一种车辆稳定性实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种车辆稳定性实验装置，包括：道路模拟系统，道路模拟系统主要由皮带、滚筒和直流电机等部件组成；所述实验装置还包括：车辆模型，车辆模型为与实际车辆结构相似的缩比模型，具体的类型包括：汽车模型、列车模型、摩托车模型和飞行器模型等；所述实验装置还包括：数据采集系统，在实验平台尾端布置有拉力传感器及信号放大器，拉力传感器通过细牵引绳和车辆模型相连，外部连接的上位机通过数据采集卡采集到车辆模型的拉力数据；固定在支架上的网格激光器测量车辆模型的实时横向位移和姿态。本发明专利技术能够对各种车辆模型进行稳定性实验，为车辆失稳现象和失稳机理的研究提供基础条件，适用面广，具有可行性。

【技术实现步骤摘要】
一种车辆稳定性实验装置
本专利技术涉及运输工具地面动力学实验领域，尤其涉及一种车辆稳定性实验装置。
技术介绍
随着车辆运行速度的提高，对车辆动力学的研究显得极为重要。车辆失稳不仅会影响乘坐的舒适度，还可能导致车毁人亡的严重后果。因此，车辆稳定性作为车辆动力性能的最基本的指标之一，是车辆动力学研究首要考虑的问题。车辆失稳临界速度以及失稳机理，是车辆稳定性研究的主要内容，前者决定车辆的最高容许速度，后者则对失稳控制与预防有重要的指导作用。由于实际车辆的失稳临界速度往往很大，要想通过实车实验来得到所需的结果，可能会给实验装置和实验设备带来无法弥补的损失，并有可能造成非常严重的后果。因此，实车失稳实验还极其少见。然而，要弄清其失稳机理，就需要获得失稳后车辆行为数据并进行分析。因此，迫切需要能用于研究车辆失稳及失稳后行为的实验装置，为控制和预防车辆失稳，提高车辆的失稳临界速度，提供理论支撑和技术指导。为降低车辆失稳实验危害，控制实验研究成本，开发基于车辆缩比模型的车辆稳定性实验装置是一种可行技术方案。这种实验装置的建立，不仅能为车辆失稳现象和失稳机理的研究提供基础条件，还可为后续实车失稳实验装置开发及实验方案的制定积累宝贵经验。
技术实现思路
本专利技术提供了一种车辆稳定性实验装置，能用于车辆的失稳临界速度、失稳类型研究和车辆失稳现象的演示，有助于揭示车辆失稳的动力学机理，详见下文描述：一种车辆稳定性实验装置，包括：道路模拟系统道路模拟系统主要由皮带、滚筒和直流电机组成，其中皮带套在前后两端的滚筒上，前端滚筒通过传送带和直流电机连接，所述直流电机通过导线和电机控制器相连；所述电机控制器通过导线与PLC模块相连接，PLC模块又与速度显示模块相连接，速度显示模块显示当前的皮带速度；进一步地，所述PLC模块为三菱PLC模块。所述实验装置还包括：车辆模型；车辆模型为与实际车辆结构相似的缩比模型，具体的类型包括：汽车模型、列车模型、摩托车模型和飞行器模型等。所述实验装置还包括：数据采集系统；在实验平台尾端布置有拉力传感器及信号放大器，拉力传感器通过细牵引绳和车辆模型相连以实时采集拉力信号，信号放大器放大信号，外部连接的上位机通过数据采集卡采集到车辆模型的拉力数据；固定在支架上的激光器用以测量车辆模型的实时横向位移和姿态。进一步地，所述激光器为网格激光器；本专利技术提供的技术方案的有益效果是：1、利用PLC技术开发了实验平台的电机控制系统，能够实现车辆模型的加速、减速、匀速行驶；2、通过道路模拟系统的设计来模拟车辆的真实行驶场景，使用不同材料的皮带能够在一定程度上模拟不同的路况；3、由牵引绳产生的横向回复力可模拟实际汽车驾驶员的行为，以研究失稳临界速度和驾驶员行为之间的关系；4、利用网格激光器投射的网格，结合图像处理技术能得到车辆稳定性研究中所需要的实时横向位移和姿态等数据；5、拉力传感器能够有效地采集到车辆稳定性研究所需要的拉力数据。附图说明图1为车辆稳定性实验装置的总体结构图；图2是汽车模型激光网格运动测量的示意图；图3是列车模型激光网格运动测量的示意图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1：皮带；2：直流电机；3：PLC模块；4：速度显示模块；5：电机控制器；6：前端滚筒；7：摄像机；8：网格激光器；9：激光器支架；10：支撑台；11：拉力传感器及信号放大器；12：后端滚筒；13：牵引绳；14：车辆模型。其中，上述器件1-13共同组成了本实验装置。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术实施例设计的实验装置需要实现的功能如下：1)皮带1的速度可调，能满足车辆模型14的各种速度要求；2)以网格激光器为核心的数据采集系统能够有效地获取车辆模型的实时横向位移、姿态和拉力等数据；实施例1参见图1，车辆稳定性实验装置包括：皮带1、直流电机2、PLC模块3(例如：三菱PLC模块)、速度显示模块4、电机控制器5、前端滚筒6、摄像机7、网格激光器8、激光器支架9、支撑台10、拉力传感器及信号放大器11、后端滚筒12、牵引绳13以及车辆模型14。