點(diǎn)的距離，只是通過距離測量和坐標(biāo)變換，就完成了對動力總成空間方位的描述，從而可以同時(shí)測出動力總成的十個(gè)慣性參數(shù)質(zhì)量(一個(gè))、質(zhì)心位置(三個(gè))、轉(zhuǎn)動慣量(三個(gè))和慣性積(三個(gè));同時(shí)本實(shí)用新型引入了配重塊，用于微調(diào)三個(gè)力傳感器讀數(shù)，使三個(gè)力傳感器讀數(shù)相等，并且在下擺盤上刻滿了許多密度均勻的網(wǎng)格線，配重塊在下擺盤上的坐標(biāo)可以直接讀取；大大減小了測量工作量，提高了測量效率，具有高精度、高效率、易操作等特點(diǎn)。本實(shí)用新型適合不同型號的汽車動力總成慣性參數(shù)的測量，對質(zhì)量超過五百千克的大型商用車動力總成，優(yōu)勢更加明顯，最大承載為兩噸，且制造成本低，很容易普及推廣。

附圖1為本實(shí)用新型試驗(yàn)臺架結(jié)構(gòu)簡圖。附圖2為本實(shí)用新型空間距離測量儀結(jié)構(gòu)簡圖。附圖3為本實(shí)用新型四點(diǎn)定位法原理示意圖。附圖4為本實(shí)用新型下擺盤上表面圓盤坐標(biāo)系建立示意圖。附圖5為本實(shí)用新型動力總成相對于下擺盤的一種姿態(tài)示意圖。附圖6為本實(shí)用新型動力總成相對于下擺盤的另一種姿態(tài)示意圖。附圖7為本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)軟件界面示意圖。附圖8為本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖。附圖9為本實(shí)用新型動力總成上測量坐標(biāo)系建立示意圖。附圖10為本實(shí)用新型動力總成坐標(biāo)系建立示意圖。附圖11為本實(shí)用新型質(zhì)心坐標(biāo)系建立示意圖。圖中1.上固定鋼板，2.拉力傳感器，3.鋼絲繩，4.鋼絲繩長度調(diào)整機(jī)構(gòu)，5. 下擺盤，6.光電傳感器，7.光電傳感器支架，8.手動葫蘆，9.數(shù)據(jù)采集卡，10.大活動關(guān)節(jié)，11.直線導(dǎo)軌，12.旋鈕，13.小活動關(guān)節(jié)，14.百分表測頭，15.底座，16.固定擋塊，17.橫式數(shù)顯卡尺，18.讀數(shù)顯示表頭。
具體實(shí)施方式
如附圖1所示，改進(jìn)的動力總成慣性參數(shù)測取綜合試驗(yàn)臺，包括上固定鋼板1、拉力傳感器2、鋼絲繩3、鋼絲繩長度調(diào)整機(jī)構(gòu)4、下擺盤5、光電傳感器6、光電傳感器支架7、 手動葫蘆8、數(shù)據(jù)采集卡9、計(jì)算機(jī)、空間距離測量儀、配重塊等。試驗(yàn)臺高8米，試驗(yàn)臺的頂部是上固定鋼板1，上面開設(shè)有徑向延伸且互成120度的五組不同直徑的孔，可用來改變動力總成扭擺半徑。下擺盤直徑為1.6米，組成結(jié)構(gòu)及具體的連接方式為所述的上固定鋼板1固定在房屋的橫梁上，上固定鋼板1和下擺盤5通過三根鋼絲繩3連接在一起，三個(gè)鋼絲繩長度調(diào)整機(jī)構(gòu)4和三個(gè)拉力傳感器2固定在三根鋼絲繩上。所述的光電傳感器6固定在光電傳感器支架7上，光電傳感器6的測頭對準(zhǔn)其中一根鋼絲繩。所述的手動葫蘆8固定在上固定鋼板1上，用于動力總成姿態(tài)的調(diào)整。所述的拉力傳感器2測取的是鋼絲繩的拉力，用于動力總成的質(zhì)心對中的標(biāo)準(zhǔn)。所述的光電傳感器6測取的是三線擺的扭擺周期。 所述的數(shù)據(jù)采集卡9連接在計(jì)算機(jī)的PCI插槽上。數(shù)據(jù)采集卡9用于采集三個(gè)拉力傳感器 2和光電傳感器6的電信號，通過MATLAB的硬件接口，將數(shù)據(jù)自動導(dǎo)入到相關(guān)軟件中，從而可以大大減小測量工作量，提高測量效率。