應(yīng)用于四通道輪胎耦合道路模擬試驗(yàn)的汽車部件控制系統(tǒng)研究

謝洋 任浩源 景晶 顧尚安 朱敏杰 周勇

【摘? 要】目前的四通道輪胎耦合道路模擬試驗(yàn)系統(tǒng)常用于針對(duì)車輛的耐久性、平順性以及NVH性能進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)。文章研究一種應(yīng)用于四通道輪胎耦合道路模擬試驗(yàn)的汽車部件控制系統(tǒng)，可以在輔助四通道輪胎耦合道路模擬試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行相應(yīng)需求的零部件狀態(tài)控制，模擬更為真實(shí)的駕駛狀態(tài)，也可以在試驗(yàn)中及試驗(yàn)后進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和故障診斷，能為客戶提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

【關(guān)鍵詞】通道輪胎耦合道路模擬試驗(yàn);汽車部件控制系統(tǒng);零部件狀態(tài)控制;數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：U463.6? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）05-0070-03

Research on Automotive Component Control System Applied to

Four Channel Tire Coupling Road Simulation Test

XIE Yang，REN Haoyuan，JING Jing，GU Shang'an，ZHU Minjie，ZHOU Yong

（Shanghai Motor Vehicle Inspection Certification & Tech Innovation Center Co.，LTD，Shanghai 201805，China）

【Abstract】The current four channel tire coupled road simulation test system is commonly used for research and development of vehicle durability，smoothness，and NVH performance. This article studies an automotive component control system applied to the four channel tire coupled road simulation test，which can assist in controlling the required component status during the four channel tire coupled road simulation test process，simulating a more realistic driving state. Corresponding data monitoring and fault diagnosis can also be carried out during and after the experiment，providing reliable data support for customers.

【Key words】channel tire coupling road simulation test;automotive component control system;component status control;data monitoring

作者簡(jiǎn)介

謝洋（1994—），男，工程師，碩士，研究方向?yàn)槠囋囼?yàn)學(xué)。

1? 引言

目前，四通道輪胎耦合道路模擬試驗(yàn)被廣泛應(yīng)用于各大整車廠車型的研發(fā)階段，可用于測(cè)試車輛整體的平順性、耐久性以及結(jié)構(gòu)性能。相較于實(shí)際道路試驗(yàn)或場(chǎng)地疲勞道路試驗(yàn)，四通道輪胎耦合道路模擬試驗(yàn)具備試驗(yàn)周期短、試驗(yàn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此也有很多學(xué)者都對(duì)四通道輪胎耦合道路模擬試驗(yàn)進(jìn)行了較為深入的研究。

1）應(yīng)用方面：鄒成[1]、邱炎[2]都對(duì)四立柱振動(dòng)臺(tái)架在車輛疲勞實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究;景立新、劉志敏等人[3]對(duì)四立柱進(jìn)行了適合于前期仿真分析和實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證的平順性方法研究;王仕偉、王曉燕等人[4]通過(guò)研究，建立了平順性四立柱試驗(yàn)規(guī)范，通過(guò)對(duì)建模要點(diǎn)的識(shí)別來(lái)形成一種平順性控制方法;徐茂青、李智等人[5]研究了四通道道路模擬試驗(yàn)中頻響函數(shù)求解的兩種關(guān)鍵技術(shù)，都具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

2）設(shè)備算法及研制方面：杜永昌、管迪華教授[6]介紹了自行研制的汽車道路動(dòng)態(tài)試驗(yàn)?zāi)M控制系統(tǒng)（RDSS），可以準(zhǔn)確、快速地模擬汽車的實(shí)際行駛工況以達(dá)到道路試驗(yàn)?zāi)M的目的;易子超[7]設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種高速大推力靜壓支撐的液壓伺服作動(dòng)器，對(duì)于國(guó)內(nèi)液壓伺服設(shè)備的研發(fā)具備參考意義。

3）試驗(yàn)載荷譜方面：趙禮輝、楊鵬等人[8]基于整車四立柱臺(tái)架試驗(yàn)實(shí)際載荷數(shù)據(jù)，對(duì)整車四立柱臺(tái)架試驗(yàn)的載荷譜標(biāo)準(zhǔn)化編制方法進(jìn)行了研究。

然而，隨著汽車電氣化、智能化的飛速發(fā)展，許多整車廠都提出了更為深層次的試驗(yàn)需求，希望能夠在四通道輪胎耦合道路模擬試驗(yàn)系統(tǒng)過(guò)程中進(jìn)行一些車輛部件功能的操作，模擬更為真實(shí)的車輛狀態(tài)，同時(shí)也能夠?qū)ζ囯娮与姎饬悴考?、網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行考核，本文便基于此目的進(jìn)行研究。

