CN111896275A - 一种整车道路模拟试验的测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整车道路模拟试验的测试系统及方法，属于汽车道路模拟实验测试技术领域。该测试系统包括，采集模块，所述采集模块用于采集几何路谱；处理模块，所述处理模块接收所述采集模块采集到的几何路谱生成虚拟路谱，并根据所述虚拟路谱进行仿真；控制模块，所述控制模块根据所述处理模块的仿真数据，控制模拟设备对汽车进行道路模拟实验。本发明通过采集模块采集不同种类道路的路谱，并进行处理仿真，根据仿真结果在室内通过模拟设备对汽车进行道路模拟试验，既能满足试验需求又节约了试验成本。

Description

一种整车道路模拟试验的测试系统及方法

技术领域

本发明涉及一种整车道路模拟试验的测试系统及方法，属于汽车道路模拟实验测试技术领域。

背景技术

随着汽车产业的飞速发展，作为近年来使用最为广泛的交通工具之一，针对汽车的研究、开发速度也在不断加快，而在汽车开发过程中，对成品汽车进行测试是研发的重要环节之一，其主要包括耐久仿真试验和道路模拟试验两部分，其中耐久仿真试验是让汽车连续、长途行驶，观察车辆的底盘与框架结构是否完好无损、不会因损坏而引起事故。道路模拟试验则需要根据不同的道路模型对汽车进行性能方面的测试；例如平顺性，汽车行驶过程中，由于路面不平、车速的变化等因素激起汽车振动，而振动同时影响着乘员的舒适性、工作效能和身体健康，试验结果更具针对性和灵活性。

道路模拟试验中使用的道路模型包含汽车在目标用户使用时可能会遇到的不同道路类型，传统的道路模拟试验采用外场测试的方式，让汽车在专门的试验场地或相应的实际道路上行驶，此方法非常繁琐且成本较高，需要大量的人力、物力，现有的模拟测试系统虽然考虑到将外场测试转变成利用测试工具在室内进行模拟测试，但这种方式对汽车的测试不如外场测试贴近实际，模拟的情况真实性较差，且现有的道路模拟试验中，使用的道路模型种类比较有限，因此需要一种更全面、灵活的道路模拟试验系统对汽车进行测试。

发明内容

本发明提出了一种整车道路模拟试验的测试系统及方法，能够在室内进行不同种类道路的测试。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种整车道路模拟试验的测试系统，包括，

采集模块，用于采集几何路谱；

处理模块，接收所述采集模块采集到的几何路谱生成虚拟路谱，并根据所述虚拟路谱进行仿真；

控制模块，根据所述处理模块的仿真数据控制模拟设备工作；

模拟设备，对汽车A进行道路模拟实验。

作为本发明所述的整车道路模拟试验的测试系统的一种优选方案，还包括，检测模块，

所述检测模块与汽车A相连接，能够检测所述汽车A的轮毂位置加速度。

作为本发明所述的整车道路模拟试验的测试系统的一种优选方案，所述道路采集模块包括三维激光扫描仪，能够进行点云数据的采集以及后期数据处理，生成几何路谱。

作为本发明所述的整车道路模拟试验的测试系统的一种优选方案，所述处理模块包括格式转换工具和仿真工具，

所述格式转换工具用于转换几何路谱的格式，所述仿真工具用于虚拟路谱的生成和车辆的仿真。

作为本发明所述的整车道路模拟试验的测试系统的一种优选方案，所述设备控制模块为计算机。

作为本发明所述的整车道路模拟试验的测试系统的一种优选方案，所述控制模拟设备包括控制台、作动缸和作动缸控制器，

作为本发明所述的整车道路模拟试验的测试系统的一种优选方案，所述控制台用于支撑所述汽车A，汽车A的车轮分别设置于所述作动缸上，所述作动缸控制器与所述汽车A的作动缸相连接。

