半主动悬架车辆道路模拟试验系统及试验方法与流程

本发明属于车辆道路模拟试验技术领域，具体涉及基于can报文控制的半主动悬架车辆道路模拟试验系统及试验方法。

背景技术：

随着我国汽车工业的发展，车辆耐久性能日益成为消费者及车辆生产厂家关注的重点。整车道路模拟试验在车辆耐久性考核中起着举足轻重的作用，它能够快速有效地对车身系统、悬架系统及主要零部件进行耐久性评价，能够在整车设计开发过程中及早地暴露出车辆设计缺陷，为车辆结构设计优化提供改进依据。

现阶段，道路模拟试验主要针对传统螺旋弹簧减振器悬架车辆进行试验，但随着车辆技术进步，已有很多车辆配备半主动悬架，半主动悬架基于车辆在路面上的行驶状态，通过车辆ecu对车辆行驶过程中can报文进行计算分析，进而控制半主动悬架的运动状态。

将道路模拟试验应用于半主动悬架车辆存在很大的技术难题，由于车辆在台架上振动是不允许上电和打火的，致使车辆ecu及各传感器无法正常工作，而且进行道路模拟试验时还需保证车辆悬架状态与在试验场采集载荷谱时的状态是一致的，同时，悬架状态的变化需与典型工况载荷谱是实时同步的。

综上所述，半主动悬架车辆道路模拟试验不同于以往普通螺旋弹簧减振器车辆试验，现有技术中缺少能够有效实现并控制半主动悬架车辆道路模拟试验的技术方案。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种半主动悬架车辆道路模拟试验系统及试验方法，本发明能够将can报文与载荷谱信号同步发送，车辆ecu接收can报文并发送控制悬架状态的指令，然后通过迭代的方法使整车振动状态与车辆在典型工况上行驶时一致，实现半主动悬架车辆道路模拟试验。结合说明书附图，本发明的技术方案如下：

半主动悬架车辆道路模拟试验系统，由数据采集设备、rpc控制系统、can板卡、hil仿真系统、半主动悬架控制器以及由道路模拟试验台架和半主动悬架车辆组成的台架与车辆系统组成；

所述数据采集设备用于采集半主动悬架车辆在典型工况下的载荷谱信号和车辆行驶过程中的can报文，并将采集到的载荷谱信号和can报文中的动态信号传输至rpc控制系统，将采集到的can报文中的静态信号发送至hil仿真系统；

所述rpc控制系统与can卡板集成在一起，rpc控制系统用于对车辆的载荷谱信号进行分析处理，并将接收到的can报文中的动态信号经由can板卡发送至hil仿真系统，rpc控制系统通过驱动信号控制道路模拟试验台架运行；

所述hil仿真系统用于仿真can报文中的静态信号，编辑和编译程序命令，执行程序命令，并将接收到的can报文中的动态信号和can报文中的静态信号进行整合后，发送给车辆半主动悬架控制器；

所述半主动悬架控制器用于接收hil仿真系统发出的整合后的can报文，计算分析所接收的can报文，通过改变半主动悬架控制电流控制半主动悬架车辆的悬架状态；

所述台架与车辆系统中，半主动悬架车辆固定连接在道路模拟试验台架上，道路模拟试验台架执行rpc控制系统发送的驱动信号，并驱动其上的半主动悬架车辆振动以模拟典型工况振动状态。

所述道路模拟试验台架由四个具有六自由度的道路模拟台架组成，包含有二十四个线性液压作动器，实现对车辆的四个车轮加载对应x轴、y轴和z轴方向的力以及x轴、y轴和z轴方向的扭矩。

