汽车白车身静刚度试验台

白车身静刚度试验台

技术说明书

一、概述

本试验台能够在标准要求的约束与加载工况下，进行轿车白车身总成（带天窗和不带天窗）进行扭转刚度、弯曲刚度测试和车门洞口、风窗洞口变形量试验，并可对相关的检测结果进行计算、分析、保存和打印。

主要试验项目

u 白车身静态弯曲刚度试验

u 白车身静态扭转刚度试验

u 车门洞口、风窗洞口变形量试验

试验台的参照标准：

《Q/JLY J721032-2009乘用车白车身弯曲刚度试验规范》

《Q/JLY J721033-2009乘用车白车身扭转刚度试验规范》

 

二、试验台的组成结构

车身安装台架可以适用不同车型的静态弯曲刚度试验和静态扭转刚度试验（商务车、皮卡、乘用车、SUV 、MPV等）。

2.1试验台组成

本试验台由铁地板、前悬安装台架、后悬安装台架、加载系统、弯曲刚度施力台架、扭转刚度施力台架、校准标定装置、测量控制系统和计算机控制柜等部分组成。

2.2试验台布局

计算机控制柜通过控制电缆和传感器测量柜、试验台架等部分连接，控制柜采用钢制台体，机械部分和电器部分独立分开。

2.3试验台外观颜色

试验台台架和计算机控制柜体采用外表采用喷塑处理，外观颜色按工业设计要求。

　2.4试验台优点　

白车身扭转刚度试验装置T型台架由支撑座、衍架和连接轴等部分组成，衍架中部通过连接轴铰接在支撑座上端，连接轴处设有能防止衍架沿连接轴轴向移动的定位锁紧机构。

扭转刚度试验装置的T型台架通过支撑板、轴承、轴套等对衍架进行定位，能有效的防止衍架轴向串动，提高了车身扭转刚度测试的精度；另外，在衍架和支撑板之间设置定位销，可以实现前期车身的水平调节，在试验中又可拆卸，便于车身的夹具安装和调试。

该扭转刚度试验装置的T型台解决了其他类型的扭转刚度测试装置轴向容易串动，影响测试精度的问题。

 

三、试验台详细说明

试验台主要铁地板、前悬安装台架、后悬安装台架、加载装置、测量控制系统和计算机控制柜其结构如图二、图三：

图二 试验台结构图

图三 试验台三维图

3.1  试验台架

试验台采用架式结构，固定支架、支撑机构、加载系统、传感器等全部固定在试验平台上，保证试验时各动作机构的稳定性。

试验台架可以横向、纵向调整尺寸适应不同车型，满足不同宽度和长度的车身的试验。横向调整通过T型台架实现，T型台架宽3.5m，左右分别可调0.6m，纵向调整通过移动后悬安装夹具实现，在铁地板范围内不受限制。

测量系统

加载系统

夹具系统

加载压块

参考图

 

图四　试验台架

3.2 加载系统

力传感器

电机加载

图五  加载系统

设计加载系统是由6个各自独立的加载单元组成。每一加载单元均由力传感器、伺服电机、减速器、传动丝杆作为施力源。其中：作扭转加载试验时，使用2个加载单元。作弯曲加载试验，使用4个加载单元（分别对：乘员仓和行李箱加载，载荷为均匀分布）。通过专门自制安装设备实现其功能。加载过程为分级加载，是通过改变伺服电机的脉冲数量来实现。其中力传感器作为信号反馈元件，与伺服电机的编码器构成闭环系统，由计算机程序软件控制。

3.3        测量系统

测量系统由调节机构、安装系统及位移传感器组成。

调节夹紧机构

位移传感器

磁性表座

图六 位移传感器测量系统

安装系统

位移传感器

图七 对角线测规

3.4  夹具

前悬安装夹具可适应不同车型的前倾角、外倾角的变化，满足不同车型的车身安装要求，安装夹具可按不同车宽在600mm导轨上进行横向调整。

后悬安装夹具可根据不同车型，采用两点约束或四点约束，后悬安装夹具可在试验室的地槽钢板上纵向移动(X方向)，以适应不同轴距要求，同时后悬安装夹具也可横向（Y方向)移动(有300mm横向自动移动工作台) 以适应不同车宽要求。后悬安装夹具同时具有上、下（Z方向)调整丝杆，可使车身处于试验前的水平状态。

前后悬安装夹架最大可承受4T重白车身的安装。

在白车身扭转刚度试验中，后轴固定夹具通过球铰作用于后减震塔上。前轴扭转夹具通过球铰作用于前减震塔处，可以保证载荷作用在垂直方向上，同时，前轴扭转夹具对车身前部起到了支撑作用。

