道路模拟试验的发展和回顾

       从 1886 年世界第一辆真正意义的汽车诞生以来,汽车工业走过了一百多年的发展历程。汽车的诞生彻底改变了人民的生活,同时对汽车也提出了新的要求:行驶寿命、行驶安全等等,如何更好的提高汽车的行驶寿命,同时又要降低成本成了汽车研发工程师的追求,于是提出了全历程的道路试验——试车场跑道跑车试验,通过试验为汽车研发工程师提供了宝贵的设计更改依据,但随着汽车工业的进一步发展,汽车工业的竞争日趋激烈要求汽车制造商必须更快的推出新一代的车型,才能保证在激烈的市场竞争中立于不败之地,于是到了20世纪60 年代出现了室内台架模拟试验。
      1 简单路面模拟
      道路试验经历了漫长的发展历程,即使到了今天在汽车工业发展相对落后的中国仍在使用这种方法,这种方法存在着先天的缺点:试验结果受天气以及驾乘人员等因素的影响较大,试验结果的精度以及重复性较差,试验周期长。到了20 世纪60 年代,汽车的设计和试验随着电液伺服闭环技术的日趋成熟逐渐由静态力学试验模式发展到动态特性的研究,1962年美国通用汽车公司凯迪拉克轿车部提出了委托美国MTS公司设计制造一台汽车道路模拟机的计划,经过双方密切合作于1965 年制造完毕并投入使用,这就是世界上第一台汽车道路模拟机。其输入信号是这样获得的:对安装在车身上的加速度传感器测得的加速度信号进行两次积分获得车身对路面的绝对位移,通过安装在车身两侧的测试轮测量测试轮与汽车车身的相对位移,二者的差就是路面高程在时间历程上的波形,即汽车道路模拟机的输入信号,但这种方法存在其很大的缺点:轮胎的包容性未能被模拟;存在轨迹误差。
       2 有效路面模拟
       为了克服简单路面模拟技术试验技术上的缺点:汽车试验技术工程师经过分析和研究,提出了有效路面模拟技术,其原理是:将汽车看作是由轮胎包容特性的车轮悬上和悬下串联组成的二自由度系统,其运动的微分方程如下:
     Kt(Zre-Zw)+Ct(Zre-Zw)+MwZw+Fs=0    (1)
     由(1)式得:
     Zre=Zw-(Zre-Zw)Ct/Kt-MwZw/Kt-Fs/Kt   (2)
     式中Zre为路面高程;
     Kt为轮胎刚度;
     Ct为轮胎阻尼系数;
     Mw为悬下质量;
     Zw为为悬下质量的垂直位移;
     Fs为为悬上对车轴的作用力;
       与简单路面模拟相同,微分方程(2)也是通过计算机求解,将输出的有效道路信号作为道路模拟机的激励信号,有效路面模拟克服了简单路面模拟技术的缺点,使汽车道路模拟技术前进了一大步,在70 年代得到了广泛的应用。但是这种技术仍然存在其缺点:不能模拟车辆在实际在实际行驶条件下的非线形;不能模拟车轴之间的耦合特性;不能模拟来自路面六自由度的受力情况。
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