K&C试验台六自由度测量机构算法研究.docx

K&C试验台六自由度测量机构算法研究 杨钧浩 孙伟元 杨雷 高为摘 要：文章针对某悬架K&C特性试验台六自由度测量机构进行研究，以测量机构中六个角度编码器的转角值作为输入，推导出轮心坐标、車轮外倾角、前束角、滚动角的理论算法，将仿真结果与理论算法结果进行对比，验证了该测量机构的准确性，可为实际工程问题提供参考关键词：K&C试验台;六自由度测量机构;车轮参数Abstract： In this paper， the 6 DOF measuring mechanism of a suspension K&C characteristic test rig is studied. Using the angle value of the six angle encoders in the measuring mechanism as input， the theoretical algorithm of wheel center coordinates， wheel camber angle， toe angle and roll angle is derived. The simulation results are compared with the theoretical algorithm results. The accuracy of the measuring mechanism can provide a reference for practical engineering problems.前言悬架K&C特性理论体系已经趋于完善，目前主要工作集中在应用方面，包括研究新车型需要的悬架K&C特性，优化零部件参数得出最优悬架K&C特性，还有悬架K&C特性相关试验技术。

悬架K&C特性试验台是专门用来测量悬架K&C特性的设备，六自由度测量机构用于测量车轮轮心三个方向位移变化、车轮外倾角、前束角、滚动角，这些参数是用做K&C特性拟合的最基本参数[1]六自由度测量机构如图1所示，采用单臂结构，传感器采用的是相对位移式光电编码器，六个光电编码器的转角分别为θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6（对应点分别为A、B、C、D、E、F）所以每次试验时必须将测量机构置于同一个零位置，图2是其安装零位置的示意图其中O点为轮心点[2]1 坐标解算分析以E点为坐标原点，建立测量机构的绝对坐标系XEZ分析各向量：上面得到的是平衡位置的向量值下面将考虑以平衡位置为起点任意时刻的坐标点，其中均是以XEZ为绝对坐标零点由于ED杆绕着E点的Y轴回转运动，根据旋转矩阵理论[3]，可以得出D点的绝对坐标为：2 角度解算2.1 车轮外倾角（Camber Angle）根据多体动力学的相关知识，车轮外倾角定义为车轮平面与车身铅垂方向的夹角，规定车轮顶部向外时为正[4]设左、右轮自转轴线方向的单位矢量分别为 和 ，车身铅垂方向的单位矢量为 ，则：2.2 车轮前束角（Toe Angle）车轮平面与车身水平面有一条交线，这个交线与车身纵向轴线的夹角定义为车轮前束角，车轮前端向内时为正，如上图所示。

设 为左轮自转轴线方向的单位矢量，指向车身外侧，它可以分解为一个铅垂方向分量 和水平方向分量 ，而 沿车轮自转轴线在车身水平面的投影线方向，它与 负向的夹角为左轮前束角，它与 的夹角为车轮外倾角如图所示，令 为左轮前束角，则这里计算前束角和外倾角时都用到了车轮自转轴线方向的单位矢量，这是因为这个单位矢量能够代表车轮平面的方向2.3 角度解算根据上面的说明，无论是对于外倾角计算公式（ ），还是对于前束角计算公式（ ），只需求得向量 ，便能够计算得到外倾角和前束角根据坐标解算结果，得到了A，O点的坐标，故而：代入外倾角、前束角计算公式，便可以得到车轮的外倾角和前束角，车轮滚动角是 自转的角度，故而等于角度编码器值θ13 公式验证为了确保公式的正确性，必须利用相应的动力学模型仿真进行检验根据已有的悬架模型和测量机构catia模型的基础上，搭建了K&C测量机构的ADAMS/VIEW模型[5]，如图5给定一定的试验工况（在此设置为同向轮跳，上下跳动量为70mm）通过仿真输出轮心相对于原点的坐标值、六个角度传感器数值[6]，如图6将得到的6个角度传感器的数值代入公式中，得到轮心坐标相对于原点的坐标值如图7。

将adams输出结果和公式输出结果进行对比，结果如图8、图94 结论前束角、外倾角都是利用测量机构中的坐标点通过计算得到的，通过对比发现，无论是利用仿真模型还是数学公式模型，利用两种方式的坐标点代入相同的外倾角和前束角公式，得到的前束角和外倾角是一致的所以本文的计算公式是正确的，该测量机构可应用于悬架K&C试验台中车轮相应参数的测量参考文献[1] 徐鹏举.悬架K&C特性参数的测试与解算方法研究[D].华中科技大学.2017.[2] 邹璇，李德华.多关节机械臂的坐标模型和参数标定[J].光学精密工程.2001（03）.[3] 江刚武，姜挺，丁静，龚志辉，龚辉.直接利用旋转矩阵进行空间后方交会的原理和方法[J].测绘科学技术学报.2009（01）.[4] 管欣，逄淑一，詹军.悬架K&C特性在底盘性能分析中的研究[J].汽车技术.2010（02）.[5] Hazem Ali Attia. Dynamic modelling of the double wishbone motor- vehicle suspension system[J] 2002，European Journal of Mechanics / A Solids（1）：167-174.[6] 陈辛波，王威，杨阳，刘怡伶，陈稀.硬点可调式悬架垂向加载试验台的分析设计[J].汽车工程. 2017 （06）.汽车实用技术2020年7期汽车实用技术的其它文章车身铝合金零件关键制造技术和应用现状基于机器学习的汽车点焊动态电阻优化控制轻卡车前风窗玻璃装配质量影响因素分析浅析汽车发动机缸体和缸盖柔性机器人清洗机的技术组成及功能分类增材制造技术在汽车维修工具收纳领域的应用新能源汽车结构优化轻量化关键工艺分析 -全文完-。