2? 總體功能需求

汽車在道路行駛過(guò)程中對(duì)車輛的各個(gè)系統(tǒng)及部件都會(huì)產(chǎn)生影響，而反過(guò)來(lái)，部件的運(yùn)動(dòng)如天窗開(kāi)閉、玻璃升降、雨刮運(yùn)行等也極有可能對(duì)車輛的結(jié)構(gòu)件以及行駛的平順性、耐久性產(chǎn)生影響。

本文通過(guò)研究一種應(yīng)用于四通道輪胎耦合道路模擬實(shí)驗(yàn)的汽車部件控制系統(tǒng)來(lái)對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行分析。首先需要根據(jù)整車廠的相關(guān)需求，在路試道路譜信號(hào)采集過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的汽車部件操作，并對(duì)操作內(nèi)容及時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行記錄;而后通過(guò)汽車部件控制系統(tǒng)在四通道輪胎耦合道路模擬試驗(yàn)過(guò)程中的特定時(shí)間節(jié)點(diǎn)添加相應(yīng)的部件動(dòng)作;同時(shí)需要接收相關(guān)的反饋以及監(jiān)測(cè)信號(hào)，便于對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。系統(tǒng)總體功能需求框圖如圖1所示。

3? 汽車部件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前，常用的車輛部件測(cè)試控制方式有兩種，一是通過(guò)激勵(lì)電壓或電線通斷進(jìn)行控制，二是通過(guò)車輛總線發(fā)送相關(guān)報(bào)文指令對(duì)車輛進(jìn)行控制?；谝陨峡刂品绞?，汽車部件控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備切換電壓輸出和發(fā)送報(bào)文的能力。另外，還需要具備數(shù)據(jù)采集的能力以進(jìn)行試驗(yàn)中和試驗(yàn)后的數(shù)據(jù)直觀判斷和分析。汽車部件控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)原理如圖2所示。

1）電壓正反轉(zhuǎn)控制。需要客戶提供車輛部件相關(guān)電器接口的定義，根據(jù)定義進(jìn)行接線。由工控機(jī)發(fā)送電壓控制信號(hào)到PLC控制器，其中PLC采用倍福PLC模塊，由EL3104、EL4134、EL1008、EL2008、EL6751、EK1100等模塊組成，包含8個(gè)數(shù)字量輸出通道、4個(gè)模擬量輸入通道和4個(gè)模擬量輸出通道，連接穩(wěn)壓電源，通過(guò)控制信號(hào)經(jīng)終端控制盒對(duì)車輛接線端進(jìn)行電壓正反轉(zhuǎn)控制?？紤]到大部分車輛蓄電池與部件的工作電壓在12～16V左右，且有可能需要給整車供電，本研究選用最大輸出電壓30V、最大輸出電流200A的穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，可以滿足絕大多數(shù)車輛試驗(yàn)需求。

2）車輛總線控制[9]。車載網(wǎng)絡(luò)包括CAN、LIN、MOST、FlexRay等，且每家整車廠的通信數(shù)據(jù)各不相同，若要通過(guò)總線控制車輛，往往需要整車廠提供相應(yīng)的報(bào)文指令。而常見(jiàn)的CAN卡廠商包括Vector、周立功等，其中Vector的CAN盒，如VN1640、VN1630搭配上CANoe，軟件功能十分強(qiáng)大，具備總線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和分析功能，但價(jià)格昂貴。采用周立功的CAN盒也可以滿足絕大多數(shù)試驗(yàn)場(chǎng)景。將車輛上的相關(guān)總線定義接口接線到CAN盒，CAN盒再通過(guò)USB接口連接工控機(jī)，即可進(jìn)行相關(guān)報(bào)文的發(fā)送和接收。

3）數(shù)據(jù)采集。四通道輪胎耦合道路模擬試驗(yàn)過(guò)程加上汽車部件本身的運(yùn)行都極有可能對(duì)部件造成結(jié)構(gòu)或者功能上的影響，如黃騰飛[10]對(duì)于四通道輪胎耦合道路模擬試驗(yàn)過(guò)程中的天窗異響問(wèn)題進(jìn)行研究，但僅僅是從NVH及仿真分析方面入手，并未考慮到天窗是否存在本身功能上的異常。本研究不但需要對(duì)部件本身結(jié)構(gòu)外觀上進(jìn)行檢查，還需要通過(guò)對(duì)試驗(yàn)汽車部件的電流參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而對(duì)部件運(yùn)行是否正常進(jìn)行判斷。另外，很多整車廠的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)部件的運(yùn)行位置有要求，而并非簡(jiǎn)單的全行程。圖3是某家整車廠的玻璃升降器運(yùn)行工序要求，可以看到除了上下極限位置外，玻璃還需要在中間3個(gè)位置段進(jìn)行停留和反轉(zhuǎn)，所以需要通過(guò)在玻璃相應(yīng)位置安裝位置傳感器進(jìn)行位置監(jiān)測(cè)以及相應(yīng)的程序操作。所以，本研究通過(guò)將相應(yīng)的車輛部件供電線和位置傳感器線接入在終端控制盒內(nèi)置電流傳感器以及外部盒面板開(kāi)關(guān)接插頭中，傳遞到PLC的模擬量及數(shù)字量輸入端口，即可在工控機(jī)中讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

