汽车减振器液压伺服式试验台设计

汽车减振器液压伺服式试验台设计
杨惠忠;宾胜海
【摘要】@@%为提高汽车减振器的质量,促进汽车产业的发展,设计开发了一种汽车减振器液压伺服式试验台.文中结合该试验台的工作原理与数学模型,重点介绍了试验台的重要结构组成,包括主机系统、液压系统、伺服控制系统、计算机系统等.与以往的试验台相比,该试验台工作原理简明,可靠性好,稳定性高,能很好地保证了汽车减振器的性能.
【期刊名称】《液压与气动》
【年(卷),期】2012(000)010
【总页数】3页(P24-26)
【关键词】减振器试验台;液压伺服式;系统结构
【作者】杨惠忠;宾胜海
【作者单位】中国计量学院,浙江杭州310018;中国计量学院,浙江杭州310018【正文语种】中文
【中图分类】TH137
引言
减振器是汽车悬架系统的重要组成部件，作为汽车底盘的主要阻尼元件，它影响着整车的舒适性、操作稳定性、行驶的安全性等重要性能。

为了提高减振器的性能质量，除了改进其设计和生产工艺过程，还必须依靠先进的试验台测试设备。

目前，普遍使用的机械振动式减振器试验台，由于多种原因存在试验误差大、试验速度范围小、结果可比性差、难于实现多工况快速试验等缺点。

而液压伺服式减振器试验台则能很好地消除机械振动式试验台的机械激振机构和测量机构的系统误差，获得可靠的试验结果，试验效率明显提高，适合于生产检测和试验研究。

1 试验台的功能
该试验台能完全满足现行的国家标准《汽车筒式减振器台架试验方法QC/T545-1999》中的试验要求。

其功能如下：①可作减振器的示功试验，绘制示功图；②
可作减振器的速度特性试验，绘制速度特性曲线图；③可作减振器内摩擦力测定，绘制摩擦力与位移的关系曲线图；④可作减振器的温度特性试验，绘制温度特性曲线图；⑤ 可作减振器耐久性试验，试件工作循环1×106次后，绘制试件的阻尼
力与位移的关系曲线图；⑥可作抗泡沫性试验，在规定条件下，反复多次运动后，绘制示功图。

2 试验台的结构组成
该减振器试验台主要由主机系统、液压系统、伺服控制系统、数据采集系统、计算机系统等组成(如图1所示)。

图1 试验台的结构组成
2．1 主机系统
主机系统主要包括有主机、主作动器、伺服作动器和横梁。

主机上装有动、静态双向高精度负荷传感器。

主作动器内部安装有高响应的线性差动变压器或位移传感器，具有低磨擦、低阻尼及良好的抗侧向能力。

伺服作动器上装有电液伺服阀用于主机动作控制。

横梁具有液压升降和液压锁紧功能，易于根据试件变换横梁的位置。

2．2 液压系统
试验台采用液压源作为测控系统的动力源，在液压油主进回油管路上装有蓄能器，以减小压力和流量的脉动影响；在输送到作动器的油路上也装有蓄能器，以减小液
压冲击对试验的影响。

由于本试验系统功率较大，故采用蓄水箱循环水冷却方式进行液压油的冷却，同时采用回油过滤器对回到油箱的液压油进行过滤，保证油箱中液压油的清洁。

2．3 伺服控制系统
本测控系统采用动态电液伺服控制技术，实现全数字闭环控制，主要测量通道采用宽范围、不分档、连续的方法全程测量，使用大规模可编程门阵列(FPGA)硬件实时跟踪，对数据进行同步采集及数据预处理。

伺服控制系统的核心——伺服控制器，采用PMAC主控器件，能实现多功能的综合试验。

该系统还可实现负荷、位移、扭矩、转角等多种闭环控制，并具有报警和互锁功能。

控制系统中采用的是有差闭环伺服控制系统。

信号源输出的控制指令信号与“控制状态”选择的被控反馈信号在比较器产生一个误差信号，这个误差信号经过PID 调节后送到伺服阀驱动器上，控制伺服阀推动液压缸向着指令要求的方向运动。

整个控制过程就是调节器不断地调整驱动器的输出，使其相应的反馈信号与设定信号之间的误差最小。

2．4 计算机系统
计算机系统由工控计算机及管理、应用软件等组成，计算机系统主要负责试验数据的采集与处理，自动绘制试验曲线图表，显示测量数值，同时自动判别曲线的对称性和主要参数指标的正确性等。

可在计算机系统中设置试验台的载荷、温度、位移等超限报警参数。

试验中实际测试到的数据超过设定参数后试验会自动停止，并声光报警，在计算机界面上显示出错信息。

试验台的计算机应用软件系统框图如图2所示，主要有3个模块组成，能完成试验台的控制和数据处理及分析功能。

图2 试验台的应用软件系统
3 试验台的工作原理与数学模型
3．1 工作原理
试验台的工作原理框图如图3所示。

试验过程中，输入装置输入电信号E1，经伺
服放大器转换放大后驱动电液伺服阀，受控于伺服阀的液压缸产生运动输出位移X，如此减振器试件则会随液压缸活塞的运动而运动。

试验中，反馈传感器将随时检测位移X，并通过变换转化为电信号E2，再反馈于输入端，并与输入信号进行比较，经比较后的信号误差近似于零时，减振器就产生了预期的运动。

图3 试验台的工作原理图
3．2 数学模型
伺服阀的频宽可达100 Hz以上，而本试验台中的测试频率为0.01～10 Hz，可将伺服阀看成一阶的惯性环节，液压缸采用积分加振荡环节的形式，负载力F为干
扰因素。

系统的数学模型，如图4所示。

图4 试验台液压伺服系统数学模型
由上述框图可得，其开环系统的传递函数为：
式中：K4为开环增益，K4=K1K2K3(1/A)；K1为伺服放大器增益；K2为伺服阀
增益；K3为反馈传感器增益；A为液压缸活塞面积；ω1为电液伺服阀固有频率；ω2为液压缸固有频率；ξ2为液压相对阻尼系数。

由于ω1＞＞ω2，故式(1)可简化为：
进一步可得其闭环系统的传递函数为：
式中：ωa为闭环一阶因子的转折频率；ωb为闭环二阶因子的转折频率；ξb为二阶因子阻尼比。

4 结论
上文所述的液压伺服试验台，已经应用于实际生产中，从现场使用效果看，该设备测试精度高，工作稳定性好，测试结果可靠性高，很好地确保了所生产的减振器的性能质量。

当然该试验台也存在一些问题，包括信号处理的局限性和运动控制的不完善。

将来还应该深入研究汽车减振器的实际工作过程，再进一步对该试验台进行改进，从而为汽车减振器的生产提供一个更为可靠的坚实后盾。

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