线控转向 汽车强化试验路面模拟试验台架设计
轿车前桥道路模拟台架疲劳试验设计及应用
轿车前桥道路模拟台架疲劳试验设计及应用韩峰;李国峰;于翠【摘要】This paper based on the vertical force, vertical force, lateral force of automobile front axle head and the hydraulic system (MTS), and one vehicle model in the proving ground of front axle load spectrum to design bench test for fatigue. Road simulation was carried out on the front axle. To reduce the design cost, shorten the design time, produce good economic benefit.%文章基于前桥轴头垂直力、纵向力、侧向力和 MTS 液压系统，以及某车型在试验场实测得到的前桥载荷谱，单纯对前桥进行台架道路模拟耐久试验设计。
降低设计成本，缩短设计周期，产生较好的经济效益。
【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】2页(P116-117)【关键词】道路模拟;载荷谱;迭代;台架试验【作者】韩峰;李国峰;于翠【作者单位】华晨汽车工程研究院，辽宁沈阳 110141;华晨汽车工程研究院，辽宁沈阳 110141;华晨汽车工程研究院，辽宁沈阳 110141【正文语种】中文【中图分类】U467.310.16638/ki.1671-7988.2016.03.039CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)03-116-02 前桥的副车架、三角摇臂、转向横拉杆、稳定杆、摆动支承等各部件都是关键的安全部件，因此对其疲劳可靠性有极高的要求。
汽车动力转向器试验台测试系统设计
数据输出模块：该模块将处理后的数据上传至上位机监测程序，同时将数据 保存至本地数据库以供后续分析。
上位机监测程序：上位机监测程序采用WinCC编写，实现试验过程的实时监 控和数据可视化。程序中包括以下几个功能：
实时监控：通过与PLC通信，实时获取试验台的转速、位置、制动力矩等数 据，并在界面上显示。
数据存储：将获取的数据保存至本地数据库，以便后续分析和调用。
数据分析：通过对历史数据的分析，得出制动器的性能曲线、制动力矩随转 速变化曲线等，为操作人员提供参考。
系统实现
在完成硬件和软件设计后，需要进行系统实现。具体步骤如下：
1、根据设计图纸搭建试验台架，并完成电机、编码器、惯性飞轮等硬件的 安装与调试。
软件设计
汽车制动器惯性试验台的软件部分包括PLC程序和上位机监测程序。
PLC程序：PLC程序采用STEP 7编写，实现试验台的自动化控制。程序中包括 以下几个模块：
数据输入模块：该模块主要用于接收操作人员输入的参数，如试验速度、时 间等。
数据处理模块：该模块根据试验要求，对输入数据进行处理，如计算制动器 的制动力矩、转速等。
传感器选择：选择高精度、高可靠性的传感器，如力矩传感器、角度传感器、 位移传感器等，实现对动力转向器集处理：采用数据采集卡和计算机组成的数据采集处理系统，对传感 器采集的数据进行实时采集、处理、分析，以提高测试效率。
2、软件设计测试软件是整个测试系统的核心，应具有以下功能：
汽车动力转向器试验台测试系统设 计
01 引言
03 系统设计 05 总结与展望
目录
02 需求分析 04 试验验证 06 参考内容
引言
汽车动力转向器是汽车的重要组成部件之一，其性能直接影响着汽车的安全 性和舒适性。因此，对于汽车动力转向器的性能测试和可靠性验证显得尤为重要。 本次演示将介绍一种汽车动力转向器试验台测试系统的设计方法，该系统旨在满 足各种测试需求，提供精确、可靠的测试结果，为汽车动力转向器的研发和生产 提供强有力的支持。
汽车线控转向硬件在环实验台研究现状
汽车线控转向硬件在环实验台研究现状综述摘要：概述了国内外线控转向实验台发展现状，描述了线控转向实验台相关重要组成部分，分析了国内外相关高校的实验台设计方案优缺点，最后简述了本单位自主研发线控转向实验台设计思路及主要功能。
关键词：线控转向；实验台；发展现状；设计方案转向系统作为“人-车”交换界面，其性能好坏直接影响汽车的操纵稳定性、驾驶舒适性及行驶安全性。
线控转向作为转向技术发展的必然阶段，特征表现为：通过电信号传递控制取代了方向盘与转向执行机构间的机械部分，以获得更稳定、更安全、更舒适、更智能的转向系统。