一种整车道路模拟试验的测试方法，包括以下步骤，

采集模块采集几何路谱；

处理模块对所述几何路谱进行处理，得到汽车轮毂中心的加速度曲线；

控制模块根据所述加速度曲线控制模拟设备对汽车A进行模拟实验。

所述处理模块的处理还包括以下步骤，

格式转换工具将几何路谱的格式进行转换；

仿真工具通过几何路谱生成虚拟路谱并进行虚拟仿真，并记录藩镇汽车的加速度曲线。

作为本发明所述的整车道路模拟试验的测试方法的一种优选方案，还包括以下步骤，

检测模块在汽车A进行模拟实验时检测其轮毂位置加速度，所述检测模块检测到汽车A的轮毂位置加速度与控制模块输出的加速度不一致时，采用多次迭代的算法调整汽车A的加速度使其与控制模块输出的加速度一致。

作为本发明所述的整车道路模拟试验的测试方法的一种优选方案，所述多次迭代的算法包括以下步骤，

将输出经过比例，积分，微分3种运算方式，叠加到输入中从而进行控制，其输入和输出的关系为：

其中u(n)为输出，e(n)为输入，K_p为比例系数，K_pe(n)、

和K_d(e(n)-e(n-1))分别代表比例项、积分项和微分项。

作为本发明所述的整车道路模拟试验的测试方法的一种优选方案，所述采集几何路谱还包括以下步骤，通过三维激光扫描仪采集测试路面的路面信息；通过GPS监测车辆的运动轨迹；根据车辆的运行轨迹以及测试路面的路面信息来形成道路谱。

作为本发明所述的整车道路模拟试验的测试系统的一种优选方案，在车内五个座椅及座椅前地板位置放置加速度传感器，此位置分别与乘员腰部、背部及脚相接触，在道路模拟试验过程中计算机持续收集传感器的数据。

本发明的有益效果如下：

本发明提供了一种整车道路模拟试验的测试系统及方法，能够针对多种不同类型的道路对汽车进行模拟实验，例如平顺性试验，汽车行驶过程中，由于路面不平、车速的变化等因素激起汽车振动，而振动同时影响着乘员的舒适性、工作效能和身体健康，同时可以灵活变更道路模型，试验结果更具针对性和灵活性。

附图说明

图1为本发明第一种实施例中所述整车道路模拟试验的测试系统的结构示意图。

图2为本发明第一种实施例中所述整车道路模拟试验的测试系统的系统示意图。

图3为本发明第二种实施例中所述整车道路模拟试验的测试方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1～2的示意，本实施例中提出一种整车道路模拟试验的测试系统，实现了对待测试车辆的道路模拟试验，该系统可以采集不同状况的道路信息并生成相应的路谱，利用控制模块控制汽车，模拟其在不同道路上的行驶状况，道路模型包含汽车在目标用户使用时可能会遇到的不同道路类型，使试验结果更具针对性和灵活性。

本实施例中，该整车道路模拟试验的测试系统包括采集模块100、处理模块200、控制模块300、模拟设备400和检测模块500。具体的，采集模块100用于采集不同道路的几何路谱，采集模块100包括三维激光扫描仪，一般设置于道路采集车辆上并采集测试路面的周边场景信息，三维激光扫描仪通常包括激光发射器、激光接收器、计数器、鉴相器、相机、内置微电脑等，其中激光发射器和激光接收器是三维激光扫描仪的核心，激光发射器发射激光束并通过反射镜对被测对象进行扫描，通过鉴相器获取不同点位的反射时间差，从而得到三维激光扫描仪与扫描对象间的距离，内置微电脑构建空间坐标系，将极坐标转换成扫描对象每个点的三维坐标，并整合得到扫描对象的采样点集合，即点云数据，三维激光扫描仪能够进行点云数据的采集以及后期数据处理，并生成几何路谱，其格式为FLS格式。