[0024]如附圖2所示，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種新型的空間距離測量儀，用來測量空間任意兩點(diǎn)的距離，只是通過距離測量和坐標(biāo)變換，就完成了對動力總成空間方位的描述，從而可以同時(shí)求出轉(zhuǎn)動慣量和慣性積?？臻g距離測量儀包括大活動關(guān)節(jié)10、直線導(dǎo)軌11、旋鈕 12、小活動關(guān)節(jié)13、百分表測頭14、底座15、固定擋塊16、橫式數(shù)顯卡尺17、讀數(shù)顯示表頭 18等。組成結(jié)構(gòu)和具體的連接方式為大活動關(guān)節(jié)10連接在直線導(dǎo)軌11上，可以繞著直線導(dǎo)軌11三百六十度旋轉(zhuǎn)，也可以沿著直線導(dǎo)軌11滑動。小活動關(guān)節(jié)13連接在大活動關(guān)節(jié)10上，可以繞大活動關(guān)節(jié)10三百六十度旋轉(zhuǎn)，百分表測頭14安裝在小活動關(guān)節(jié)13上， 可隨小活動關(guān)節(jié)13 —起運(yùn)動。大活動關(guān)節(jié)10和小活動關(guān)節(jié)13可通過旋鈕12 —鍵鎖死。 固定擋塊16固定在底座15上，用來固定橫式數(shù)顯卡尺17。讀數(shù)顯示表頭18連接在橫式數(shù)顯卡尺17上，可以沿著橫式數(shù)顯卡尺17滑動。使用的過程中，將百分表測頭14對準(zhǔn)空間任意兩點(diǎn)，通過旋鈕12將大活動關(guān)節(jié)10和小活動關(guān)節(jié)13 —鍵鎖死，再將百分表測頭14對準(zhǔn)橫式數(shù)顯卡尺17的定位點(diǎn)，從讀數(shù)顯示表頭18中便可以讀出空間任意兩點(diǎn)的距離。其中橫式數(shù)顯尺使用的是廣陸橫式數(shù)顯卡尺，測量范圍為(T2000mm，測量精度為0. 01mm。如附圖3所示，對空間距離測量儀的工作原理進(jìn)行說明。Tl、T2、T3和T4為四個(gè)坐標(biāo)已知的點(diǎn)，由空間距離測量儀分別測出空間任意一點(diǎn) Pi到Tl、T2、T3和T4的距離，然后通過數(shù)值方法，便可以得出空間任意一點(diǎn)Pi的坐標(biāo)。此種方法稱為四點(diǎn)定位法。實(shí)驗(yàn)過程中，需要調(diào)整動力總成的姿態(tài)，在姿態(tài)變化的過程中，動力總成上的點(diǎn)與已知點(diǎn)之間可能被動力總成上的附件所阻擋，通過一般方法不能測出這兩點(diǎn)之間的直線距離。而且在實(shí)驗(yàn)過程中，要反復(fù)不斷測量空間任意兩點(diǎn)之間的直線距離，因此必須使用空間距離測量儀。理論上，動力總成的擺繩是無質(zhì)量、無彈性、無阻尼的繩。但在實(shí)際應(yīng)用中，鋼絲繩作為擺繩，其質(zhì)量會對扭擺空擺的質(zhì)量Mtl與轉(zhuǎn)動慣量Jtl有一定的影響。同時(shí)，由于擺長(L) 較長，測試上下兩個(gè)安裝點(diǎn)的距離會產(chǎn)生誤差。因此，為了準(zhǔn)確的確定空擺的質(zhì)量Mtl和擺長 (L)，提高實(shí)驗(yàn)臺測試精度，進(jìn)行測試之前，必須要對空擺的質(zhì)量M0和擺長L應(yīng)進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定完成后，首先通過鋼絲繩長度調(diào)整機(jī)構(gòu)4調(diào)整下擺盤5水平，以三個(gè)拉力傳感器2的讀數(shù)相同為準(zhǔn)。將動力總成以某一種姿態(tài)放到下擺盤5上，如附圖5所示。