白车身静刚度约束装置及静刚度检测方法

摘要

本发明公开一种乘用车白车身静刚度约束装置及静刚度检测方法，前支承架的一侧设有压力传感器和液压千斤顶，白车身底面四周布置若干位移传感器；前支承架包括前架、T型架和工字导轨，前架的顶端通过螺栓、螺母连接T型架的横梁正中间，T型架的横梁相对于白车身左右布置且横梁的一侧下部位置是液压千斤顶；T型架的底端通过销轴、开口销与前架的底端相连；T型架的横梁上表面左右对称地各设置一个工字导轨；用施加载荷的扭矩值除以扭转角度计算出扭转刚度，用载荷的实际大小除以车身变形位移量得出弯曲刚度，本发明加快了对不同车型测试的效率，在保证测试精度的前提下明显降低了设备成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种乘用车白车身静态刚度检测，尤其涉及到白车身静刚度的约束装置及静刚度的检测方法，对车身的扭转刚度和弯曲刚度进行快速测试。

背景技术

乘用车车身绝大多数采用全承载结构，车身静刚度一般包括扭转刚度和弯曲刚度，车身几乎承载着乘用车使用过程中所有扭转和弯曲载荷，车身静刚度对汽车的舒适性能、耐久性能和动力响应性能等有明显影响，因此，乘用车车身静刚度是车身结构设计过程中需要考虑的首要问题。目前车身静刚度性能测试主要是利用成熟的CAD、CAE等软件，通过对车身进行三维实体建模，然后利用有限元方法进行分析，观察白车身及其结构件在各种不同载荷作用下的变形，从而得到车身静刚度等力学性能。该方法的优点是设计成本较低，但由于汽车车身结构比较复杂，且不同车型的车身结构参数也不同，因此实体建模耗时长，另外，由于在建模过程中存在一定简化，使得计算刚度与实际刚度相差较大。

中国专利号为CN1405545的专利文献公开了“乘用车白车身结构弯曲刚度测试约束与加载装置”，涉及白车身弯曲刚度测试时用于支承试验车车身的约束装置以及弯曲加载装置，但未涉及到弯曲挠度测量方式、信号采集和数据处理等技术。

中国专利号为CN1405542的专利文献公开了“乘用车车身结构扭转刚度测试约束与加载装置”技术，包括白车身扭转刚度测试时用于支承试验车车身的约束装置以及扭转刚度加载装置，但同样未涉及扭转角度测量方式、信号采集和数据处理等技术。

中国专利号为CN101281085的专利文献公开了“乘用车白车身结构静刚度测试系统及其试验方法”，包括约束装置、伺服弯曲刚度加载装置、伺服扭转刚度加载装置、数据采集系统等，较好地实现了通用车型的车身静刚度包括弯曲刚度和扭转刚度的综合测试。在前支座总成中，前支座支撑臂与前支座回转台通过铰接结构相连实现白车身在铅垂面的旋转运动，从而完成白车身的扭转刚度测试，前支座回转台与实验台地板相连。但该结构存在不足，即在进行系统弯曲刚度测试时，由于不能将前支座总成与实验台地板固定，使得在弯曲载荷加载后，白车身不仅会出现弯曲刚度测试所需要的弯曲，同时仍然会出现车身扭转，从而给弯曲刚度测试结果带来很大误差。此外该专利虽然也提及了测试系统，但未给出测试系统的组成。

综上所述，目前已有技术或未涉及到刚度测试系统的搭建；或未涉及到刚度和弯曲测试过程中数据采集和处理；或车身刚度测试系统缺乏包括扭转、弯曲的综合测试平台；或系统由于结构不足而存在测量误差。

发明内容

本发明的目的是为提高乘用车车身静刚度测试的合理性、准确性和快速性而提出一种白车身静刚度测试过程中需要的约束装置，本发明同时还提出基于该约束装置的白车身静刚度的检测方法，对白车身扭转角度和弯曲挠度实现快速而精确的测量。

本发明白车身静刚度约束装置采用的技术方案是：白车身正下方是T形槽试验台地板，T形槽试验台地板上设一前支承架和2个左右布置的后支承架，前、后支承架分别垂直支承于白车身前、后部分与T形槽试验台地板之间，前支承架的一侧设有压力传感器和液压千斤顶，液压千斤顶上是压力传感器，白车身底面四周布置若干位移传感器，压力传感器的输出端连接压力变送器，位移传感器的输出端均连接位移变送器，位移变送器和压力变送器的输出端均依次连接A/D采集卡和计算机控制单元；所述前支承架包括前架、T型架和工字导轨，前架的底端垂直固定连接T型槽实验台地板，前架的顶端通过螺栓、螺母连接T型架的横梁正中间，T型架的横梁相对于白车身左右布置且横梁的一侧下部位置是液压千斤顶；T型架的底端通过销轴、开口销与前架的底端相连；T型架的横梁上表面左右对称地各设置一个工字导轨，工字导轨顶部滑动连接座子，座子上部设有第一上、下法兰，第二上、下法兰之间夹持白车身的前端连接点；所述后支承架的下部是后架，后架的底端与T型槽实验台地板垂直紧固连接，后架顶端通过螺纹连接螺杆下端，螺杆上端设有第二上、下法兰，第二上、下法兰之间夹持白车身后端的两个悬置点。