处理模块200用于接收采集模块100采集到的几何路谱，并生成虚拟路谱。具体的，处理模块200包括格式转换工具201和仿真工具202，其中，格式转换工具201用于将FLS格式的几何路谱转换成转换成OpenCRG格式，仿真工具202为CARSIM软件，本领域技术人员可以理解的是，CARSIM软件是专门针对车辆动力学的仿真软件，其作用是将采集模块100采集到的几何路谱转换成虚拟路谱，并且通过CARSIM软件令虚拟数字汽车跑在虚拟何路谱上，记录仿真过程中汽车轮毂中心的加速度曲线。

控制模块300根据处理模块200生成的虚拟路谱和仿真过程中汽车轮毂中心的加速度曲线，控制模拟设备400对汽车A进行道路模拟实验。具体的，控制模块300为计算机，可以理解的是，计算机包括处理器、存储器、输入/输出接口以及整形、驱动等大规模集成电路，控制模块300与处理模块200相连，接收其生成的虚拟路谱和仿真过程中汽车轮毂中心的加速度曲线，控制模块300还与模拟设备400相连，并控制模拟设备400对汽车A进行道路模拟实验。

模拟设备400是与汽车A相连、并对汽车A进行道路模拟实验的设备。具体的，模拟设备400包括控制台、作动缸和作动缸控制器。其中，控制台作为支撑架，可令汽车A设置于控制台上，在本实施例中，控制台可以选用并联结构的六自由度振动台，具有结构稳定、承载重量大和误差较小的优点。通常控制台在垂直方向布置有四个作动缸，汽车A的四个车轮分别设置于四个作动缸上，使作动缸能够作用于汽车A的车轮上，作动缸用于模拟再现汽车在实际道路运行时的振动环境，从而评价汽车的安全性以及驾驶的舒适性。作动缸控制器与与作动缸的伺服阀相连接，伺服阀是能够将电信号输入转换为功率较大的压力或流量压力信号输出的执行元件，在本实施例中，作动缸控制器能够根据控制模块300输出的信号控制作动缸的运动，使作动缸作用于汽车A的车轮上，从而使车轮达到要求的加速度。

检测模块500与汽车A相连接，能够检测汽车A的轮毂和座椅位置加速度。具体的，检测模块500为加速度传感器，设置于汽车A的轮毂、座椅和地板位置，加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。传感器在加速过程中，通过对质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律获得加速度值。检测模块500实时检测汽车A轮毂、座椅和地板位置的加速度，检测模块500与控制模块300相连接，将检测到的轮毂位置实时加速度反馈至控制模块300，如检测模块500检测到汽车A轮毂加速度与处理模块200仿真过程中汽车轮毂中心的加速度误差比较大的话，则采用多次迭代的算法迅速保证轮毂的作用力与所要求的道路模型尽可能的接近。座椅和地板位置的加速度是用来计算乘客在汽车振动的过程中是否有超出乘客舒适范围的加速度分量。

实施例2

参照图3的示意，本实施例中提出一种整车道路模拟试验的测试方法，该方法依托于上述整车道路模拟试验的测试系统进行实现。具体的，该方法包括以下步骤，

步骤一：道路采集模块100采集几何路谱。具体的，道路采集模块100采集几何路谱是通过三维激光扫描仪采集测试路面的路面信息生成点云数据就行了，通过点云数据的采集以及后期数据处理从而生成几何路谱。

步骤二：处理模块200根据采集到的几何路谱生成虚拟路谱。具体的，处理模块200先通过格式转换工具201将FLS格式的几何路谱转换成转换成OpenCRG格式，再通过仿真工具202将OpenCRG格式的几何路谱转换成虚拟路谱，并且通过仿真工具202令虚拟数字汽车跑在生成的虚拟何路谱上，同时记录仿真过程中汽车轮毂中心的加速度曲线，其中仿真工具202可以为CARSIM软件。