先初步調(diào)整動力總成相對于下擺盤5的位置，使三個(gè)拉力傳感器2的讀數(shù)基本相等，然后再通過砝碼微調(diào)，使三個(gè)拉力傳感器2的讀數(shù)相等，此時(shí)便可以得知動力總成的質(zhì)心位于扭擺軸線上， 在下擺盤上刻滿了許多密度均勻的網(wǎng)格線，如附圖5所示，讀取配重塊在下擺盤上的坐標(biāo)。為了描述動力總成相對于下擺盤的空間方位，首先，需要建立四個(gè)坐標(biāo)系，它們分別是圓盤坐標(biāo)系Oc-XcYcZc、測量坐標(biāo)系OrXJA、動力總成坐標(biāo)系O2-X2YJ2、質(zhì)心坐標(biāo)系 Oc-XJJM各坐標(biāo)系的具體建立方法為。1)圓盤坐標(biāo)系Oc-XcYcZc，坐標(biāo)原點(diǎn)Oc為下擺盤上表面圓心，Odc軸垂直于圓盤表面豎直向上，OcXc軸和OcYc軸落在托盤表面。圓盤上有一些特征點(diǎn)，如附圖4所示。2)測量坐標(biāo)系O1I1YZ1,由動力總成上的三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)P:、P2、P3形成，如附圖9所示。三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)形成一個(gè)與剛體固連的坐標(biāo)系O1-X1YA,用于描述動力總成及轉(zhuǎn)軸的空間方位。3)動力總成坐標(biāo)系O2-XJJ2，動力總成坐標(biāo)系是用來描述動力總成質(zhì)心位置的坐標(biāo)系。動力總成缸體后端面與曲軸中心線的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)02，曲軸指向發(fā)動機(jī)前端的方向?yàn)檎齇J2方向，由油底殼指向發(fā)動機(jī)蓋的方向?yàn)檎鼳 4方向，正OJ2方向由右手法則確定，如附圖 ο所示。4)質(zhì)心坐標(biāo)系Oq-XqYqZq,以動力總成的質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)，各坐標(biāo)軸平行于動力總成坐標(biāo)系O2-XJ2Z2，如附圖11所示。其次，在圓盤上確定一些特征點(diǎn)，用來確定動力總成表面上三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)Pi的坐標(biāo)， 這些特征點(diǎn)盡量沿圓盤圓周均勻分布，12個(gè)點(diǎn)為宜，特征點(diǎn)應(yīng)盡量清晰可辨認(rèn)，且記號不易被擦除，特征點(diǎn)的坐標(biāo)在圓盤坐標(biāo)系Oc-XcYdc中是已知的。最后，為了便于描述動力總成的空間方位，應(yīng)用了四點(diǎn)定位法原理，具體原理見附圖3所示。由四點(diǎn)定位法原理，可以通過已知點(diǎn)的坐標(biāo)求取未知點(diǎn)的坐標(biāo)。四個(gè)坐標(biāo)系建立好后，開始第一次測量。將下擺盤5扭轉(zhuǎn)一個(gè)小角度，讓下擺盤5 做自由扭擺振動，通過光電傳感器6測取三線擺的扭擺周期。由拉力傳感器2測出動力總成的質(zhì)量。由轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算公式，便可以得出其相對于轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量。在動力總成上取三個(gè)點(diǎn)，建立一個(gè)測量坐標(biāo)系O1-X1Yyi,如附圖9所示。由空間距離測量儀測出動力總成上三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，便可以得出此種姿態(tài)下，測量坐標(biāo)系O1-X1Yy1的方位，進(jìn)而可得到動力總成相對于下擺盤5的方位。