本发明白车身静刚度的检测方法是：对扭转刚度和弯曲刚度进行检测，扭转刚度的检测方法是：A：拔掉销轴，用液压千斤顶在白车身的一侧面加载，使T型架绕螺栓旋转，带动白车身随T型架绕螺栓扭动，实现扭转载荷的施加；B：白车身扭动后，压力传感器输出电压信号，通过压力变送器对压力信号进行调理，由数据采集卡获得数字信号，并在计算机控制单元中转换为载荷力大小，根据载荷力距扭转支承点的间距转换为实际施加载荷的扭矩值；同时，位移传感器输出电压信号，通过位移变速器进行信号调理，经A/D采集卡获得位移电信号，并在计算机控制单元中将其转换为汽车前后轴间相对扭转角度；C、用施加载荷的扭矩值除以扭转角度计算出扭转刚度；

弯曲刚度的检测方法是：先用销轴将前架与T型架固定，用事先标定过的沙袋模拟乘客载重，根据加载沙袋的多少获得弯曲刚度测量过程中所施加力载荷的实际大小；然后采用所述扭转刚度的检测方法中的步骤B，测量白车身在施加力载荷后的车身变形位移量；最后用所施加沙袋的载荷的实际大小除以车身变形位移量即得出弯曲刚度。

本发明基于车身试验数据测试车身静刚度，更为合理且精确可靠地提高了汽车车身结构性能。约束装置不仅能实现车身扭转刚度和弯曲刚度在测量过程中车身的夹持，而且通用性好，适用于不同车型；安装、调试和测量简便、快速，加快了对不同车型测试的效率，在保证测试精度的前提下明显降低了设备成本。 

附图说明

图1白车身静刚度测试时的立体结构示意图；

图2是图1卸掉白车身31后旋转的俯视图；

图3是图2的右视结构示意图；

图4是图1中前支承架29的立体结构示意图；

图5是图4的前支承架29的主视图；

图6是图1中后支承架32的立体结构示意图；

图7是图5中工字导轨28、连接件17、法兰等连接结构的放大图；

图8是图3中A向结构放大图；

图9是白车身静刚度检测原理图；

图中：1、T型槽试验台地板；2、压块；3、垫块；4、T型槽螺栓；5、T型槽螺母；6、销轴；7、前架；8、T型架；9、螺栓；10、座子；11、外六角圆柱螺钉；12、螺母；13、上法兰；14、六角头螺栓；15、下法兰；16、销轴；17、连接件；18、开口销；19、销轴；20、螺母；21、开口销；22、螺杆；23、锁紧螺母；24、后架；25、开口销；26、液压千斤顶；27、压力传感器；28、工字导轨；29、前支承架；30、位移传感器；31、白车身；32、后支承架；33、下法兰；34上法兰；35、位移变送器；36、A/D采集卡；37、计算机控制单元；38、压力变送器；39、内六角圆柱螺钉。

具体实施方式

如图1所示，白车身静刚度测量的约束装置包括设置在白车身31正下方的T形槽试验台地板1，在T形槽试验台地板1上安装前支承架29和后支承架32，前支承架29垂直支承于白车身31前部分与T形槽试验台地板1之间，后支承架32垂直支承于白车身31后部分与T形槽试验台地板1之间。在前支承架29的一侧装有扭转加载装置，该扭转加载装置由压力传感器27和液压千斤顶26组成，压力传感器27设置在液压千斤顶26上。在白车身31底面四周布置了若干位移传感器30，位移传感器30用于测量白车身31在施加载荷后的位移量，布置在白车身31的前、后纵梁，传动轴通道、车门和车窗上。

如图2，前支承架29包括前架7、T型架8、工字导轨28等，T型架8的横梁相对于白车身31左右布置。后支承架32有2个，左右布置，分别支撑于白车身31的两后轮安装位置。

如图3、4、5所示，前架7的底端通过T型槽螺栓4和T型槽螺母5垂直固定连接在T型槽实验台地板1上，前架7的顶端通过螺栓9、螺母20连接T型架8的横梁正中间。T型架8的横梁的一侧下部位置是液压千斤顶26。在未对T型架8进行扭转加载测试时，T型架8的底端还通过销轴6、开口销21与前架7的底端相连，扭转测试加载时，则将销轴6拔掉，此时T型架8可以绕着螺栓9在垂直平面内进行旋转转动，实现白车身1的扭转。 T型架8旋转到位后，T型架8的横梁压在液压千斤顶26上，T型架8转动的幅度取决于液压千斤顶26的高度，进而实现扭转刚度测试。