3、5铁地板

铁地板总体尺寸为8000×6000×300mm，铁地板结构为T型槽结构，规格2000×6000×300，数量为4块。

安装时用水平仪调整至水平，使平板的负荷均匀分布于各支点上。安装调整后，工作位置水平误差不大于3mm。

铁地板工作平面无涂料或涂漆，工作平面无锈迹、划痕、碰伤及其它影响使用的缺陷；工作面无砂眼、裂纹、夹渣及缩松等铸造缺陷；铸造表面应清除砂型且表面平整，非工作表面涂漆，涂漆牢固，各锐边修钝。

铁地板平台粗、精加工前回火处理，保证平台稳定不变形。铁地板能够有效隔振，承重性好，试验时铁地板外围工作人员感觉不到明显振动。

 

四、试验说明：

4.1 车身静态弯曲刚度测量

1）试验样品的安装

将T 型台架固定在铁地板上，通过T 型台架导滑夹具调节车身固定位置满足轮距的要求，结合夹具固定在前悬架安装点，并在车身连接处应加以橡胶垫，避免损坏车身。将一个加载装置底部连接铁地板，上端通过夹具固定在T 型台架上，保证作用点垂直于T 型台架横梁，并保证T 型台架有绕XY 平面转动的自由度。白车身通过前后悬安装夹具固定在试验台上。前悬挂点采用部分约束，后悬挂点弯曲试验时部分约束，扭转试验时全约束。后悬安装夹具可根据不同车型,采用两点约束或四点约束。

根据需要试验的白车身的相关安装参数，调整前悬安装架和后悬安装架在铁地板上的位置，把白车身安装在前悬安装架和后悬安装架上并固定牢固，将白车身前后左右水平调整好，同时将中心线和扭转横梁的中心线调整到一致。

前悬挂点部分约束（限制XYZ三个方向的平动），后悬挂点约束Z向平动自由度，在XY向平面自由支撑。

调整施力装置到合适的位置并固定牢固。根据车型不同前后排座椅固定处采用4～10个伺服电机垂直加载，分别四次阶梯加载(可根据用户需要设定)。

  加载过程中轴弯曲的最大变形量≤0.01mm。

2）传感器布置

测点尽可能布置在组件中心平行的侧面相应的左右两边，每个部件上尽量均匀的隔开一段距离，直的零部件上测点间距为200-300mm，圆滑弯曲、急剧转弯零部件或加固件之间，采用间距100-200mm，通常布置一个测量点位于前压杆塔前100mm 和后支撑底座后100mm 处，同时，测量点被锁定于前压杆塔后100mm及后支撑座100mm 前，并在结构连接件结合点布置一个测点，测点布置参考如图6所示：在门槛梁、纵梁、前后轴（悬置）支撑部件等位置布置传感器。前后轴位置必须布置，用于计算前轴相对后轴的轴间扭角。

在前后风窗口、门口等部位的对角布置传感器，如图7所示。

在车门锁销部位布置传感器，测量锁位置变化，如图8所示。

测量车身底部每对传感器在车身Y方向的距离，以及相对前轴在X方向的距离（前轴以前的值记为负数）。

图6  底部测点

图7  洞口测点

图8  锁位测点

3）预加载

测量前，先对车身施加三次垂直预载荷，大小为最大载荷的一半，以消除车身与夹具连接间隙、车身下沉等对测量结果的影响。

4）加载及测量

扭转加载工况是用力矩来描述的，其中T 型台架加载点离中心为1m，两个接触点之间距离为2m,通过缓慢驱动加载装置，进行载荷的连续加载，当加到最大载荷3200N （用户确定）时开始记数，同时开始逐级卸载，通过查看力的显示来控制工况要求，然后等减少到最小载荷800N 后，开始加载工况逐级加载，并等待稳定工况，大约为15 分钟，进行测试数据采集。

弯曲加载是是通过缓慢驱动加载装置传递到负荷板，进行载荷的连续加载，当加到最大载荷，随后开始逐级卸载，通过查看力的显示来控制工况要求，然后等减少到最小载荷工况，开始逐级加载，进行往复加载的过程大约为5 次，相应每组测试工况都要持续15 分钟，并等待稳定工况，进行测试数据采集。测试的弯曲加载工况，记录试验结果；若需要可以加装风挡玻璃重复试验。