其中，上述的器件1-13组合在一起构成了实验平台。其中，直流电机2固定在支撑台10上，支撑台10的前后两端分别安装一个滚筒(即前端滚筒6和后端滚筒12)，皮带1套在前后两端的滚筒上，前端滚筒6通过传送带和直流电机2连接，直流电机2通过导线和电机控制器5相连，PLC模块3与速度显示模块4、以及电机控制器5均通过导线相连接。其中，PLC模块4为整个实验平台的控制核心；速度显示模块4显示当前的皮带速度。进一步地，拉力传感器及信号放大器11，用于采集单片机车辆模型的拉力数据，网格激光器8用于测量车辆模型的实时横向位移、姿态等数据。综上所述，本专利技术实施例设计的车辆稳定性实验装置，为控制和预防车辆失稳、提高车辆的失稳临界速度，提供了理论支撑和技术指导，降低了对车辆失稳临界速度进行实验研究的各方面成本。实施例2下面对实施例1中的方案在汽车场景下进行进一步地介绍，详见下文描述：参见图1，打开实验平台电源，三菱PLC模块3运行PLC程序，经过A/D转换输出电压信号给电机控制器5，同时将速度值显示在速度显示模块4上，此时实验平台的直流电机2启动，皮带1开始运转。工作过程中，网格激光器8会向实验平台(由器件1-13构成)投射一定面积的网格线，如图2所示，测量出各个网格的具体尺寸和总的投射面积，并在车辆模型上进行标记，摄像机对实验平台进行拍摄，利用图像处理技术，就可以得到车辆模型的实时横向位移和姿态。同时拉力传感器及信号放大器11实时采集拉力信号并放大拉力信号，外部连接的上位机通过数据采集卡(也外部连接)采集到上述拉力数据。通过改变与汽车模型14连接的牵引绳长度，再重复以上过程，即可获取不同绳长情况下的拉力数据。完成实验数据的采集之后，对实验数据进行后续处理，结合汽车模型的横向侧偏角度和拉力数据，即可计算出其牵引力和横向侧偏力，根据已有的数据绘制出车辆的横向位移随车速变化的曲线，该曲线不仅可以确定车辆的失稳临界速度，还可以确定该车辆系统的失稳类型。实施例3下面对实施例1中的方案在列车场景下进行进一步地介绍，详见下文描述：参见图1，打开实验平台电源，三菱PLC模块3运行PLC程序，经过A/D转换输出电压信号给电机控制器5，同时将速度值显示在速度显示模块4上，此时实验平台的直流电机2启动，皮带1开始运转。工作过程中，网格激光器8会向实验平台(由器件1-13构成)投射一定面积的网格线，如图3所示，测量出各个网格的具体尺寸和总的投射面积，并在列车模型的每一节车厢上进行标记，摄像机对实验平台进行拍摄，利用图像处理技术，就可以得到列车模型的实时横向位移和姿态。同时拉力传感器及信号放大器11实时采集拉力信号并放大拉力信号，外部连接的上位机通过数据采集卡(也外部连接)采集到上述拉力数据。通过改变与列车模型14连接的牵引绳长度，再重复以上过程，即可获取不同绳长情况下的拉力数据。完成实验数据的采集之后，对实验数据进行后续处理，根据已有的数据绘制出列车模型的横向位移随车速变化的曲线，该曲线不仅可以确定车辆的失稳临界速度，还可以确定该列车系统的失稳类型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车辆稳定性实验装置，包括：道路模拟系统，其特征在于，道路模拟系统主要由皮带、滚筒和直流电机组成，其中皮带套在前后两端的滚筒上，前端滚筒通过传送带和直流电机连接，所述直流电机通过导线和电机控制器相连接；所述电机控制器通过导线与PLC模块相连接，PLC模块又与速度显示模块相连接，速度显示模块用于显示当前的皮带速度；所述实验装置还包括：车辆模型；车辆模型为与实际车辆结构相似的缩比模型，具体的类型包括：汽车模型、列车模型、摩托车模型和飞行器模型；所述实验装置还包括：数据采集系统；在实验平台尾端布置有拉力传感器及信号放大器，拉力传感器通过细牵引绳和车辆模型相连以实时采集拉力信号，信号放大器放大信号，外部连接的上位机通过数据采集卡采集到车辆模型的拉力数据；固定在支架上的激光器用以测量车辆模型的实时横向位移和姿态。

【技术特征摘要】
1.一种车辆稳定性实验装置，包括：道路模拟系统，其特征在于，道路模拟系统主要由皮带、滚筒和直流电机组成，其中皮带套在前后两端的滚筒上，前端滚筒通过传送带和直流电机连接，所述直流电机通过导线和电机控制器相连接；所述电机控制器通过导线与PLC模块相连接，PLC模块又与速度显示模块相连接，速度显示模块用于显示当前的皮带速度；所述实验装置还包括：车辆模型；车辆模型为与实际车辆结构相似的缩比模型，具体的类型包括：汽车模型、列车模型、摩托车模型和飞行器模型；所述实验装置还包括：数据采集系统；在实验平台尾端布置有拉力传感器及信号放大器，拉力传感器通过细牵引绳和车辆模型相连以实时采集拉力信号，信号放大器放大信号，外部连接的上位机通过数据采集卡采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志强，张慧跃，段绪星，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12