线控转向硬件在环实验台作为介于虚拟软件仿真和实物实验之间的重要实验方式，在获得高仿真度的同时，还可以灵活的进行一些实际中不可能或不易进行的实验，如故障模拟、故障诊断、软件测试及紧急状况处理等。
通过相对更安全的台架实验，可以测试得到线控转向系统的各项参数及主要性能指标，进而对线控转向控制算法进行设计和改进，提高系统可靠性。
线控转向实验台需要满足下述功能：1）SBW系统驾驶员路感特性研究；2）SBW 系统控制策略研究；3）系统中相关电机控制策略及算法验证；4）系统故障诊断策略研究与验证；5）模拟动画实时显示；6）模拟不同工况下的阻力。
线控转向实验台不仅要为线控转向研究提供复杂的模拟、检验、调整以及验证平台，还需为实验人员提供真实的驾驶体验，以实现“人-车-路”的实时闭环仿真平台。
1 国内外现状随着计算机技术的发展，线控转向及线控转向实验台逐渐成为当今汽车行业与科研机构研究的热点。
由于西方国家针对线控转向的理论研究及概念机研发起步较早，故在线控转向实验台的研究领域也较为深入，目前已取得了一定实用性成果。
1.1亚洲各国SBW实验台发展与现状韩国汉阳大学[1]线控转向实验台主要由液压阻力模拟系统、实时控制器、线控转向系统等部件组成。
通过电机实现路感模拟和转向操纵功能；液压系统用来模拟转向阻力；通过信号发生器模拟输入，反映车辆运行状态下的各类信号；利用数字信号处理器处理和分析各种输入信号，对系统进行实时控制；最终通过主控制计算机控制整个系统，分析各种反馈信息及向各驱动器发送执行指令，保证系统正常运行。
多通道汽车转向系统试验台设计及应用
图1 电助力转向系统结构
图3 机械框架调整范围
4 伺服液压缸工作原理
用于伺服测试的液压缸不同于工程机械上所使用的功能缸，
为保证试验精度和测试数据准确，伺服测试设备对液压缸的内部阻
图2 多通道转向系统试验台
图5 喷嘴挡板伺服阀
4.3 伺服液压缸动态性能计算
伺服试验设备的工作情况与一般液压系统不同，经常需要考
虑液压缸的动态性能指标，主要包括液压缸在当前配置状态下所能
达到的最大性能，通常情况下以正弦运动作为基本波形，在此基础
上描述液压缸在不同工作频率下的最大位移、最大速度以及最大加
图4 静压轴承液压缸
图6 液压缸动态性能曲线
图7 三分力传感器安装
根据三分力传感器的安装形式进行夹具设计，由L形盖板、L 形底座、锁母、三分力传感器和预紧螺栓组成（图7）。
L形盖板、锁母和预紧螺栓与传感器形变部分连接，当转向盘激励输入一定扭矩时，转向拉杆（球销）横向带动零件1，并将拉杆力经由三分力传感器测量输出。
在转向系统试验过程中使用三分力传感器，简化了试件安装过程，缩短了试验准备时间，提高了试验效率，同时不必为了安装力传感器而破坏转向拉杆，保证了试件的完整性。
[1]关文达.汽车构造.第四版.北京:机械工业出版社,2016.2.1.
[2]谢文和.传感器及其应用.第一版.北京:高等教育出版社,2006.21-26.。
汽车转向与制动协调控制试验平台设计与验证
汽车转向与制动协调控制试验平台设计与验证张凤娇;汪;项楚勇;邢德鑫【摘要】为了解决现有汽车高速紧急避撞协调控制系统结构复杂,设计成本高,在高速紧急情况的实车避撞试验极其危险等问题,设计了一种基于LabVIEW上位机和飞思卡尔单片机为控制器的下位机的协调控制硬件在环仿真试验系统.该系统包括车辆状态检测和控制界面,制动和转向执行机构主控芯片为MC9S12DP512.控制界面和执行机构通讯采用基于ZigBee协议的无线通讯模块,模块主控芯片为CC2530.上位机界面设定高速公路路况信息通过无线模块将信息传给下位机执行转向或制动操纵,验证紧急避撞控制的有效性.实验结果表明,该系统大大降低了实车试验成本和危险性,能较好的检测控制策略的有效性.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2018(040)004【总页数】5页(P27-30,49)【关键词】制动与转向;协调控制试验;MC9S12DP512;CC2530;硬件在环仿真平台【作者】张凤娇;汪;项楚勇;邢德鑫【作者单位】南京航空航天大学能源与动力学院,南京210016;常州工学院,常州213002;南京航空航天大学能源与动力学院,南京210016;南京航空航天大学能源与动力学院,南京210016;南京航空航天大学能源与动力学院,南京210016【正文语种】中文【中图分类】TU460 引言我国高速公路的安全性比美国、日本和欧盟各国要差，每100km高速公路死亡人数来看，我国比美国和欧盟各国多9人以上，比日本多13人[1]。
高速公路上单车事故在事故总数中占的比用很大。
据日本对高速公路事故的系计，车对车的碰撞事故约占事故总数的51.2%，车辆单独发生的事故约占47.8%，有1%属其他类型的事故[2]。
因此高速单车紧急避撞的主动安全系系研制极其迫切，然而目前并没有一种成本低廉危险系数低的适合高校做协调避撞研究的试验平台。
