应用于四通道轮胎耦合道路模拟试验的汽车部件控制系统研究

谢洋 任浩源 景晶 顾尚安 朱敏杰 周勇

【摘  要】目前的四通道轮胎耦合道路模拟试验系统常用于针对车辆的耐久性、平顺性以及NVH性能进行研究和开发。文章研究一种应用于四通道轮胎耦合道路模拟试验的汽车部件控制系统，可以在辅助四通道轮胎耦合道路模拟试验过程中进行相应需求的零部件状态控制，模拟更为真实的驾驶状态，也可以在试验中及试验后进行相应的数据监测和故障诊断，能为客户提供可靠的数据支持。

【关键词】通道轮胎耦合道路模拟试验;汽车部件控制系统;零部件状态控制;数据监测

中图分类号：U463.6    文献标识码：A    文章编号：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

作者简介

谢洋（1994—），男，工程师，硕士，研究方向为汽车试验学。

1  引言

目前，四通道轮胎耦合道路模拟试验被广泛应用于各大整车厂车型的研发阶段，可用于测试车辆整体的平顺性、耐久性以及结构性能。相较于实际道路试验或场地疲劳道路试验，四通道轮胎耦合道路模拟试验具备试验周期短、试验成本低等优点，因此也有很多学者都对四通道轮胎耦合道路模拟试验进行了较为深入的研究。

1）应用方面：邹成[1]、邱炎[2]都對四立柱振动台架在车辆疲劳实验中的应用进行了研究;景立新、刘志敏等人[3]对四立柱进行了适合于前期仿真分析和实车试验验证的平顺性方法研究;王仕伟、王晓燕等人[4]通过研究，建立了平顺性四立柱试验规范，通过对建模要点的识别来形成一种平顺性控制方法;徐茂青、李智等人[5]研究了四通道道路模拟试验中频响函数求解的两种关键技术，都具有较高的应用价值。

2）设备算法及研制方面：杜永昌、管迪华教授[6]介绍了自行研制的汽车道路动态试验模拟控制系统（RDSS），可以准确、快速地模拟汽车的实际行驶工况以达到道路试验模拟的目的;易子超[7]设计开发了一种高速大推力静压支撑的液压伺服作动器，对于国内液压伺服设备的研发具备参考意义。

3）试验载荷谱方面：赵礼辉、杨鹏等人[8]基于整车四立柱台架试验实际载荷数据，对整车四立柱台架试验的载荷谱标准化编制方法进行了研究。

然而，随着汽车电气化、智能化的飞速发展，许多整车厂都提出了更为深层次的试验需求，希望能够在四通道轮胎耦合道路模拟试验系统过程中进行一些车辆部件功能的操作，模拟更为真实的车辆状态，同时也能够对汽车电子电气零部件、网络通信进行考核，本文便基于此目的进行研究。

2  总体功能需求

汽车在道路行驶过程中对车辆的各个系统及部件都会产生影响，而反过来，部件的运动如天窗开闭、玻璃升降、雨刮运行等也极有可能对车辆的结构件以及行驶的平顺性、耐久性产生影响。

本文通过研究一种应用于四通道轮胎耦合道路模拟实验的汽车部件控制系统来对以上问题进行分析。首先需要根据整车厂的相关需求，在路试道路谱信号采集过程中同时进行相应的汽车部件操作，并对操作内容及时间节点进行记录;而后通过汽车部件控制系统在四通道轮胎耦合道路模拟试验过程中的特定时间节点添加相应的部件动作;同时需要接收相关的反馈以及监测信号，便于对试验结果进行分析。系统总体功能需求框图如图1所示。

3  汽车部件控制系统设计

目前，常用的车辆部件测试控制方式有兩种，一是通过激励电压或电线通断进行控制，二是通过车辆总线发送相关报文指令对车辆进行控制。基于以上控制方式，汽车部件控制系统应当具备切换电压输出和发送报文的能力。另外，还需要具备数据采集的能力以进行试验中和试验后的数据直观判断和分析。汽车部件控制系统的总体设计原理如图2所示。

1）电压正反转控制。需要客户提供车辆部件相关电器接口的定义，根据定义进行接线。由工控机发送电压控制信号到PLC控制器，其中PLC采用倍福PLC模块，由EL3104、EL4134、EL1008、EL2008、EL6751、EK1100等模块组成，包含8个数字量输出通道、4个模拟量输入通道和4个模拟量输出通道，连接稳压电源，通过控制信号经终端控制盒对车辆接线端进行电压正反转控制。考虑到大部分车辆蓄电池与部件的工作电压在12～16V左右，且有可能需要给整车供电，本研究选用最大输出电压30V、最大输出电流200A的稳压稳流电源，可以满足绝大多数车辆试验需求。