半主动悬架车辆道路模拟试验方法，采用如上所述半主动悬架车辆道路模拟试验系统，所述试验方法的具体过程如下：

s1：采集载荷谱与can报文信息；

半主动悬架车辆以规定车速行驶，通过数据采集设备采集半主动悬架车辆在典型工况下的载荷谱信号和车辆行驶过程中的can报文，将can报文分为动态信号和静态信号，数据采集设备将采集到的载荷谱信号和can报文中的动态信号传输至rpc控制系统，数据采集设备将采集到的can报文中的静态信号发送至hil仿真系统进行仿真；

s2：数据分析与处理；

通过rpc控制系统对采集的载荷谱信号进行分析处理，选取迭代需要的载荷谱通道，截取相应的典型工况路段，对载荷谱信号做去偏移、去均值和滤波处理，处理后的载荷谱信号作为期望响应信号；

s3：求解台架与车辆系统传递函数；

将半主动悬架车辆固定到道路模拟试验台架之上，组成台架与车辆系统，并在rpc控制系统中随机生成粉红噪声驱动信号，使用随机生成的粉红噪声驱动信号驱动道路模拟试验台架运行，进而驱动台架与车辆系统运行，再采集对应粉红噪声驱动的各传感器的响应信号，求得台架与车辆系统传递函数；

s4：can仿真与迭代；

在rpc控制系统中对步骤s2中获得的期望响应信号应用步骤s3中求得的台架与车辆系统传递函数进行循环迭代，在迭代过程中，rpc控制系统把接收到的can报文中的动态信号传输给hil仿真系统，hil仿真系统将接收的can报文中的动态信号与仿真的can报文中的静态信号整合后形成整合后的报文信号，并将整合后的报文信号发送给半主动悬架控制器，半主动悬架控制器为半主动悬架车辆发送控制指令，控制半主动悬架车辆的悬架状态；

s5：道路模拟耐久试验；

对步骤s4最后迭代所采集的响应信号与期望响应信号做时域对比分析、功率谱分析、穿级计数分析和伪损伤分析，确定响应信号符合试验准确度要求，将最后迭代得到的驱动信号作为最终系统激励信号，驱动系统运行，对半主动悬架车辆进行道路模拟耐久试验；

所述hil仿真系统与rpc控制系统联合仿真，can报文仿真与载荷谱迭代同步运行，保证信号实时对应。

所述步骤s1中，所述典型工况包括：大圆凸起路、失修坑路、铁路、小圆凸起路、搓板路、卵石路、比利时路和鱼鳞坑路，且每个工况至少采集三组数据；

所述载荷谱信号包括：车轮六分力信号、轴头加速度信号、悬架位移信号和控制臂应变信号；

所述的can报文包含车辆dbc文件中所有节点信息。

所述步骤s4中，所述循环迭代过程为：

所述hil仿真系统实现半主动悬架车辆在典型工况下can报文的仿真与发送，使半主动悬架车辆以典型工况下的悬架状态运行，实时地，rpc控制系统对典型工况期望响应信号反复迭代，根据期望响应信号求出初始驱动信号，由初始驱动信号驱动台架与车辆系统运行，采集道路模拟试验台架第一次响应信号，将道路模拟试验台架响应信号与期望响应做误差分析，获得响应信号误差，如该响应信号误差无法被接受，则需要对初始驱动信号做信号修正，即优化驱动信号，再次用优化后的驱动信号驱动台架与车辆系统运行，依次进行迭代，直到道路模拟试验台架的响应信号与期望响应信号之间的误差在可接受范围内时，迭代结束。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明所述半主动悬架车辆道路模拟试验系统，实现了载荷谱信号运行与can报文发送的同步，使半主动悬架车辆能够进行道路载荷谱模拟迭代，实现道路模拟耐久试验。

2、本发明所述半主动悬架车辆道路模拟试验系统的试验方法，通过hil仿真系统整合仿真的can报文静态信号和rpc控制系统发送的can报文动态信号，并将can报文发送给半主动悬架控制器，通过半主动悬架控制器控制车辆的悬架状态，与此同时，rpc控制系统实时同步对期望响应信号进行迭代，应用最终迭代所得驱动信号驱动整个系统运行，达到对半主动悬架车辆振动状态的控制。