如图7，在T型架8的横梁上表面，左右对称地各设置一个工字导轨28，每个工字导轨28底部均通过外六角圆柱螺钉11固定连接在T型架8的横梁上，工字导轨28顶部滑动连接座子10，座子10可以根据不同车型结构尺寸的情况，在工字导轨28上左右来回移动，并通过内六角圆柱螺钉39定位，实现车身静刚度测试的通用性。座子10上部通过销轴19连接连接件17，连接件17再通过销轴16和开口销18与下法兰15相连，下法兰15连接上法兰13，上法兰13和下法兰15之间夹持白车身31的前端连接点，并通过六角头螺栓14和螺母12固定连接，从而实现约束装置前支承架29对白车身31的前端支承。

如图3、6、8所示，后支承架32的下部是后架24，后架24的底端通过垫块3和压块2与T型槽实验台地板1垂直紧固连接，后架24顶端有螺纹孔，后架24顶端通过螺纹连接方式连接螺杆22下端，为了防止螺杆22在刚度测试过程中的上下扭动，在后架24顶端与螺杆22下端用锁紧螺母23固定。螺杆22上端通过另一个销轴19和开口销25与下法兰33连接，下法兰33与上法兰34固定连接，上法兰34和下法兰33夹持白车身31后端的两个悬置点，实现对白车身31的后端支承。 

如图9所示，将液压千斤顶26上的电阻式的压力传感器27的输出端连接压力变送器38，压力变送器38的输出端依次连接A/D采集卡36和计算机控制单元37。将白车身31底面四周布置的若干位移传感器30的输出端均连接位移变送器35。位移变送器35的输出端依次连接A/D采集卡36和计算机控制单元37。压力传感器27感受到液压千斤顶26的顶力并输出电压信号，然后经压力变送器38进行信号放大和滤波，最后通过A/D采集卡36，由计算机控制单元37采集进计算机，并得出实际的加载力，实现车身加载力检测。当由于液压千斤顶26加载造成白车身31扭曲时，或由于经标定沙袋加载而造成白车身31弯曲时，都会使得白车身31车体的微小变形，该变形被位移传感器30检测到，然后输出相应的位移电压信号，该电压信号经位移变送器30进行放大和滤波，再经A/D采集卡36，由计算机控制单元37采集到计算机并得出相应的位移量，实现车身变形位移检测。

检测白车身31的静刚度即是检测白车身31的扭转刚度和弯曲刚度。检测白车身31的扭转刚度方法如下： 

第一步：按照乘用车使用过程中的约束条件和载荷条件进行工况模拟加载。如图1和2所示，为了快速进行扭转刚度检测，首先将前支承架29上的销轴6拔掉，使得T型架8可以绕着六角头螺栓9小角度旋转，后支撑架32不动，仅起支撑的作用，然后利用液压千斤顶26在白车身31的任一侧面加载，即液压千斤顶26对T型架8施加载荷，实现白车身31的扭转。

第二步：当千斤顶26对T型架8施加载荷后，T型架8就绕着螺栓9转动微小角度，带动白车身31随着T型架8螺栓9扭动，实现了扭转载荷的施加。随着白车身31的转动，与其周边接触的压力传感器27等输出微弱且含噪的电压信号，该信号不适合系统的数据采集，需要对其进行放大和滤波。根据测试的要求利用压力变送器38对由压力传感器27传送来的压力信号进行调理，获得与压力成正比且满足A/D采集卡36量程范围的有用信号。再利用数据采集卡36获得数字信号，并在计算机控制单元37中转换为载荷力大小，然后根据载荷力距扭转支承点的间距转换为实际施加载荷的扭矩值。

第三步：当液压千斤顶26在白车身31侧面加载后，由于车身的扭转使得车身四周的个别位移传感器30受到作用，从而输出微弱且含噪的电压信号。利用位移变速器35进行信号调理，然后经过A/D采集卡36获得所需的数字式位移电信号，并在计算机控制单元37中将其转换为汽车前后轴间相对扭转角度。

第四步：利用所施加载荷的扭矩值除以扭转角度得出扭转刚度。

检测白车身31的弯曲刚度方法如下： 

第一步：模拟车辆实际使用过程中来自乘客对白车身的载重加载。为了进行弯曲刚度的快速测量，测试中，前支承架29和后支撑架32都不动，通过加载配重来实现弯曲刚度测量。首先利用销轴6将前架7与T型架8固定，防止T型架8绕着螺栓9转动，从而给弯曲刚度测试过程中带来扰动影响；然后利用事先标定过的沙袋来模拟乘客载重，并将其按照乘客所坐的位置进行车身内部加载。根据加载沙袋的多少，获得弯曲刚度测量过程中所施加力载荷的实际大小。

第二步：测量白车身31在施加力载荷后的位移量，其测量过程中同扭转刚度中的第三步，即将位移传感器30输出电压信号送入位移变送器35进行信号调理，然后利用A/D采集卡36实现数据采集，并在计算机控制单元37中获得实际的车身变形位移量。

第四步：利用所施加沙袋的载荷的实际大小除以车身变形位移量即得出弯曲刚度。