汽车液压伺服试验设备建设浅谈

2021-09-29程俊东周兆耀董远明

汽车零部件 2021年9期

程俊东,周兆耀, 董远明

(吉利汽车研究院(宁波)有限公司，浙江宁波 315336)

0 引言

随着国内汽车工业的不断进步，人们对汽车的要求也随之提高，对汽车的可靠性也越来越重视。目前汽车可靠性的实物验证方式主要有：试车场道路耐久试验和台架试验，其中台架试验有着验证周期短、不受外部环境影响、变量输入条件易于控制等优点。液压伺服试验设备即为室内可靠性验证台架试验最常用的试验设备之一。

本文作者结合液压伺服试验设备建设实践，主要阐述了常用的液压伺服试验设备类别、设备主要技术指标、试验设备种类选择及流量计算分析方法，并对液压伺服试验设备整体建设提出了一些原则和方法。某汽车研究院液压伺服试验设备建成后使用便利、功能完善、便于管理、易于维护，说明该建设原则与方法具有一定价值。

1 液压伺服试验设备简介

液压伺服试验设备是汽车开发台架试验中最常用的设备之一。它通过将液压能转换为机械能，使作动器通过伺服阀做出高频响应从而输出所需的直线或旋转运动[1]。液压伺服试验设备整套系统一般包括：液压泵站、液压管道、分油器、作动器、控制器、计算机及软件。以MTS整车四立柱道路模拟试验台为例，其主要组成部分如图1所示。

图1 液压伺服试验设备组成部分参考图

1.1 液压伺服试验设备分类

通常按照汽车开发的试验对象和级别，液压伺服试验设备分为整车级和系统及零部件级试验设备。常用的整车级液压伺服试验台架有：整车多轴轴耦合道路模拟试验台(图2)、整车四立柱道路模拟试验台(图3)；常用的系统及零部件级液压伺服试验台架有：MAST试验台(图4)、零部件液压动态伺服试验台(图5)、弹性体试验台、减振器试验台等。

图2 整车多轴轴耦合道路模拟试验台

图3 整车四立柱道路模拟试验台

图4 MAST试验台

图5 零部件液压动态伺服试验台

1.2 液压伺服试验设备主要供应商

当前在国内汽车开发试验领域，市场占有率较高的液压伺服试验设备供应商主要有：美国MTS、美国IST、美国MOOG、英国Servotest、日本鹭宫等。

2 液压伺服试验设备主要技术指标

液压伺服试验设备在建设时技术指标较多，最重要的技术指标有载荷/位移范围、频率响应范围、轴头线速度、设备地基类型等。

2.1 载荷/位移范围

常用的液压伺服试验设备的执行机构为作动器，其主要分为直线作动器和扭转作动器两种。以某型号直线作动器为例，其形状如图6所示。

图6 直线作动器

以直线作动器为例，其控制方式为力和位移控制。常用的力载荷加载范围为：±15、±25、±50、±100 kN等。位移加载范围常见的有：±75、±125、±150、±250 mm等，各企业也可根据自身实际需要要求供应商进行设计制造。

2.2 频率响应范围

频率响应范围指作动器施加动态力时可以达到的响应频率。因为大部分的汽车零部件如副车架、控制臂、稳定杆、转向节、减振弹簧等试件动态响应的频率范围在0～50 Hz之间，同时通过对试车场路谱采集数据进行频域分析，其频域分布范围一般也在50 Hz以内，如图7所示，所以液压伺服试验设备常用的频率响应范围为0～50 Hz。

图7 试车场路谱数据频域分析图

2.3 轴头线速度

作动器的轴头速度主要指作动器活塞杆端在动态力作用下的最大速度，是作动器在加载时最重要的参数，它决定了作动器能达到的加载频率和相应的加载行程[2]。其主要受伺服阀的额定流量控制，可以根据轴头线速度需要来选用合适的伺服阀型号及相应的泵站来提供足够的流量需求。

正弦加载时轴头线速度v经验公式：

v=2·π·a·f

式中：a为加载幅值;f为加载频率。

2.4 设备地基类型

因为液压伺服试验设备安装地面承受的反力会向周围建筑物传递，造成建筑物震动和其他影响，所以液压伺服试验设备不能直接安放在未经处理的地面上。安装地基一般有两种处理方式：固定式地基和悬浮式地基。

固定式地基是指液压伺服试验设备安装在一个大的钢筋混凝土质量块上，然后将这种大的质量块安放在地面上，如图8所示，同时质量块的固有频率必须要远远大于最高的激励频率。这种方式结构简单，易于维护，一般零部件级别的液压伺服试验设备地基可以采用。

图8 固定式地基图

悬浮式地基是指利用弹簧减振器在质量块与地面之间进行隔离，如图9和图10所示。安装弹簧减振器后质量块的固有频率非常低，一般在0.8～2.0 Hz之间。这种安装方式可提高试验设备的试验精度，同时对周围建筑物影响很小，但是在减振弹簧建设、地基调平、地基安装、使用维护等方面费用较高。一般整车级别特别是惯性力加载的液压伺服试验设备地基可以采用。

图9 悬浮式地基图

图10 悬浮式地基减振器图

3 液压伺服试验设备建设原则

结合某汽车研究院液压伺服试验设备建设情况，通过设备规划、选型、确定参数、配套设施、整体布局等步骤来完成设备建设。建设中主要考虑的原则有如下7条。

3.1 液压伺服试验设备规划

首先要结合公司的实际情况如试验室定位、历史遗留设备等，以及公司产品种类、型号及相应参数等，对设备建设进行全局考虑、整体规划。通常采用整体规划法，实际建设时可分批次进行。

比如某汽车研究院液压伺服试验设备在建设时整体规划布局多种常用等液压伺服试验设备，同时按照规划设备所需进行场地面积及基础设施建设。实际设备建设时分批次，首先投资建设急需及验证效果明确的试验台。

3.2 液压伺服试验设备种类选择

液压伺服试验设备种类多样，常见的有：带环境仓/常温整车多轴轴耦合道路模拟试验台、带环境仓/常温整车四立柱道路模拟试验台、带环境仓/常温MAST试验台、液压动态伺服试验台、悬置单轴/多轴动静刚度试验台、减振器耐久试验台等。

建设时需综合考虑试验室定位、项目开发试验需求、试验验证效果、设备投资金额等因素。如一般汽车主机厂试验室定位于自身只做整车及系统级台架试验，而相应零部件试验靠各供应商自身的试验室验证，所以建设的液压伺服试验设备也以整车级试验设备为主。如一般汽车主机厂对带环境仓的四立柱道路模拟试验台试验需求强烈，而对整车多轴轴耦合道路模拟试验台需求较低，所以带环境仓的四立柱道路模拟试验台就会优先建设。