道路模擬試驗在駕駛室開發中的應用

摘要：結合實際開發需要，使用遠程參數控制技術在試驗室實現了駕駛室的道路模擬試驗，快速驗證了改進前后的駕駛室耐久壽命，縮短了試驗周期，降低了試驗費用，提高了產品開發的成功率。

關鍵詞：道路模擬試驗；汽車；駕駛室

中圖分類號：U467.1+3 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2550（2012）01-0037-03

The Application of Road Simulation Test in Cab Development

LI Ying-hao，LIAO Cai-chu，XIE Wan-chun

（Dongfeng Commercial Vehicle Technical Center of DFL，Shiyan Hubei 442001，China）

Abstract：With the actual development needs，it uses the technology of RPC in the laboratory to achieve the cab road simulation test，verified the durability life of the original cab and improved cab rapidly. Shorten the test cycle and reduced test costs and improved product development success rates.

Key words：road simulation test；vehicle；cab

利用室內道路模擬試驗系統進行可靠性試驗，已被國際上的汽車企業廣泛采用，成為在汽車設計開發中的重要手段。在開發的早期階段，可以在試驗室內對新設計的總成部件在試驗臺上進行模擬真實道路的試驗，對其可靠性做出合理、真實的評價，為設計提供驗證手段和參考依據。由于這樣的試驗無需使用整車，縮短了開發周期，降低了開發成本。

本文以某車型的駕駛室為研究對象，該駕駛室在試車場道路試驗中前圍板發生開裂，根據該情況，對試車場的可靠性試驗路面進行道路數據測試。在道路模擬試驗臺上，采用遠程參數控制技術重現了駕駛室在道路上的振動特性，在試驗室內進行駕駛室道路模擬試驗。最后，通過對試驗結果的分析，確定駕駛室改進前后的耐久壽命，從而為駕駛室的設計和改進提供驗證手段和參考依據，并為類似的其他應用提供研究思路。

1 數據采集

采集道路數據是整個道路模擬試驗中最重要的一步。根據模擬試驗的需要選擇傳感器的類型、布置方位，并做詳細的定義。根據道路模擬試驗臺的特點，選擇加速度信號作為迭代信號，應變信號作為監測信號。根據道路試驗的情況，選擇試車場強化道路作為室內模擬試驗信號采集道路。

2 試驗室道路模擬試驗

2.1 道路模擬試驗臺介紹

汽車在行駛過程中，駕駛室的運動狀態很復雜，有7個自由度的運動。為了在室內模擬駕駛室在行駛過程中的實際工況，再現7個自由度的運動，室內道路模擬試驗臺是實現駕駛室道路模擬試驗必不可少的試驗設備之一。

道路模擬試驗臺由液壓系統、計算機控制系統和機械系統所組成，使用遠程控制軟件RPC來實現道路模擬試驗系統的試驗控制。道路模擬試驗臺通過控制器與RPC軟件相結合，控制7個液壓作動器的動作來實現垂直、側向、縱向、前后顛簸、左右擺動、側向擺動、扭轉共7個自由度的運動，進行室內道路模擬試驗。

2.2 臺架固定方式

室內道路模擬試驗需要將駕駛室按照實車狀態安裝在車架上，再通過夾具把道路模擬試驗臺的作動器聯接到車架上。試驗前按照人體重量在駕駛室座椅上配重，試驗臺架如圖1所示。

2.3 數據分析及編輯

將采集的試車場各種路面道路載荷數據作為樣本。首先檢查數據的時間歷程曲線有無異常，再分別在頻域和時域進行統計值檢查，確認信號完好。選擇其中一次測量信號，對其進行濾波，根據信號的自功率譜分析和臺架實際的能力，選擇合適的帶通濾波器進行濾波，再將不產生疲勞損傷的信號剪裁掉，從而得到迭代需要的期望信號。

2.4 系統建模

系統建模即求解試驗系統的頻響函數FRF。通過遠程參數控制軟件RPC在道路模擬試驗臺上進行系統頻響函數測試，根據期望信號和頻響函數計算原始驅動信號。將被試駕駛室、傳感器、作動器等定義為同一系統，求解這一系統的頻響函數。在RPC軟件中自定義一個白噪音信號X（f）輸入該系統，由安裝在系統中的加速度傳感器回收輸出信號Y（f），求解系統的頻響函數即：

H（f）=Y（f）·X-1（f）（1）

分析并確認系統的頻響函數滿足要求。

臺架安裝好并連接好傳感器后，先調節系統的PID參數以滿足控制要求，然后輸入白噪聲求系統的頻響函數。本次試驗中頻響函數曲線如圖2所示。

2.5 迭代

用編輯好的目標響應函數Y0（f）和求得的系統逆函數矩陣H-1（f），根據公式：

X（f）=H-1（f）·Y（f）（2）

計算首次驅動信號X1（f），用X1（f）激勵系統，通過傳感器回收響應信號Y1（f），將Y1（f）與Y0（f）進行比較獲得誤差信號?駐Y（f）。將誤差信號與系統逆函數矩陣H-1（f）進行迭代獲得校正信號：

?駐X（f）=H-1（f）·?駐Y（f）（3）

校正信號?駐X（f）與驅動信號X1（f）相加得到第二次驅動信號X2（f）。重復上述步驟，直到響應信號Yn（f）與期望信號Y（f）的誤差可以接受為止，通常需要迭代7～12次，這取決于系統的線性程度。

選擇好迭代需要的期望信號進行迭代，直到滿足需要的精度，本次迭代過程反饋信號與期望信號的均方根誤差如圖3所示。重復迭代，將耐久試驗需要的道路數據全部迭代完畢，得到各種路面的驅動信號。

2.6 耐久試驗

將試車場中各種路面的驅動信號按照耐久試驗的要求進行組合，作為該駕駛室道路模擬試驗的加載譜。以該加載譜驅動試驗系統進行耐久試驗，直到完成規定的試驗循環次數。

分別對改進前后的駕駛室在道路模擬試驗臺上進行道路模擬耐久試驗，得到試驗結果。改進前的駕駛室在試驗中前圍板左側與前懸架螺栓連接處出現明顯裂紋，開裂情況與試車場可靠性道路試驗后的結果一致。改進后的駕駛室在道路模擬試驗中完成了規定的循環次數后，駕駛室未發現損壞情況。

3 結語

根據試驗結果，可以得出以下結論：利用遠程參數控制技術選擇全裝備駕駛室的加速度信號作為控制目標，迭代能夠收斂，且得到的加載譜在控制關鍵點的信號時，其頻域、時域的統計特征值與實際路面載荷譜基本一致，并能保證迭代精度。

對于駕駛室而言，由于其結構復雜，在試驗臺上進行道路載荷的真實模擬比較困難。通過遠程參數控制在道路模擬試驗臺上實現全裝備駕駛室室內道路模擬的試驗技術，能夠精確快速地模擬駕駛室在道路上的振動特性，且與實際道路可靠性試驗的結果一致，為駕駛室的設計和改進提供了驗證手段和參考依據，縮短了試驗周期、降低了試驗費用，并為其他系統及總成部件臺架試驗提供了一種研究思路。

參考文獻：

［1］ 馬浩松. 汽車座椅六通道道路模擬試驗的研究［J］.上海汽車，2010，（4），8-12.

［2］ 周 煒，金鋒.轎車車身強度道路模擬試驗研究［J］.上海汽車，2006，（3），32-35.