5）数据处理

由测量结果计算白车身的弯曲刚度，按以下公式计算：

弯曲刚度

式中：

F—所施加的总载荷n×f（n为座椅个数，f为每个座椅上承受的载荷）；

d—各传感器的最大变形量。

根据测量结果计算并绘制在整车长度上的门槛梁变形曲线（X轴为车身X坐标，Y轴为门槛梁变形量）、在整车长度上的纵梁变形曲线（X轴为车身X坐标，Y轴为纵梁变形量）。

4.2 白车身静态扭转刚度测量

1）试验样品的安装

白车身通过前后悬安装夹具固定在试验台上。前悬挂点采用部分约束，后悬挂点弯曲试验时部分约束，扭转试验时全约束。后悬安装夹具可以在高度方向调节，车身前后要水平调正。

根据需要试验的白车身的相关安装参数，调整前悬安装架和后悬安装架在铁地板上的位置，把白车身安装在前悬安装架和后悬安装架上并固定牢固，将白车身前后左右水平调整好，同时将中心线和扭转横梁的中心线调整到一致。

前悬挂点部分约束（限制XYZ三个方向的平动），后悬挂点全约束（限制XYZ三个平动及三个旋转自由度）。前端通过模拟悬架与台架的横梁刚性相连，横梁可在YZ平面内旋转。

调整施力装置到合适的位置并固定牢固。

2）传感器布置

在门槛梁、纵梁、前后轴（悬置）支撑部件等位置布置传感器。前后轴位置必须布置，用于计算前轴相对后轴的轴间扭角。沿车身长度方向在纵梁及门槛梁上左右对称布置传感器对，间隔200mm～300mm，如图6所示。

在前后风窗口、门口等部位的对角布置传感器，如图7所示。

在车门锁销部位布置传感器，测量锁位置变化，如图8所示。

测量车身底部每对传感器在车身Y方向的距离，以及相对前轴在X方向的距离（前轴以前的值记为负数）。

3）预加载

测量前，先对车身顺时针及逆时针各施加三次预载荷（扭矩大小为试验最大扭矩值的一半），以消除车身与夹具连接间隙、车身下沉等对测量结果的影响。

4）加载及测量

对白车身前轴施加扭矩M=2000Nm（根据用户需要设定），以500Nm逐级加载，直到M。每500Nm采集一次各点变形值；顺时针和逆时针各做三次；若需要可以逐一加装风挡玻璃、四门两盖、连接支架、骨架等结构件重复试验。

5）数据处理

由测量结果计算白车身的扭转刚度，按以下公式计算：

式中：

M —所施加的力矩；

 —前轴左右传感器变形量绝对值；

 —后轴左右传感器变形量绝对值；

 —前轴、后轴左右传感器的距离。

白车身各测点扭转角曲线图

4.3  电气及控制系统要求

4.3.1  伺服电机加载系统

4.3.1.1  伺服电机加载系统是由6个各自独立的伺服电机加载单元。每一加载单元均由伺服电机、减速器、传动丝杆作为施力源。其中：作扭转加载试验时，使用2个加载单元。作弯曲加载试验，使用4个加载单元（分别对：乘员仓和行李箱加载，载荷为均匀分布）。通过专门自制安装设备实现其功能。加载过程为分级加载，通过改变伺服电机的脉冲数量实现。力传感器作为信号反馈元件，与伺服电机的编码器构成闭环系统，由计算机程序软件控制。

4.3.1.2  伺服电机最大加载力≥10000N，可以实现阶梯加载，加载步幅可调范围300-10000N。

4.3.1.3  伺服电机最大加载速度≤0.001m/s，由软件程序设定，通过改变每秒钟伺服电机脉冲数实现。

4.3.1.4  加载点的位置：静态扭转试验时，加载点位于前悬安装架距中心1m处，此点是固定的，不因车型不同而变化。静态弯曲试验时加载点为前后排座椅安装点。

4.3.1.5  加载单元与加载点的连接：加载杆直线位移—力传感器—牵引软钢缆—关节轴承—加载点。

4.3.1.6  静态扭转试验时，加载单元固定不动。静态弯曲试验时，加载单元随加载点的不同而变化。

 

