一種kc試驗臺驅動加載裝置、方法及應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于車輛底盤系統(tǒng)KC試驗技術領域，具體涉及一種KC試驗臺驅動加載裝置、方法以及應用。
【背景技術】
[0002]車輛底盤系統(tǒng)KC試驗主要包括平行輪跳、反向輪跳、縱向力加載、側向力加載、回正力矩加載及原地轉向工況，需要求KC試驗臺對車輛前橋/后橋中的每個輪胎具有垂直(Z方向)、縱向(X方向)、側向(y方向)和繞垂直方向轉動(Rz方向)的驅動加載功能。其中采用車輛坐標系，即當車輛在水平路面上處于靜止狀態(tài)時，定義坐標系Z軸通過汽車質(zhì)心指向上方，X軸平行于地面指向車輛后方，y軸為駕駛員指向副駕駛方向。
[0003]現(xiàn)有KC試驗臺加載方法是通過X軸運動平臺、Y軸運動平臺和Rz軸運動平臺串聯(lián)來實現(xiàn)縱向、側向和回轉的驅動加載功能。圖1為現(xiàn)有KC試驗臺串聯(lián)驅動加載方法結構示意圖，如圖所示，其中的垂直伺服電機通過減速機、聯(lián)軸器、滾珠絲杠I驅動垂直運動臺2沿z軸運動；側向伺服電機與垂直運動臺2固定安裝，驅動側向運動臺4通過滑軌3沿y軸運動；縱向伺服電機與側向運動臺4固定安裝，驅動縱向運動臺6通過滑軌5沿X軸運動；旋轉伺服電機與縱向運動臺6固定安裝，通過對旋轉運動臺7施加切線方向的力使其小角度轉動。通過該串聯(lián)驅動方法，可以實現(xiàn)驅動臺的垂直、側向、縱向和旋轉四個自由度的運動。
[0004]但是，上述驅動加載裝置和方法存在一些缺陷，首先是上述串聯(lián)結構的驅動方式容易導致誤差的累計和放大效應，而且由于各加載裝置相互疊加，需要更大功率的電機來實現(xiàn)驅動臺的單軸方向運動。另外，更為重要的是，因為KC試驗中對作用力和力矩的測量精度要求非常高，目前的串聯(lián)機構進行旋轉加載驅動的方式一般有兩種，一種是電機通過滾珠絲杠或推桿給旋轉圓盤施加切向力使圓盤繞Z軸旋轉，并在推桿和作用點之間串聯(lián)力傳感器來測量切向力的大小，另一種方法是電機通過蝸輪蝸桿使圓盤轉動。但是，上述兩種驅動加載方式在實現(xiàn)Rz軸小位移轉動以測量作用力及力矩中都存在明顯的缺陷，其中第一種方式中當圓盤發(fā)生轉動時，力的方向并沒有完全與圓盤相切，故所測得的回正力矩并不特別精確；另一種方式中潤滑復雜，傳遞效率低，且需要力矩傳感器來直接測量所施加的回正力矩，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種KC試驗臺驅動加載裝置、方法以及應用，其通過優(yōu)化的驅動加載機構和加載控制方法，可實現(xiàn)對KC試驗臺的精確加載，其誤差小，而且驅動單軸方向的電機功率較小，更為重要的是，其在旋轉加載中可以實現(xiàn)高效精確的傳動，且作用力和力矩測量簡單精確。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供一種KC試驗臺驅動加載裝置，用以驅動試驗臺實現(xiàn)垂直、縱向、側向以及繞垂直方向的回轉運動，其中，該裝置包括與垂直驅動機構連接可被該垂直驅動機構驅動加載后實現(xiàn)垂直運動的垂直運動臺，以及設置在該垂直運動臺上的縱向側向及旋轉運動驅動平臺，其特征在于，