为此，本文以车辆动力学调论为指导，利用工业“V”形开发模式设计汽车避撞协调控制半物调仿真试验平台。
轿车副车架道路模拟试验台架优化设计及应用_陈栋华
W 3= 26 , W 4 二 4 4 ; 考虑 到车身
2 "{!一 6 3
( No g ) A尸 A 技 术 与 应 用 5汽 车 与 配 件 6
的有 限元模型 , 边界条件设置 如
下 : 约 束4 个 立柱 的上端 点 , 在
W 3= W 4 = 44 " 分析 副车架应力结
果发现 , 其在优化后的试验台上的
三 角摇 臂与转 向节 的连接点处施 加Z O k N 的纵 向力 , 如图5 所示 "
需要说 明的是 , 在有 限元模型 中
应力分布与其安装在车身上的应力 分布高度一致 ; 其中2 1 个关键单元 的应力值绝对值也与车身上的高度 一致 , 两者的相对误差都在1 0 %之
接刚度 "本文借助于有限元软件,
通过优化台架立柱的截面尺寸使副 车架在试验台上的应力分布与车身 上的应力分布保持一致 , 从而实现 试验台架刚度与车身刚度的一致 "
首先计算副车架在车身上的应
力分布 " 将副车架和车身的有限元 模型安装在一起如图3所示 , 固定车 身上4 个塔形支撑 , 在三角摇臂与 转向节的连接点处施加ZO kN 的纵向
架道路模拟试验台设计优化的技术
方 法流程 " 此 方法也 可进 ( 单位
为m m , 下同), H Z =35 , H 3= 24 ,
H 4 = 2 7 , W l= 3 7 , W Z = 23 ,
应用到汽车几乎所有零部件道路模 拟试验台夹具的设计 中去 , 因此具 有较高的工程应用价值 " AP A
内, 具体 如 图6所 示 "
等 , 获得台架模拟的目标信号; 3 构建试验台架系统 , 获取试验系统
汽车转向器测试台架的加载系统设计
AUTOMOBILE DESIGN I汽车设计汽车转向器臓台架的加栽系统设计王仁全重庆凱瑞汽车试验设备开发有限公司重庆市401122摘要：随着汽车安全性及舒适性要求的不断提高，对汽车转向系统的评价也越来越重要。
而汽车转向系统空间受力 情况复杂，普通试验台架的低频、定向、定栽的测试方法已不能满足试验要求，台架测试评价结果与实车表 现结果相差较大。
本文从汽车转向系统的测试评价方法入手，以相关行业及企业测试标准为依据，对试验台 架中的加载系统进行设计，使之能够模拟转向器实车状态栽荷，为产品性能改进及研发提供重要依据。
关键词：汽车转向器；试验台架；加载系统1引言我国汽车工业发展迅速，对转向器的性 能及可靠性要求也越来越髙。
由于整车道路 测试具有局限性，成本髙，且效率低下，因此，采用整车模拟形式的台架测试更具有实 际意义。
随着汽车安全性要求的提髙，对转 向器台架测试的要求也越来越严格。
相关转 向器生产厂家已经越来越不满足于国家测试 标准，开始提出自主测试的企业标准。
从 而，传统的转向器台架测试中低频加载、定 向加载、定载荷加载的方法已经不能满足试 验要求。
本文对转向器台架测试中加载系统进行 设计，使之能够实现髙频加载、被动加载、叠加加载等髙级加载功能。
并通过循环球动 力转向器可靠性试验，验证加载系统功能。
2汽车转向器汽车转向器的作用是把来自转向盘的转 向力矩和转向角进行适当的变换（主要是减 速增矩），再输出给转向拉杆机构，从而使 汽车转向，所以转向器本质上就是威速传动 装置。
转向器有多种类型，其中最常见的为 齿轮齿条式与循3齿轮齿条式转向器加载系统的设计对于齿轮齿条式转向器，其工作状态如图1所示。
转向器能过左右横拉杆，拉动梯形臂，使车轮转向。
为了匹配实车工作状态，齿轮齿条式转向器的加载应采用旋转加载方法，并在左右拉杆上安装力传感器或贴应变片。
图1齿轮齿条式转向I I工作状态旋转加载机械结构如图2所示。
它是由角度传感器、伺服摆动马达、传动轴、横臂、伺服直线升降机构、直线导轨等组成。
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第24卷第6期Vol 124,No 16西华大学学报#自然科学版Journal of Xihua University #Natural Science2005年11月Nov 12005文章编号:1673-159X(2005)05-0001-05收稿日期:2005-07-25基金项目:四川省汽车工程重点实验室资助项目(Z01335);绵阳经开区孵化器资助项目(Z05203012)。
作者简介:孙仁云(1965-),男,四川省开江县人,西华大学交通与汽车工程学院教授,在读博士,主要从事汽车性能测试和汽车电子控制技术等方面的研究。
汽车强化试验路面模拟试验台架设计孙仁云1,徐延海1,李平飞1,高建荣2(1.西华大学交通与汽车工程学院,四川成都610039;2.成都四威电子股份有限公司,四川成都610091)摘 要:现代室内整车道路模拟试验方法及设备日趋完善,各种汽车模拟试验台能够方便、快捷、安全地检测汽车相关性能指标。