由坐標(biāo)轉(zhuǎn)化公式，便可以得出測量坐標(biāo)系O1-X1Yyi與圓盤坐標(biāo)系Oc-XcYcZc的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，從而可以將轉(zhuǎn)軸方位由圓盤坐標(biāo)系Oc-XcYdc轉(zhuǎn)換到測量坐標(biāo)系 O1-^C1YZ1。由于動力總成的質(zhì)心是在動力總成坐標(biāo)系O2-XJJ2中描述的，而轉(zhuǎn)動慣量和慣性積是在質(zhì)心坐標(biāo)系Oq-XqY^1中描述的，為了得到動力總成在動力總成坐標(biāo)系O2-XJJ2中的質(zhì)心坐標(biāo)，以及動力總成在質(zhì)心坐標(biāo)系Οο-ΧΛΛ中繞轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量和慣性積，還需進(jìn)行兩次坐標(biāo)轉(zhuǎn)化。由于測量坐標(biāo)系O1I1Yyi與動力總成坐標(biāo)系的位置固定，由坐標(biāo)轉(zhuǎn)化公式，將轉(zhuǎn)軸方位由測量坐標(biāo)系O1I1YZ1轉(zhuǎn)換到動力總成坐標(biāo)系O2-XJJ2中。由于動力總成坐標(biāo)系O2-XJJ2和質(zhì)心坐標(biāo)系OcrXJc^的坐標(biāo)軸是平行的，因此轉(zhuǎn)軸方位由動力總成坐標(biāo)系O2-XJJ2轉(zhuǎn)換到質(zhì)心坐標(biāo)系Oci-XtlY^1也很容易得出。記錄下動力總成在質(zhì)心坐標(biāo)系 O0-X0Y0Z0中繞轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量以及轉(zhuǎn)軸在質(zhì)心坐標(biāo)系Oci-XtlY^1中的方位。完成該組姿態(tài)的測量后，通過手動葫蘆8，改變動力總成相對于下擺盤5的方位， 開始下一組姿態(tài)的測量，如附圖6所示。重復(fù)上述過程，理論上，為了得到動力總成的十個(gè)慣性參數(shù)，至少要做6組試驗(yàn)，一般要做9到12組試驗(yàn)為宜。附圖7為本實(shí)用新型的軟件界面，此軟件是在MATLAB平臺上開發(fā)的，軟件操作簡單，能夠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程記錄、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總處理和結(jié)果誤差分析，可一鍵自動生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告， 并將結(jié)果以Excel格式文件導(dǎo)出，大大減少了實(shí)驗(yàn)的工作量。本試驗(yàn)臺由試驗(yàn)臺架、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算軟件三部分組成，具體見附圖8。動力總成的質(zhì)量，可以通過記錄N組拉力傳感器2的讀數(shù)，然后求平均值作為計(jì)算結(jié)果。理論上，N次實(shí)驗(yàn)有N個(gè)轉(zhuǎn)軸，幾個(gè)轉(zhuǎn)軸應(yīng)相交于質(zhì)心。但由于存在測量誤差和數(shù)字誤差，實(shí)驗(yàn)中計(jì)算所得的轉(zhuǎn)軸相互之間為異面直線，無公共交點(diǎn)。此時(shí)求出兩條軸線的公垂線中點(diǎn)作為測試質(zhì)心，通過N組測試求均值作為計(jì)算結(jié)果，可以有效地減小測試誤差。對于轉(zhuǎn)動慣量和慣性積，需要通過坐標(biāo)變換，即上述四個(gè)坐標(biāo)系之間的變換，由轉(zhuǎn)動慣量的轉(zhuǎn)軸定理，然后再通過最小二乘法即可得出結(jié)果。