[0007]該縱向側向及旋轉運動驅動平臺通過其上呈三角形布置的三個驅動連接點分別與三個直線運動驅動機構的動力輸出件鉸鏈連接，通過上述三個直線運動驅動機構的聯(lián)動驅動控制實現(xiàn)驅動所述縱向側向及旋轉運動驅動平臺在所在平面上進行沿X軸(即縱向)、y軸(即橫向或側向)的平動和/或繞z軸(即垂直方向)的旋轉運動。
[0008]作為本發(fā)明的改進，所述直線運動驅動機構具有伺服電機和與其輸出軸動力相連的動力輸出件，該動力輸出件末端與所述驅動連接點通過鉸鏈連接，所述伺服電機機座末端與所述垂直運動臺通過鉸鏈連接，形成直線運動鏈。
[0009]作為本發(fā)明的改進，所述直線運動驅動機構中設置有力傳感器和位移傳感器，分別用于測量驅動力大小以及驅動位移大小，以獲得精確實時的測量數(shù)據(jù)。
[0010]作為本發(fā)明的改進，所述縱向側向及旋轉運動驅動平臺與所述垂直運動臺之間設置有組合導軌機構，所述縱向側向及旋轉運動驅動平臺被上述三個直線運動驅動機構的聯(lián)動驅動通過該組合導軌機構實現(xiàn)沿X軸、y軸的平動和/或繞Z軸的旋轉運動。
[0011]作為本發(fā)明的改進，所述組合導軌機構包括可沿X軸滑動的滑塊、跨設在該滑塊的凹槽中并可相對其沿y軸滑動的導軌、以及具有可相對轉動的內(nèi)圈和外圈的交叉滾柱軸環(huán)，其中所述縱向側向及旋轉運動驅動平臺固定設置在該內(nèi)圈上，外圈與所述導軌固連，直線運動驅動機構作用在所述縱向側向及旋轉運動驅動平臺上的作用力可驅動所述內(nèi)圈相對內(nèi)圈旋轉、驅動導軌沿I軸滑動、驅動滑塊沿X軸滑動，從而可實現(xiàn)驅動平臺縱向、側向及旋轉三個自由度的運動。
[0012]作為本發(fā)明的改進，所述直線運動驅動機構的動力輸出件為滾珠絲杠或為皮帶輪與推桿的組合單元。
[0013]按照本發(fā)明的另一方面，提供一種KC試驗臺驅動加載方法，用以驅動試驗臺實現(xiàn)垂直、縱向、側向以及繞垂直方向的回轉運動，其中，該方法包括在垂直運動臺上設置垂直驅動機構，其與所述垂直運動臺連接以用于對該垂直運動臺進行驅動加載實現(xiàn)垂直運動，其特征在于，
[0014]還包括在該垂直運動臺上設置縱向側向及旋轉運動驅動平臺，且在該縱向側向及旋轉運動驅動平臺上設置呈三角形布置的三個驅動連接點，用以分別與三個直線運動驅動機構的動力輸出件鉸鏈連接，通過上述三個直線運動驅動機構的聯(lián)動驅動控制實現(xiàn)驅動所述縱向側向及旋轉運動驅動平臺在所在平面上進行沿X軸、y軸的平動和/或繞Z軸的旋轉運動。
[0015]作為本發(fā)明的改進，所述直線運動驅動機構具有伺服電機和與其輸出軸動力相連的動力輸出件，該動力輸出件末端與所述驅動連接點通過鉸鏈連接，所述伺服電機機座末端與所述垂直運動臺通過鉸鏈連接，形成直線運動鏈。
[0016]作為本發(fā)明的改進，所述直線運動驅動機構中設置有力傳感器和位移傳感器，分別用于測量驅動力大小以及驅動位移大小，以獲得精確實時的測量數(shù)據(jù)。
[0017]作為本發(fā)明的改進，所述縱向側向及旋轉運動驅動平臺與所述垂直運動臺之間設置有組合導軌機構，所述縱向側向及旋轉運動驅動平臺被上述三個直線運動驅動機構的聯(lián)動驅動通過該組合導軌機構實現(xiàn)在沿X軸、y軸的平動和/或繞Z軸的旋轉運動。