4）上位機(jī)軟件編寫。采用NI LabVIEW平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)。由于實(shí)驗(yàn)需求以及不同車型功能信號(hào)的多樣性，上位機(jī)軟件經(jīng)常需要更新。LabVIEW的優(yōu)點(diǎn)在于其圖形化的開(kāi)發(fā)環(huán)境代替了傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具的復(fù)雜性，并且內(nèi)置有信號(hào)采集、測(cè)量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，在保證其強(qiáng)大功能的同時(shí)又具有高度靈活性。將NI LabVIEW與倍福PLC控制軟件TwinCAT 3結(jié)合，即可根據(jù)試驗(yàn)需求集成一套完整的應(yīng)用方案。

4? 應(yīng)用研究

以某款在研車型為測(cè)試對(duì)象，測(cè)試目的為考察車輛玻璃升降器在汽車行駛、靜止?fàn)顟B(tài)下循環(huán)升降之間的試驗(yàn)結(jié)果差別。測(cè)試方法為在汽車靜止?fàn)顟B(tài)下和在四通道輪胎耦合道路模擬試驗(yàn)過(guò)程中，分別通過(guò)汽車部件控制系統(tǒng)控制玻璃升降器運(yùn)行10000次循環(huán)數(shù)。根據(jù)相關(guān)需求，定制化的汽車部件控制系統(tǒng)交互界面如圖4所示，首先在手動(dòng)控制界面進(jìn)行升降調(diào)試，確認(rèn)控制功能正常后即可編制相關(guān)自動(dòng)化程序進(jìn)行循環(huán)試驗(yàn)。

試驗(yàn)后可以發(fā)現(xiàn)，相較于車輛靜止?fàn)顟B(tài)，在四通道輪胎耦合道路模擬試驗(yàn)工況下進(jìn)行玻璃升降會(huì)導(dǎo)致更為嚴(yán)重的密封條磨損，且玻璃升降電流穩(wěn)定性變差。相關(guān)測(cè)試結(jié)果比較見(jiàn)表1。

5? 結(jié)束語(yǔ)

本研究通過(guò)設(shè)計(jì)一種汽車部件控制輔助裝置，使車輛在四通道輪胎耦合道路模擬試驗(yàn)過(guò)程中可以同時(shí)對(duì)汽車的電子電氣零部件進(jìn)行控制，復(fù)現(xiàn)車輛行駛過(guò)程中的實(shí)際狀態(tài)，模擬更為真實(shí)的行駛環(huán)境，并具備數(shù)據(jù)采集能力，便于數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和分析。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試對(duì)比，驗(yàn)證了汽車部件控制輔助裝置設(shè)計(jì)的必要性，對(duì)后續(xù)相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)方法的制訂具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄒成. 四立柱振動(dòng)臺(tái)架在車輛疲勞實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究[J]. 時(shí)代汽車，2018（11）：142-144.

[2] 邱炎. 四立柱振動(dòng)臺(tái)架在車輛疲勞試驗(yàn)中的應(yīng)用[J]. 機(jī)電技術(shù)，2013，36（1）：58-59，62.

[3] 景立新，劉志敏，吳利廣，等. 基于四立柱試驗(yàn)臺(tái)和特征路面的平順性分析方法[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2021，21（2）：786-792.

[4] 王仕偉，王曉燕，郝文權(quán)，等. 基于四立柱臺(tái)架的乘用車平順性開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J]. 中國(guó)汽車，2022（12）：53-57.

[5] 徐茂青，李智，程若愚，等. 四通道整車道路模擬關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 天津科技，2022，49（7）：55-59.

[6] 杜永昌，管迪華. 汽車道路動(dòng)態(tài)試驗(yàn)?zāi)M控制系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[J]. 汽車技術(shù)，1999（3）：16-18.

[7] 易子超. 輪耦合道路模擬試驗(yàn)機(jī)伺服作動(dòng)器設(shè)計(jì)與分析[D]. 廈門：廈門理工學(xué)院，2019.

[8] 趙禮輝，楊鵬，翁碩，等. 四立柱可靠性試驗(yàn)載荷譜標(biāo)準(zhǔn)化方法研究[J]. 振動(dòng)與沖擊，2022，41（5）：251-260.

[9] 楊光，馬海濤. 基于CAN總線的玻璃升降器總成耐久試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 汽車電器，2016（6）：54-55，59.

[10] 黃騰飛. 基于四立柱試驗(yàn)臺(tái)的汽車NVH評(píng)價(jià)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2019.

（編輯? 凌? 波）

收稿日期：2024-03-14