针对现有道路模拟系统试验台的不足,提出了一种基于滚筒、液压控制系统和相关机构等构成的能够模拟车辆强化试验路面的试验台,对该试验台台架的结构和试验适应性进行了分析,设计了试验台架,阐述了设计方法和重要参数计算方法。
该试验台能够模拟车辆强化试验的碎石路、搓板路及扭曲路面,且试验过程中安全、操作方便、自动化程度较高,适应性强,进一步开发可生产出产品。
关键词:汽车试验;路面模拟;试验台架 中图分类号:U 46113;U 463152文献标识码:ADesign of Simulating Test Bench for Motor Vehicles onS trengthened Test PavementS UN Ren -yun,X U Yan -hai ,LI Ping -f ei ,GA O Jian -rong(1.S chool of T ransportation and Automobile Engineering,Xihua University,Chengdu 610039China;2.Chengdu Siw ei Electronic Co.Ltd.Chengdu 610091China)Abstract:The method and equipment of the simulating road test for motor vehicles in modern laboratory are more perfect day by day.Every simulating road test bed of a motor vehicle can examine the relev ant performance figures of the motor conveniently,rapidly as w ell as safely.Aiming at theshortages of those ex isting simulating road test beds,a test bed of motor vehicles for simulating the strengthened test pavement is brought forw ard,w hich consists of the rollers and the hydraulic pressure system and the relative mechanisms and so on.T he structure of the test bench and the test adaptability are analyzed,and the test bench is designed,and its design method and a calculation technique of those key parameters are expounded.This test bed can simulate a m acadam pavement,a w ashboard pavement and a torture pavement to fulfill a strengthened test of an automobile,and there are better performances in security and operational facility and automaticity and test adaptability.The product for a practical test system w ith the application of the system can be further developed.Key words:motor vehicle test;test pavement simulating;test bench0 引言汽车道路试验虽能全面地反映汽车的性能,但需要特定的场地,且颇费时间和财力,因此,上个世纪60年代发展了一种在室内对整车进行道路模拟试验,此方法及设备随着现代随机理论、控制技术及计算机技术的迅速发展,日趋完善,如模拟汽车行驶过程中路面不平度、转向、制动、环境影响以及研究悬架特性的道路模拟系统等等,各种模拟试验台不断研制出来,并投入实际应用[1-5]。
根据道路模拟系统对被试验车辆的输入结构形式,试验台主要有轮耦合和轴耦合两大类。
使用比较普遍的平面钢带的垂直激振模拟系统,即轮耦合的模拟试验系统;对汽车车轮轴头施加三个方向的载荷,即轴耦合的模拟试验系统[1]。
这些模拟系统试验功能比较强,模拟试验与真实试验比较接近,比较适合用于新开发的车型和汽车性能试验研究的模拟试验,但存在安装不方便、对被试验车的安装时间长、成本高等问题。
