轮胎耦合道路模拟试验台及其波形再现的研究

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1、轮胎耦合道路模拟试验台及其波形再现的研究摘要：道路模拟试验台是进行整车及其零部件耐久性试验的关键设备之一。本文论述了道路模拟试验台的组成及功能，分析了波形再现需要注意的问题并阐述了目前的解决方法。关键词：道路模拟试验台耐久性波形再现Abstract:Roadsimulatorisoneofthekeyequipmentofthevehicleandpartsdurabilitytest.Thispaperdiscussesthecompositionandfunctionofroadsimulatorandanalysistheimportantproblemsand

2、expoundsthecurrentsolutionofwaveformreproduction.Keywords:roadsimulatordurabilitywaveformreproduction0引言在当今汽车工业的快速发展下，各个汽车厂商需要建立、完善自身的设计、开发和测试机制，确保在有质量保证的前提下快速、高效研发出新型车型及汽车零部件。根据国外统计，约有80%以上的机械零件的破坏为疲劳破坏⑴。因此，耐久性试验是汽车开发中的一个重要环节。采用室内道路模拟技术，能够在大幅减少人力物力投入的情况下高效、高精度在室内模拟汽车在行驶中受到的路面激励。与道路试验相比

3、，道路模拟耐久性试验可以避免驾驶员在测试中的操作失误所带来的误差，并消除恶劣天气、车辆作用、路面维修及某些非测试零部件损坏所导致的试验周期的延长⑵。我国自主研发室内道路模拟试验台起步较晚，1991年中国汽车工业总公司下达的“三维电液伺服道路系统研制”课题，由中国汽车技术中心和长春汽车研究所负责，研制了具有大推力、长行程、快速反应的电液伺服系统，并开发了模拟软件；清华大学汽车工程系管迪华教授等人对用于车轴等零件的疲劳试验台进行研制，完成道路模拟试验系统硬件和软件的国产化⑶4］。武汉理工大学也完成了汽车及其零部件电液伺服道路模拟振动台控制算法的研发工作，提出采用参数模型法

4、进行在线辨识，基于学习的时域在线迭代控制算法⑸6〕。西安交通大学对路面不平度的统计特性及适合道路模拟试验的统一数学模型、基于路面谱再现的随机振动电液伺服系统设计及分析、在电液振动台上实现功率谱再现控制及工程实现等问题进行了理论分析及实验研究⑺。同济大学和上海大众合作实现对车辆关键部件和子系统疲劳加速试验，提出了中国典型地区、试车场道路之间的载荷谱当量关系，准确预测轿车后桥疲劳寿命⑻。哈尔滨工业大学电液伺服仿真所自行设计了多台多通道轮耦合道路模拟台，并以快速控制原型技术设计控制系统软件⑼。本文将详细介绍道路模拟试验台的总体设计及其技术原理。1道路模拟试验系统功能及组成道

5、路模拟试验系统是集计算机、机械、液压、电子、信号处理和控制理论等学科为一体的综合试验台架，用来完全或局部模拟整车道路行驶时的振动环境，模拟汽车在不同路面条件下的行驶状况，能够进行整车、车厢、车架及车载设备等耐久性试验；进行车厢、机架及车载设备的动态响应（加速度、应变等）测试〔1°］。道路模拟试验台由机械系统、液压系统、控制系统组成，具体组成如下：1、机械系统：包括牵引装置、承载平台和横向约束装置以及基础件等组成。2、液压系统：液压系统主要包括作动器和液压源两部分。液压源由液压泵站、冷却系统和管路系统组成，为试验台系统提供液压能源，由液压阀、传感器和预载装置等构成的作动

6、器实现对车辆的加载。3、控制系统：控制系统从功能上分为伺服控制系统和振动控制系统两部分。其中伺服控制系统主要实现道路模拟试验台的数字闭环控制、系统的状态显示和液压源的远程自动控制o主要包括三个单元，分别为：1）监控与管理单元，作为上位机以太网与震动控制系统和伺服控制单元通讯，实现数据交换和信号输入输出，通过与PLC液圧源现场控制单元通讯，实现液压源的管理与远程自动控制，并实现系统的状态显示、记录与输出功能；2）伺服控制单元，实现振动试验系统的预载作动器的数字闭环控制和故障诊断与保护；3）PLC液压源控制单元，完成液压源启停逻辑控制和状态检测。振动控制系统为控制软件系统

7、，实现对车辆振动控制和路谱再现。振动控制系统还应包括数据采集功能，以实现载荷、应力、位移和加速度等信号的米集、存储和显示等。2道路模拟试验台测控系统原理室内道路模拟试验的难点在于如何在试验室环境内再现整车行驶于用户道路或试验场道路时所承受的载荷。只有具有高精度、高真实度的路面载荷谱再现才会使得室内道路模拟试验具有意义。因此，使系统的实际输出加载与理想的目标加载高度一致就变得十分重要。1977年美国MTS系统公司推出了RPC(RemoteParameterControl)软件;1979年德国SCHENCK公司推出了ITFC(IterativeTrans