附图说明

图1为本发明所述半主动悬架车辆道路模拟试验系统的结构框图；

图2为本发明所述半主动悬架车辆道路模拟试验系统的试验方法流程框图；

图3为本发明所述试验方法中，半主动悬架车辆道路模拟迭代流程框图。

具体实施方式

为进一步阐述本发明的技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：

如图1所示，本发明公开了一种半主动悬架车辆道路模拟试验系统，所述试验系统包括：数据采集设备、rpc控制系统、can板卡、hil仿真系统、半主动悬架控制器以及由道路模拟试验台架和半主动悬架车辆组成的台架与车辆系统。

所述数据采集设备用于采集半主动悬架车辆在典型工况下的载荷谱信号和车辆行驶过程中的can报文，其中，数据采集设备将采集到的载荷谱信号和can报文中的动态信号传输至rpc控制系统，数据采集设备将采集到的can报文中的静态信号发送至hil仿真系统。

所述rpc控制系统与can卡板集成在一起，can板卡的信号输出端口与hil仿真系统的信号输入端口相连，rpc控制系统控制道路模拟试验台架运行。所述rpc控制系统用于对车辆的载荷谱信号进行分析处理、求解系统传递函数以及迭代等，rpc控制系统将接收到的can报文中的动态信号经由can板卡发送至hil仿真系统，rpc控制系统通过驱动信号控制道路模拟试验台架运行。

所述can板卡连接于rpc控制系统与hil仿真系统之间，can板卡将rpc控制系统与hil仿真系统通过can接口连接，can板卡用于can报文通信，以使rpc控制系统将can报文中的动态信号经由can板卡发送给hil仿真系统。

所述hil仿真系统的信号输出端通过车辆obd通讯接口与半主动悬架控制器的信号输入端相连。hil仿真系统用于仿真can报文中的静态信号，编辑和编译程序命令，并执行程序命令，此外，hil仿真系统将接收到的can报文中的静态信号和can报文中的动态信号进行整合后，发送给车辆半主动悬架控制器。

所述半主动悬架控制器用于接收hil仿真系统发出的整合后的can报文，计算分析所接收的can报文，通过改变半主动悬架控制电流控制半主动悬架车辆的悬架状态。

所述台架与车辆系统中，半主动悬架车辆固定连接在道路模拟试验台架上；所述道路模拟试验台架是使用于试验的半主动悬架车辆复现典型工况下振动状态的执行机构，道路模拟试验台架由四个具有六自由度的道路模拟台架组成，共有二十四个线性液压作动器，可对车辆的四个车轮加载对应x轴、y轴、z轴方向的力和x轴、y轴、z轴方向的扭矩，道路模拟试验台架执行rpc控制系统发送的驱动信号，并驱动其上的半主动悬架车辆振动，使用于试验的半主动悬架车辆复现典型工况下振动状态。

如上所述，本发明所述半主动悬架车辆道路模拟试验系统，实现了can报文传输，使悬架控制器能够控制车辆悬架状态，同时，rpc控制系统驱动信号对道路模拟试验台架的运行进行控制，进而使半主动悬架车辆进行激振，实现半主动悬架车辆的道路模拟试验。

基于上述半主动悬架车辆道路模拟试验系统的组成及连接结构，本发明还提供了一种半主动悬架车辆道路模拟试验系统的试验方法，图2所示，为本发明所述试验方法的具体过程如下：

s1：采集载荷谱与can报文信息；

半主动悬架车辆以规定车速行驶，通过数据采集设备采集半主动悬架车辆在典型工况下的载荷谱信号和车辆行驶过程中的can报文，将can报文分为动态信号和静态信号，数据采集设备将采集到的载荷谱信号和can报文中的动态信号传输至rpc控制系统，数据采集设备将采集到的can报文中的静态信号发送至hil仿真系统进行仿真；