[0018]作為本發(fā)明的改進，所述組合導軌機構包括可沿X軸滑動的滑塊、跨設在該滑塊的凹槽中并可相對其沿y軸滑動的導軌、以及具有可相對轉動的內(nèi)圈和外圈的交叉滾柱軸環(huán)，其中所述縱向側向及旋轉運動驅動平臺固定設置在該內(nèi)圈上，外圈與所述導軌固連，直線運動驅動機構作用在所述縱向側向及旋轉運動驅動平臺上的作用力可驅動所述內(nèi)圈相對內(nèi)圈旋轉、驅動導軌沿第二方向滑動、和/或驅動滑塊沿第一方向滑動，從而實現(xiàn)縱向側向及旋轉運動驅動平臺的運動。
[0019]作為本發(fā)明的改進，所述直線運動驅動機構的動力輸出件為滾珠絲杠或為皮帶輪與推桿的組合單元。
[0020]按照本發(fā)明的又一方面，提供一種具有上述KC試驗臺驅動加載裝置的KC試驗臺。
[0021]按照本發(fā)明的再一方面，提供一種利用上述試驗臺驅動加載裝置進行車輛底盤系統(tǒng)KC試驗的方法。
[0022]本發(fā)明中每個加載臺座可以優(yōu)選包含4個驅動伺服電機，其中垂直伺服驅動電機通過減速機、滾珠絲杠可以實現(xiàn)整個工作臺在垂直方向的運動。另外3個伺服電機各通過減速機、聯(lián)軸器、滾珠絲杠或推桿、力傳感器和位移傳感器構成直線運動鏈，與三角形驅動臺構成平面3-RPR并聯(lián)機構形式:通過電機驅動來控制直線運動鏈的伸長和收縮，直線運動鏈兩端分別與垂直運動臺基座和三角形驅動臺以鉸鏈相連，三角形驅動臺為執(zhí)行末端，在伺服電機的協(xié)調(diào)作用下通過交叉滾柱軸環(huán)、十字交叉導軌來實現(xiàn)縱向、側向和回轉運動(縱向力加載、側向力加載、回正力矩加載工況)。
[0023]總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下有益效果:
[0024](I)由于本發(fā)明通過三個伺服電機在同一平面共同作用來實現(xiàn)驅動臺的縱向、側向和回轉運動，故相同功率的電機比串聯(lián)驅動方法能提供更大的單軸(x、y、Rz)驅動力；
[0025](2)本發(fā)明中的并聯(lián)驅動方式避免了串聯(lián)機構的誤差累積和放大，其誤差小、精度尚;
[0026](3)本發(fā)明的并聯(lián)驅動結構可直接安裝于垂直運動臺上，在驅動過程中不隨縱向或側向運動臺運動，減輕了運動負載，具有較好的動力性能；
[0027](4)本發(fā)明通過并聯(lián)驅動方法，可以很容易實現(xiàn)驅動臺的回轉轉動，且通過每個推桿的作用力和驅動臺末端姿態(tài)可以計算出所施加的縱向力、側向力和回正力矩，測量方便精確。
【附圖說明】
[0028]圖1是現(xiàn)有技術中的KC試驗臺所采用的串聯(lián)驅動加載方法結構示意圖；
[0029]圖2是按照本發(fā)明一個實施例所構建的KC試驗臺所采用的平面3-RPR并聯(lián)驅動加載方法結構示意圖；
[0030]圖3是按照本發(fā)明一個實施例所構建的KC試驗臺平面3-RPR并聯(lián)驅動加載方法驅動、傳動、測量直線運動鏈結構示意圖；
[0031]圖4是按照本發(fā)明一個實施例所構建的KC試驗臺中的三角形運動臺組合導軌結構示意圖；
[0032]圖5是按照本發(fā)明一個實施例所構建的KC試驗臺中三角形運動臺導軌滑塊結構示意圖。
[0033]具體實施方法
[0034]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點