智能懸架系統多功能仿真測試平臺
http://www.debgrams.com 2022-12-12 16:45 來源：北京中盛新能科技
市場競爭對汽車性能和開發周期提出了更高要求。在開發階段進行多系統多領域的并行開發和快速迭代，盡量多的在實驗室內進行精準的仿真測試成為剛需，這需要具備多種功能的仿真測試設備。
智能懸架系統多功能仿真測試平臺可針對車輛智能懸架系統開發和整車匹配過程，進行1/4車輛懸架試驗、懸架ECU硬件在環仿真、懸架實物硬件在環仿真、整車懸架性能試驗等仿真測試項目，平臺具有多功能快速切換，各個功能之間可共享參數，減少了試驗系統在多個臺架之間的反復拆裝和調試，因此可極大地提供工作效率，而且用戶可以省去購買多個功能單一臺架的重復部分，節省費用和占地面積。
1. 主要功能
1.1. 1/4車輛懸架性能測試
圖 1 1/4車輛懸架性能測試
應用場景：
- 基于RCP的智能懸架控制算法開發、參數標定；
- 減振器/空簧性能調教；
功能特色：
- 安裝全部空氣懸架組件，簧上質量可調節，精準復現懸架組件在車輛中的空間姿態和受力狀態；
- 伺服激振器準確輸出道路譜，模擬車輪受到的路面不平激勵；
- 利用高精度實驗室級傳感器進行車載傳感器的檢驗標定；
- 臺架參數測量功能，包括簧上/簧下質量、彈簧剛度、減震器阻尼等；
- 具備數據采集、數據記錄、數據回放及曲線實時顯示功能
- 利用NI VeriStand和TestStand進行試驗管理和測試自動化管理
1.2. 智能懸架ECU硬件在環仿真（HIL）
圖 2 智能懸架ECU硬件在環仿真
應用場景：
- ECU軟硬件調試；
- ECU應用軟件參數標定、功能測試；
- ECU控制算法魯棒性測試、極限工況測試；
功能特色：
- 實時運行仿真模型，包括整車動力學模型、路面/駕駛員/測試場景模型、傳感器模型和空氣懸架執行機構模型等；
- 仿真模型可選CarMaker、Carsim等商業軟件或自主開發：
- 具備數據采集、數據記錄、數據回放及曲線實時顯示功能
- 具備故障注入、故障保持、故障定位功能
1.3. 四通道整車智能懸架半實物仿真
圖 3 四通道整車智能懸架半實物仿真
應用場景：
- 整車懸架控制算法開發、參數標定；
- 減振器/空簧性能調教；
功能特色：
- 四套1/4車輛懸架加載臺架分別安裝對應空簧/減振器實物；
- 實時運行仿真模型包括整車動力學模型、路面/駕駛員/測試場景模型、空氣懸架控制算法模型等；
- 整車仿真輸出懸架變形信息通過伺服激振器對減振器/空簧實施激振，產生的垂直力反饋給整車模型，形成閉環；
- 可進行包括激烈轉向、加減速等的全工況空氣懸架半實物仿真試驗；
- 具備數據采集、數據記錄、數據回放及曲線實時顯示功能
- 利用NI VeriStand和TestStand進行試驗管理和測試自動化管理
2. 技術指標
1/4車輛懸架加載臺架：
- 簧上質量滑塊：
質量調整范圍：150~800kg
運動范圍：±350mm
重載直線導軌
任意位置鎖止
- 電液伺服激振系統：
最大動態力：15kN
最大行程：±125mm
最高速度：2m/s
最高輸出頻率：30Hz
輸出波形：正弦波、掃頻正弦波、三角波、隨機波形
- 車規傳感器：
車身加速度：±2g PSI5接口
車輪加速度：±16g PSI5接口
懸架高度：0~90° PWM輸出
- 高精度測量傳感器：
車身加速度：±6g，精度0.3%
車輪加速度：±16g，精度0.3%
車身位移：800mm磁柵尺，精度50μm