步骤三：控制模块300接收处理模块200生成的虚拟路谱，并控制模拟设备400对汽车A进行模拟实验。控制模块300根据处理模块200仿真过程中汽车轮毂中心的加速度曲线，令模拟设备400作用于汽车A，使汽车A的车轮达到步骤二中仿真过程中汽车轮毂中心的加速度，进行道路模拟试验。

模拟设备400包括控制台、作动缸和作动缸控制器，其中，控制模块300与作动缸控制器相连接，作动缸控制器与作动缸的伺服阀相连接，被测汽车A的四个车轮分别置于控制台的作动缸上。控制模块300控制作动缸控制器作用于作动缸的伺服阀上，从而控制汽车A的轮毂中心的加速度。

检测模块500分别设置于汽车A的轮毂、座椅和地板位置，检测模块500为加速度传感器。放置在汽车A轮轴的四个轴头分别安装有反馈轴头处加速度的加速度传感器，通过检测模块500检测汽车A轮毂位置的加速度，并将其与处理模块200仿真过程中汽车轮毂中心的加速度曲线进行对比，当二者的误差超过5％时，采用多次迭代的算法调整汽车A轮毂位置的加速度，使其与仿真过程中汽车轮毂中心的加速度保持一致。

具体的，本实施例中采用的多次迭代算法具体包括将输出经过比例，积分，微分3种运算方式，叠加到输入中从而进行控制，其输入和输出的关系为：

其中u(n)为输出，e(n)为输入，K_p为比例系数，K_pe(n)、

和K_d(e(n)-e(n-1))分别代表比例项、积分项和微分项。

放置在座椅位置的15个加速度传感器，分别在5个座椅的背部、腰部与脚接触的位置放置，通过检测模块500检测汽车A轮毂位置的加速度，代入如下公式得到某点的总价全加速度均方根值：

场景一：

目前大部分车企依旧选择传统的户外道路测试的方式对汽车进行模拟试验，传统的户外测试方法具有时间成本投入高，影响因子不受控，问题不收敛等缺陷。而本发明提供的测试方法相对传统测试方法具有较高的测试效率、能够根据仿真开发过程中所识别的风险点安排有针对性的测试以及影响因子可控的优点。

本实施例中将采用传统的户外路试方法和本实施例提供的整车道路模拟试验的测试方法分别对试验车辆进行测试并根据国家标准比对得出测试结果。本次试验主要应用在动态载荷维度，不包含静态强度。通过轴耦合试验台架完成所有单频点对车身的扫描，频点从1-50Hz,频点间隔0.5Hz，幅度统一为0.5g。根据整车与轴耦合试验台、计算机和仿真软件的试验环境的配置，循环对车身扫频，结合如下公式和表1计算得出乘员的舒适性感觉影响较大的频点，超出表1比较不舒服范围的频点需对悬架进行优化。

式中：

——前后方向(即x轴向)加权加速度均方根值，单位为米每二次方秒(m/s²)；

——左右方向(即y轴向)加权加速度均方根值，单位为米每二次方秒(m/s²)；

——垂直方向(即z轴向)加权加速度均方根值，单位为米每二次方秒(m/s²)；

k_x、k_y、k_z为各轴轴加权系数；

j＝1、2、3分别代表座椅座垫上方、座椅靠背及驾驶室地板三个位置；

——某点总加权加速度均方根值，单位为米每二次方秒(m/s²)。

首先用计算机读取座椅和地板的传感器数据，把每个时刻的数据代入如上公式，参考国家标准GB/T 4970-2009如表1所示就能计算出任一时刻乘员的舒适性感觉。

表1国家标准GB/T 4970-2009

场景二：

应用耐久仿真软件Abaqus联合车身三维建模软件CATIA一起对某车型动态载荷灵敏度进行验证，频率范围选取5-50Hz，幅度统一为0.5g(g为重力加速度)，输入波形为正弦波。通过仿真软件迭代30组道路模拟数据，通过检测模块500分别检测汽车A坐垫上方、座椅靠背与地板位置的加速度值，代入如下公式：