本文作者提出一种使用滚筒(不是平台)、液压控制系统及相关机构等,来实现模拟汽车强化试验路面的试验台,并进行台架结构设计与分析。
1 试验台功能设计设计的路面模拟试验台能够满足如下的功能要求[1]。
(1)适用于被试验车辆的轮距、轴距、载荷等参数要求;(2)模拟的碎石路面比较均匀,碎石高度在15~25mm 范围内可调整;(3)被试验车辆的行驶速度在设计范围内(0~40km /h)可以调整;(4)扭曲路面的扭曲高度在设计范围内(80~100mm )可以调整;(5)搓板路的波距在500~800mm 范围内,波高在25~500m m 可以调整(如图1所示);(6)要求平均连续无故障工作时间;(7)控制参数可根据被试验车辆的要求在控制中心计算机上修改和调整,控制软件操作简单、美观;(8)试验中应保障人员、车辆和设备的安全。
图1 汽车试验场搓板路面照片2 试验台架设计与分析211 重要参数计算21111 滚筒直径d设搓板路的波距为L w ,在滚筒外园上布置/凸缘0的个数为p ,使用双滚筒,只在主动滚筒上布置/凸缘0,则滚筒的基本直径计算如下:d =p L w /P(1)对于模拟比较均匀的碎石路的石子距滚筒基本表面平均高度取20mm,在滚筒的外圆上均匀布置。
在滚筒上安装相应的/凸缘0和多个高度为15~25mm 的/碎石0,滚筒的等效直径变大了,取其/碎石0的平均高度20m m 的一半作为滚筒由于/凸缘0和/碎石0而增加的半径,因此,滚筒的等效平均直径d s 为:d s =d +20(2)根据滚筒等效直径,使用下式校核模拟搓板路的/凸缘0波距,应在500~800mm 范围内。
L w =P d s /p(3)21112 滚筒长度l根据被试验车辆的轮距数据,计算滚筒的最小长度公式如下:l m in =B m ax -B m in2+w max +D mi n (4)式中,l m i n :滚筒的最小长度(mm);B min :被试车辆最小轮距(m m );B m ax :被试车辆最大轮距(m m );w max :被试验车辆中的最宽车辆轮胎宽度值(mm );D m i n :最宽轮胎的被试车辆在试验台上,轮胎两侧的滚筒剩余空长度之和(m m);试验台架可以适应多种被试验车型的轮距,且有一定的余量。
21113 台架左右滚筒内边之间的距离B i为了在试验台架中间布置一定的装备或零部件,需要计算台架左右滚筒内边之间的距离B i ,其计算公式如式(5)所示。
B i =B m i n -w max -D min(5)图2 车轮在滚筒上的安装位置图21114 滚筒安装中心距离、安置角和产生的附着系数如图2所示,根据被试验车型参数,设计滚筒安装中心距L c 、车轮安置角A 和产生的附着系数U ,计算公式如式(6)、(7)、(8)所示。
L c =(D +d )sin A (6) A =sin -1(L c D +d)(7) U [tg A(8)2西华大学学报#自然科学版2005年表1 滚筒安装中心距离、安置角和附着系数车 型轮胎自由直径D F (m m)轮胎工作半径r r (mm )滚筒安装中心距(mm )安置角A (b )可产生的附着系数砾石路面平均附着系数参考范围NJ 2045839194071768036105017280155~016E Q 2082E 6D 9321184521568033111016520155~016EQ 210210471755081668030107015790155~016SX 2150K10691345191168029156015670155~016式中,D :车论工作直径(mm );d :滚筒直径(mm)。
根据式(6)、(7)、(8)计算出滚筒安装中心距离、安置角和附着系数。
同时,应考虑砾石路面平均附着系数参考范围0155~016,滚筒与车轮之间可产生的附着系数应该大于其最低值,以此确定一对滚筒安装的中心距。
要求可产生的附着系数必须适应各种被试验车型附着系数的要求,保证车轮在运转过程中不会离开两个滚筒之中前面一个滚筒的表面。
以EQ2082E6D 、EQ2102、SX2150K 、NJ2045几种车型为例,对滚筒安装中心距离、安置角和附着系数三参数的计算结果如表1所示。
车轮滚动(工作)半径r r 计算公式如下[2]:r r =FD F 2P(9)式中,F :计算常数,子午线轮庭G =3105。
21115 试验台架中,支撑前、后车轮之间滚筒的调整距离范围根据被试验车型的轴距,一般采用移动前、后台架之一,以满足被试验车辆的轴距要求。
调整方法为:一个台架固定在基座上,可调整的台架在基座上前后移动。
设计可调整长度计算如下:L a =L max -L m i n(10)式中,L a :前后台架可调整的长度(mm);L max :被试车辆最长轴距(mm );L min :被试车辆最短轴距(mm)。