2）车辆总线控制[9]。车载网络包括CAN、LIN、MOST、FlexRay等，且每家整车厂的通信数据各不相同，若要通过总线控制车辆，往往需要整车厂提供相应的报文指令。而常见的CAN卡厂商包括Vector、周立功等，其中Vector的CAN盒，如VN1640、VN1630搭配上CANoe，软件功能十分强大，具备总线网络的设计和分析功能，但价格昂贵。采用周立功的CAN盒也可以满足绝大多数试验场景。将车辆上的相关总线定义接口接线到CAN盒，CAN盒再通过USB接口连接工控机，即可进行相关报文的发送和接收。

3）数据采集。四通道轮胎耦合道路模拟试验过程加上汽车部件本身的运行都极有可能对部件造成结构或者功能上的影响，如黄腾飞[10]对于四通道轮胎耦合道路模拟试验过程中的天窗异响问题进行研究，但仅仅是从NVH及仿真分析方面入手，并未考虑到天窗是否存在本身功能上的异常。本研究不但需要对部件本身结构外观上进行检查，还需要通过对试验汽车部件的电流参数进行监测，从而对部件运行是否正常进行判断。另外，很多整车厂的企业标准对部件的运行位置有要求，而并非简单的全行程。图3是某家整车厂的玻璃升降器运行工序要求，可以看到除了上下极限位置外，玻璃还需要在中间3个位置段进行停留和反转，所以需要通过在玻璃相应位置安装位置传感器进行位置监测以及相应的程序操作。所以，本研究通过将相应的车辆部件供电线和位置传感器线接入在终端控制盒内置电流传感器以及外部盒面板开关接插头中，传递到PLC的模拟量及数字量输入端口，即可在工控机中读取相应的数据。

4）上位机软件编写。采用NI LabVIEW平台进行系统软件的开发。由于实验需求以及不同车型功能信号的多样性，上位机软件经常需要更新。LabVIEW的优点在于其图形化的开发环境代替了传统开发工具的复杂性，并且内置有信号采集、测量分析与数据显示功能，在保证其强大功能的同时又具有高度灵活性。将NI LabVIEW与倍福PLC控制软件TwinCAT 3结合，即可根据试验需求集成一套完整的应用方案。

4  应用研究

以某款在研车型为测试对象，测试目的为考察车辆玻璃升降器在汽车行驶、静止状态下循环升降之间的试验结果差别。测试方法为在汽车静止状态下和在四通道轮胎耦合道路模拟试验过程中，分别通过汽车部件控制系统控制玻璃升降器运行10000次循环数。根据相关需求，定制化的汽车部件控制系统交互界面如图4所示，首先在手动控制界面进行升降调试，确认控制功能正常后即可编制相关自动化程序进行循环试验。

试验后可以发现，相较于车辆静止状态，在四通道轮胎耦合道路模拟试验工况下进行玻璃升降会导致更为严重的密封条磨损，且玻璃升降电流稳定性变差。相关测试结果比较见表1。

5  结束语

本研究通过设计一种汽车部件控制辅助装置，使车辆在四通道轮胎耦合道路模拟试验过程中可以同时对汽车的电子电气零部件进行控制，复现车辆行驶过程中的实际状态，模拟更为真实的行驶环境，并具备数据采集能力，便于数据监测和分析。经过实际测试对比，验证了汽车部件控制辅助装置设计的必要性，对后续相关试验标准和试验方法的制订具有指导意义。

参考文献：

[1] 邹成. 四立柱振动台架在车辆疲劳实验中的应用研究[J]. 时代汽车，2018（11）：142-144.

[2] 邱炎. 四立柱振动台架在车辆疲劳试验中的应用[J]. 机电技术，2013，36（1）：58-59，62.

[3] 景立新，刘志敏，吴利广，等. 基于四立柱试验台和特征路面的平顺性分析方法[J]. 科学技术与工程，2021，21（2）：786-792.

[4] 王仕伟，王晓燕，郝文权，等. 基于四立柱台架的乘用车平顺性开发与应用[J]. 中国汽车，2022（12）：53-57.

[5] 徐茂青，李智，程若愚，等. 四通道整车道路模拟关键技术研究[J]. 天津科技，2022，49（7）：55-59.

[6] 杜永昌，管迪华. 汽车道路动态试验模拟控制系统的研究与开发[J]. 汽车技术，1999（3）：16-18.

[7] 易子超. 轮耦合道路模拟试验机伺服作动器设计与分析[D]. 厦门：厦门理工学院，2019.

[8] 赵礼辉，杨鹏，翁硕，等. 四立柱可靠性试验载荷谱标准化方法研究[J]. 振动与冲击，2022，41（5）：251-260.

[9] 杨光，马海涛. 基于CAN总线的玻璃升降器总成耐久试验测试系统设计[J]. 汽车电器，2016（6）：54-55，59.

[10] 黄腾飞. 基于四立柱试验台的汽车NVH评价研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2019.

（编辑  凌  波）

收稿日期：2024-03-14