如某个时刻总加权加速度均方根值大于1，则可通过计算机找出此时刻某个方向某个位置的加速度较高，再通过仿真软件找到该时刻路面激励对应的频点和能量分量，可根据此数据优化悬架的参数。

通过此方法，就可以找到平顺性影响较大的几个路面，可以对整车进行有针对性的试验，验证悬架优化后的效果。此方法可多次迭代，方便解决问题后马上验证。

表2测试结果

根据测试结果如表2所示可以看出，使用本实施例提供的测试方法进行整车道路模拟试验，相对于传统方法不仅节约了测试时间，且能够根据仿真开发过程中所识别的风险点安排有针对性的测试，从而更好的发现车辆的关键问题，减小测试的时间和经济成本。应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种整车道路模拟试验的测试系统，其特征在于：包括，

采集模块(100)，用于采集几何路谱；

处理模块(200)，接收所述采集模块(100)采集到的几何路谱生成虚拟路谱，并根据所述虚拟路谱进行仿真；

控制模块(300)，根据所述处理模块(200)的仿真数据控制模拟设备工作；

模拟设备(400)，对汽车A进行道路模拟实验。

2.根据权利要求1所述的一种整车道路模拟试验的测试系统，其特征在于：还包括，检测模块(500)，

所述检测模块(500)与汽车A相连接，能够检测所述汽车A的轮毂位置加速度。

3.根据权利要求2所述的一种整车道路模拟试验的测试系统，其特征在于：所述道路采集模块(100)包括三维激光扫描仪，能够进行点云数据的采集以及后期数据处理，生成几何路谱。

4.根据权利要求3所述的一种整车道路模拟试验的测试系统，其特征在于：所述处理模块(200)包括格式转换工具(201)和仿真工具(202)，

所述格式转换工具(201)用于转换几何路谱的格式，所述仿真工具(202)用于虚拟路谱的生成和车辆的仿真。

5.根据权利要求4所述的一种整车道路模拟试验的测试系统，其特征在于：所述控制模块(300)为计算机。

6.根据权利要求5所述的一种整车道路模拟试验的测试系统，其特征在于：所述模拟设备(400)包括控制台、作动缸和作动缸控制器，

所述控制台用于支撑所述汽车A，汽车A的车轮分别设置于所述作动缸上，所述作动缸控制器与所述汽车A的作动缸相连接。

7.一种整车道路模拟试验的测试方法，其特征在于：包括以下步骤，

采集模块(100)采集几何路谱；

处理模块(200)对所述几何路谱进行处理，得到汽车轮毂中心的加速度曲线；

控制模块(300)根据所述加速度曲线控制模拟设备(400)对汽车A进行模拟实验。

8.根据权利要求7所述的一种整车道路模拟试验的测试方法，其特征在于：所述处理模块(200)的处理还包括以下步骤，

格式转换工具(201)将几何路谱的格式进行转换；

仿真工具(202)通过几何路谱生成虚拟路谱并进行虚拟仿真，并记录藩镇汽车的加速度曲线。

9.根据权利要求8所述的一种整车道路模拟试验的测试方法，其特征在于：还包括以下步骤，

检测模块(500)在汽车A进行模拟实验时检测其轮毂位置加速度，所述检测模块(500)检测到汽车A的轮毂位置加速度与控制模块(300)输出的加速度不一致时，采用多次迭代的算法调整汽车A的加速度使其与控制模块(300)输出的加速度一致。

10.根据权利要求9所述的一种整车道路模拟试验的测试方法，其特征在于：所述多次迭代的算法包括以下步骤，

将输出经过比例，积分，微分3种运算方式，叠加到输入中从而进行控制，其输入和输出的关系为：

其中u(n)为输出，e(n)为输入，K_p为比例系数，K_pe(n)、

和K_d(e(n)-e(n-1))分别代表比例项、积分项和微分项。

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