車輪位移：200mm磁致伸縮，精度0.02%
激振位移：250mm磁致伸縮，精度0.3%
激振力：±25kN疲勞級力傳感器，精度0.03%
實時機柜
- NI-PXIe 17 slots機箱
- NI-PXIe Intel Xeon或Core-i7實時處理器
- 通用I/O：
模擬量輸入：>32通道
模擬量輸出：>16通道
數字量I/O：>32通道
- 傳感器信號輸入：
模擬電壓：>16通道
PWM：>8通道
PSI5：>8通道
- 傳感器信號仿真輸出：
模擬電壓：>12通道
PWM：>8通道
PSI5：>8通道
CAN總線：3通道，支持CAN FD
功率驅動：4通道5A，12通道1A
程控電源：12V100A
故障注入板卡
分線箱BOB
定制ECU線束接口
上位機系統
- 主機：
Intel i7處理器，32G內存，1T固態硬盤
2×27”LCD顯示器
Windows 10專業版
- 軟件：
Matlab 2021b
NI VeriStand
NI TestStand
CarMaker/Carsim
3. 系統組成
智能懸架系統多功能仿真測試平臺由1/4車輛懸架加載臺架、實時機柜和上位機系統等三部分構成，如圖 4所示：
圖 4 智能懸架系統多功能仿真測試平臺系統組成
3.1. 1/4車輛懸架加載臺架
1/4車輛懸架加載臺架的作用是安裝被測懸架系統，并按試驗測試要求施加特定的激勵，它由A型支架、直線導軌、代表1/4車輛模型中的簧上質量的滑塊、懸架安裝夾具、伺服激振系統和被測懸架系統組成，如圖 5所示：
圖 5 1/4車輛懸架加載臺架
1/4車輛懸架加載臺架具有如下特點：
- 適配麥弗遜、雙橫臂、多連桿等多種懸架形式；
- 可安裝車輪、減振器/空簧、擺臂、拉桿等在內的全套懸架組件；
- 精準復現懸架組件在車輛中的空間姿態和受力狀態；
- 簧上質量滑塊與A型支架之間采用重載直線導軌，簧上質量運動順滑、摩擦力??；
- 具有簧上質量支撐、移動和鎖止機構；
- 采用電液伺服激振系統，可輸出正弦、掃頻正弦、三角波、隨機路譜等波形；
- 安裝車身加速度、車輪加速度、懸架高度等車規級傳感器和可測量簧上質量垂直位移、加速度、車輪垂直位移加速度、激振力、激振加速度的高精度測量傳感器：
3.2. 實時機柜
實時機柜為42U標準工業機柜，內部以NI-PXI實時處理器為核心，配置外圍模塊組成實時I/O、運算和控制平臺，具體包括：
- NI-PXIe 17 slots機箱
- NI-PXIe Intel Xeon實時處理器
- 模擬量IO、數字量IO板卡、CAN總線通訊板卡
- 傳感器輸入信號調理模塊
- 模擬量、PWM、PSI5傳感器信號仿真模塊
- 適應CDC、MRD減振器及空簧系統驅動的功率驅動模塊
- 故障注入板卡
- 分線箱BOB
- 定制ECU線束接口
- 大功率程控電源模塊
3.3. 上位機系統
- 利用NI VeriStand和TestStand進行試驗管理和測試自動化管理
- Matlab/Simulink平臺下基于模型的控制算法開發
- 基于CarMaker、Carsim等商業軟件或基于Matlab/Simulink自主開發的仿真模型：
- 整車動力學仿真模型
- 路面、駕駛員及測試場景模型
- 傳感器模型
- 智能懸架執行機構模型
- 智能懸架控制算法模型
- 動態數據采集、數據記錄、數據回放及曲線實時顯示功能
- 故障注入、故障保持、故障定位功能
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