五、 控制系统

5.1 计算机控制系统

计算机系统配置：

◇ 工业控制计算机

双核CPU，CPU为2G以上，4GB内存及1T硬盘；512MB显卡；DVD / CD-RW及键盘与光电滚轮鼠标；

预装Windows XP中文操作系统，正版杀毒软件。

◇19”液晶显示器

◇ 控制板卡

◇ 计算机程控台，有标牌，标明设备型号、电气容量、供货厂家、出厂编号、出厂时间等技术参数。控制柜的铁板厚度要保证强度，铁板厚度不小于1.5mm。

计算机系统使用UPS电源，后备时间不少于20分钟。

5.2 传感器及采集卡要求

◇ 拉杆式位移传感器48个，量程：10mm，精度：0.01%。

◇ 拉线式位移传感器12个，量程：1000mm，精度：0.01%。

◇ 力传感器6个，最小分辨力：1N。

   额定载核：0～5000N       2个；

   额定载核：0～10000N      6个；

◇ 车身位移传感器支架48个，高度调节范围0.8～1.0m

◇ 车门及风窗洞口传感器两端附有专用微型夹具，置于洞口对角线位置。

◇ 传感器线缆及其他电气配线应有标号，并与图纸一致。标号要求为打印方式，长期使用不脱色，并能防水、防油。同一线缆两端的标号必须相同，接到同一端子上的线缆的标号相同。

◇ 数据采集卡采用60个通道，8个用于采集力传感器信号，48个用于采集位移传感器信号。

5.2 系统控制软件

试验软件采用WIN中文操作界面，交互性强，测量精确、简单实用、稳定可靠。功能包括产品型号输入、参数设置、数据采集、过程控制、故障处理、数据处理、总成流水号等（自动显示、存储、打印表格、绘制曲线）

5.2.1型号管理模块

不同试验样件的参数采用界面输入；每种试验项目均为独立的模块，其中的试验参数可采用界面自定义输入、标准参数输入；试验项目和其中的设定参数可选择。

　　

5.2.2试验动作功能模块

试验台具有手动和自动功能。在自动功能状态下，按设定的参数，实现数据自动采集与处理，控制试验自动进行。自动生成试验图表，试验完成后自动停机，打印试验报告。

5.2.3试验台的参数功能模块

不同试验样件的参数采用界面输入；每种试验项目均为独立的模块，其中的试验参数可采用界面自定义输入、标准参数输入；试验项目和其中的设定参数可选择。

程序控制的试验项目在试验时能根据实际需要进行增减设定，不同的测试项目可任意选择、组合，试验前在测试界面中选择；可设定、记录和显示力、位移等测试数据的关系图。自动保存试验数据，有可选择性的保存试验数据的功能。

5.2.4试验报告模块

测试结果由计算机自动记录，试验时实时显示位移与时间的关系曲线，并自动形成测试曲线及测试报告。

软件具有可扩充性设计，便于日后增加试验项目，试验结果可以以曲线方式显示在屏幕上，可储存并脱机打印。每项试验记录表格灵活，所有试验参数能够根据不同产品要求进行设置。

5.2.5传感器校准模块

测试系统具有对传感器清零的功能。试验台传感器电源和执行器电源为独立的电源供电

5.2.6试验台异常处理模块

当试验程序中断、停止、关闭时能自动记录工作参数、试验次数等参数，重启试验程序的默认参数为上次停止时间点的参数、试验次数等。

试验台具有电机过载、试验扭矩转角超载、保护停机等报警。在试验过程中，当试验行程超过设定的安全值，试验中出现异常（驱动装置的驱动力突然增大或突然下降）自动停止试验、并提示报警。

当紧急事件发生时，可通过手动急停开关停机。试验台装备安全保护系统，在过载、过电流、过电压紧急情况下可以保护试验人员不受到伤害，保护设备不受到损坏。

 

六、试验台技术参数

6.1使用条件

 电源：AC380V±10%  50Hz 

环境温度：0 ～40℃

相对湿度：≤95% 

6.2 试验台技术指标

前悬夹具：2个安装支点

后悬系统：2个安装支点，0.7～1.2m

T型台架：宽度3.5m，左右可调空间0.6m

静态弯曲刚度试验最大加载力：10000N

静态扭转刚度试验最大加载力：5000Nm

试验台架最大承重4T

试验台架轴弯曲最大挠度：0.01mm

车身位移传感器支架，48个，高度调节范围：0.8～1.0m

位移传感器测量范围：0－10mm，精度：±0.1% FS

力传感器：0－10kN；精度：±0.1% FS，分辨率：1N

力传感器：0－5kN；精度：±0.1% FS，分辨率：1N

加载速度：0.001－1mm/s

数据采集通道：60

 

七、客户需要提供的资料

1、          本试验台需要检测的白车身样件1辆。

2、     样件的数模、外形尺寸、机械安装尺寸图

3、    车身的承载能力等相关技术要求