所述典型工况包括：大圆凸起路、失修坑路、铁路、小圆凸起路、搓板路、卵石路、比利时路和鱼鳞坑路等，且每个工况至少采集三组数据；

所述载荷谱信号包括：车轮六分力信号、轴头加速度信号、悬架位移信号和控制臂应变信号；其中，所述车轮六分力信号主要采集车轮受到的沿x轴、y轴、z轴的力和车轮受到的沿x轴、y轴、z轴的扭矩等载荷信息；所述轴头加速度信号主要采集的是轴头位置沿x轴和z轴方向的加速度信号；所述的悬架位移信号主要采集的是悬架靠近轴头位置相对车身的位移信号；控制臂应变信号包括前悬架一号控制臂和二号控制臂、后悬架前束控制臂和梯形臂、稳定杆和转向拉杆等零部件相应位置的应变信号；

所述的can报文包含车辆dbc文件中所有节点信息，主要包括：abs、airsuspension、dms、ems、epb、gateway、sas、tcu和yrs等节点；

s2：数据分析与处理；

通过rpc控制系统对采集的载荷谱信号进行分析处理，选取迭代需要的载荷谱通道，截取相应的典型工况路段，对载荷谱信号做去偏移、去均值和滤波处理，处理后的载荷谱信号作为期望响应信号；

s3：求解台架与车辆系统传递函数；

将半主动悬架车辆固定到道路模拟试验台架之上，组成台架与车辆系统，并在rpc控制系统中随机生成粉红噪声驱动信号，使用随机生成的粉红噪声驱动信号驱动道路模拟试验台架运行，进而驱动台架与车辆系统运行，再采集对应粉红噪声驱动的各传感器的响应信号，即可求得台架与车辆系统传递函数；

s4：can仿真与迭代；

由于台架与车辆系统属于非线性系统，故需应用求得的传递函数对车辆进行迭代，所述迭代过程具体如下：

在rpc控制系统中对步骤s2中获得的期望响应信号应用步骤s3中求得的台架与车辆系统传递函数进行循环迭代，在迭代过程中，rpc控制系统把接收到的can报文中的动态信号传输给hil仿真系统，hil仿真系统将接收的can报文中的动态信号与仿真的can报文中的静态信号整合后形成整合后的报文信号，并将整合后的报文信号发送给半主动悬架控制器，半主动悬架控制器为半主动悬架车辆发送控制指令，控制半主动悬架车辆的悬架状态；所述hil仿真系统实现半主动悬架车辆在典型工况下can报文的仿真与发送，使半主动悬架车辆以典型工况下的悬架状态运行，实时地，rpc控制系统对典型工况期望响应信号反复迭代，如图3所示，根据期望响应信号求出初始驱动信号，由初始驱动信号驱动台架与车辆系统运行，采集道路模拟试验台架第一次响应信号，将道路模拟试验台架响应信号与期望响应做误差分析，获得响应信号误差，如该响应信号误差无法被接受，则需要对初始驱动信号做信号修正，即优化驱动信号，再次用优化后的驱动信号驱动台架与车辆系统运行，依次进行迭代，直到道路模拟试验台架的响应信号与期望响应信号之间的误差在可接受范围内时，迭代结束；

上述迭代过程中，所述驱动信号是驱动台架运行的信号，所述响应信号是台架运行过程中从各传感器上采集回的信号，期望响应信号是道路上采集回的信号，是台架迭代的响应信号需要达到的目标，最终的响应信号需与期望响应信号一致。

迭代是为了得到驱动信号，驱动信号驱动台架运行后，从传感器可以采集回响应信号，迭代直到该响应信号与道路载荷谱信号一致，迭代过程即完成；

s5：道路模拟耐久试验；

对步骤s4最后迭代所采集的响应信号与期望响应信号做时域对比分析、功率谱分析、穿级计数分析和伪损伤分析，确定响应信号符合试验准确度要求，将最后迭代得到的驱动信号作为最终系统激励信号，驱动系统运行，对半主动悬架车辆进行道路模拟耐久试验；

所述hil仿真系统与rpc控制系统联合仿真，can报文仿真与载荷谱迭代同步运行，保证信号实时对应。