坐標(biāo)變換中的數(shù)據(jù)由測量的坐標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)得到，坐標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)由四點(diǎn)點(diǎn)定位法得到。 測試工作完成以后，將數(shù)據(jù)采集器9采集的數(shù)據(jù)，通過MATLAB的硬件接口，導(dǎo)入到相關(guān)軟件中，便可以得出動力總成的質(zhì)量，以及動力總成在動力總成坐標(biāo)系O2-X2YJ2下的質(zhì)心坐標(biāo)，同時(shí)也可以得出動力總成在質(zhì)心坐標(biāo)系Oc1-XC1Yc^中繞轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量和慣性積。
權(quán)利要求1.動力總成慣性參數(shù)測取綜合試驗(yàn)臺，包括上固定鋼板、拉力傳感器、鋼絲繩、鋼絲繩長度調(diào)整機(jī)構(gòu)、下擺盤、光電傳感器、光電傳感器支架、手動葫蘆、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)，上固定鋼板固定在房屋的橫梁上，上固定鋼板和下擺盤通過三根鋼絲繩連接在一起，三個(gè)鋼絲繩長度調(diào)整機(jī)構(gòu)和三個(gè)拉力傳感器固定在三根鋼絲繩上，手動葫蘆固定在上固定鋼板上； 光電傳感器固定在光電傳感器支架上，光電傳感器的測頭對準(zhǔn)其中一根鋼絲繩，數(shù)據(jù)采集卡連接在計(jì)算機(jī)的PCI插槽上，其特征在于在所述試驗(yàn)臺的旁邊設(shè)有空間距離測量儀，空間距離測量儀包括大活動關(guān)節(jié)、直線導(dǎo)軌、小活動關(guān)節(jié)、底座等，大活動關(guān)節(jié)連接在直線導(dǎo)軌上；小活動關(guān)節(jié)連接在大活動關(guān)節(jié)上，百分表測頭安裝在小活動關(guān)節(jié)上；大活動關(guān)節(jié)和小活動關(guān)節(jié)通過旋鈕固定；底座上設(shè)有固定擋塊，固定擋塊上設(shè)有橫式數(shù)顯卡尺，橫式數(shù)顯卡尺連接有讀數(shù)顯示表頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力總成慣性參數(shù)測取綜合試驗(yàn)臺，其特征在于所述的下擺盤上設(shè)有配重塊，下擺盤上刻有密度均勻的坐標(biāo)線。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種改進(jìn)的動力總成慣性參數(shù)測取綜合試驗(yàn)臺，克服了現(xiàn)有技術(shù)中慣性積無法測量的不足，在試驗(yàn)臺旁邊增設(shè)有空間距離測量儀和在下擺盤上配有配重塊?？臻g距離測量儀的大活動關(guān)節(jié)連接在直線導(dǎo)軌上；小活動關(guān)節(jié)連接在大活動關(guān)節(jié)上；百分表測頭安裝在小活動關(guān)節(jié)上；大活動關(guān)節(jié)和小活動關(guān)節(jié)通過旋鈕鎖死；固定擋塊固定在底座上，并在固定擋塊上設(shè)有橫式數(shù)顯卡尺，橫式數(shù)顯卡尺上設(shè)有讀數(shù)顯示表頭。改變動力總成相對于下擺盤的姿態(tài)，測量三線擺的扭擺周期，通過距離測量和坐標(biāo)變換，可以同時(shí)測出動力總成的質(zhì)心位置、轉(zhuǎn)動慣量和慣性積。實(shí)現(xiàn)了測量過程的自動化，具有高精度、高效率、易操作等特點(diǎn)，適合不同型號動力總成的測量。
文檔編號G01M1/10GK202002773SQ20112008022
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月24日
發(fā)明者上官文斌, 尹立峰, 廖美穎, 朱勇, 李國洪, 薛志國 申請人:十堰東森汽車密封件有限公司