智能悬架系统多功能仿真测试平台

市场竞争对汽车性能和开发周期提出了更高要求。在开发阶段进行多系统多领域的并行开发和快速迭代，尽量多的在实验室内进行精准的仿真测试成为刚需，这需要具备多种功能的仿真测试设备。

智能悬架系统多功能仿真测试平台可针对车辆智能悬架系统开发和整车匹配过程，进行1/4车辆悬架试验、悬架ECU硬件在环仿真、悬架实物硬件在环仿真、整车悬架性能试验等仿真测试项目，平台具有多功能快速切换，各个功能之间可共享参数，减少了试验系统在多个台架之间的反复拆装和调试，因此可极大地提供工作效率，而且用户可以省去购买多个功能单一台架的重复部分，节省费用和占地面积。

1.主要功能
1.1.1/4车辆悬架性能测试

图 1 1/4车辆悬架性能测试

应用场景：

• 基于RCP的智能悬架控制算法开发、参数标定；
• 减振器/空簧性能调教；

功能特色：

• 安装全部空气悬架组件，簧上质量可调节，精准复现悬架组件在车辆中的空间姿态和受力状态；
• 伺服激振器准确输出道路谱，模拟车轮受到的路面不平激励；
• 利用高精度实验室级传感器进行车载传感器的检验标定；
• 台架参数测量功能，包括簧上/簧下质量、弹簧刚度、减震器阻尼等；
• 具备数据采集、数据记录、数据回放及曲线实时显示功能
• 利用NI VeriStand和TestStand进行试验管理和测试自动化管理

1.2.智能悬架ECU硬件在环仿真（HIL）

图 2 智能悬架ECU硬件在环仿真

应用场景：

• ECU软硬件调试；
• ECU应用软件参数标定、功能测试；
• ECU控制算法鲁棒性测试、极限工况测试；

功能特色：

• 实时运行仿真模型，包括整车动力学模型、路面/驾驶员/测试场景模型、传感器模型和空气悬架执行机构模型等；
• 仿真模型可选CarMaker、Carsim等商业软件或自主开发：
• 具备数据采集、数据记录、数据回放及曲线实时显示功能
• 具备故障注入、故障保持、故障定位功能

1.3.四通道整车智能悬架半实物仿真

图 3 四通道整车智能悬架半实物仿真

应用场景：

• 整车悬架控制算法开发、参数标定；
• 减振器/空簧性能调教；

功能特色：

• 四套1/4车辆悬架加载台架分别安装对应空簧/减振器实物；
• 实时运行仿真模型包括整车动力学模型、路面/驾驶员/测试场景模型、空气悬架控制算法模型等；
• 整车仿真输出悬架变形信息通过伺服激振器对减振器/空簧实施激振，产生的垂直力反馈给整车模型，形成闭环；
• 可进行包括激烈转向、加减速等的全工况空气悬架半实物仿真试验；
• 具备数据采集、数据记录、数据回放及曲线实时显示功能
• 利用NI VeriStand和TestStand进行试验管理和测试自动化管理

2.技术指标
1/4车辆悬架加载台架：

• 簧上质量滑块：
  质量调整范围：150~800kg
  运动范围：±350mm
  重载直线导轨
  任意位置锁止
• 电液伺服激振系统：
  最大动态力：15kN
  最大行程：±125mm
  最高速度：2m/s
  最高输出频率：30Hz
  输出波形：正弦波、扫频正弦波、三角波、随机波形
• 车规传感器：
  车身加速度：±2g PSI5接口
  车轮加速度：±16g PSI5接口
  悬架高度：0~90° PWM输出
• 高精度测量传感器：
  车身加速度：±6g，精度0.3%
  车轮加速度：±16g，精度0.3%
  车身位移：800mm磁栅尺，精度50μm
  车轮位移：200mm磁致伸缩，精度0.02%
  激振位移：250mm磁致伸缩，精度0.3%
  激振力：±25kN疲劳级力传感器，精度0.03%

实时机柜

• NI-PXIe 17 slots机箱
• NI-PXIe Intel Xeon或Core-i7实时处理器
• 通用I/O：
  模拟量输入：>32通道
  模拟量输出：>16通道
  数字量I/O：>32通道
• 传感器信号输入：
  模拟电压：>16通道
  PWM：>8通道
  PSI5：>8通道
• 传感器信号仿真输出：
  模拟电压：>12通道
  PWM：>8通道
  PSI5：>8通道
• CAN总线：3通道，支持CAN FD
• 功率驱动：4通道5A，12通道1A
• 程控电源：12V100A
• 故障注入板卡
• 分线箱BOB
• 定制ECU线束接口

上位机系统

• 主机：
  Intel i7处理器，32G内存，1T固态硬盘
  2×27”LCD显示器
  Windows 10专业版
• 软件：
  Matlab 2021b
  NI VeriStand
  NI TestStand
  CarMaker/Carsim

3.系统组成
智能悬架系统多功能仿真测试平台由1/4车辆悬架加载台架、实时机柜和上位机系统等三部分构成，如图 4所示：

图 4 智能悬架系统多功能仿真测试平台系统组成

3.1.1/4车辆悬架加载台架
1/4车辆悬架加载台架的作用是安装被测悬架系统，并按试验测试要求施加特定的激励，它由A型支架、直线导轨、代表1/4车辆模型中的簧上质量的滑块、悬架安装夹具、伺服激振系统和被测悬架系统组成，如图 5所示：

图 5 1/4车辆悬架加载台架

1/4车辆悬架加载台架具有如下特点：

• 适配麦弗逊、双横臂、多连杆等多种悬架形式；
• 可安装车轮、减振器/空簧、摆臂、拉杆等在内的全套悬架组件；
• 精准复现悬架组件在车辆中的空间姿态和受力状态；
• 簧上质量滑块与A型支架之间采用重载直线导轨，簧上质量运动顺滑、摩擦力小；
• 具有簧上质量支撑、移动和锁止机构；
• 采用电液伺服激振系统，可输出正弦、扫频正弦、三角波、随机路谱等波形；
• 安装车身加速度、车轮加速度、悬架高度等车规级传感器和可测量簧上质量垂直位移、加速度、车轮垂直位移加速度、激振力、激振加速度的高精度测量传感器：

3.2.实时机柜
实时机柜为42U标准工业机柜，内部以NI-PXI实时处理器为核心，配置外围模块组成实时I/O、运算和控制平台，具体包括：

• NI-PXIe 17 slots机箱
• NI-PXIe Intel Xeon实时处理器
• 模拟量IO、数字量IO板卡、CAN总线通讯板卡
• 传感器输入信号调理模块
• 模拟量、PWM、PSI5传感器信号仿真模块
• 适应CDC、MRD减振器及空簧系统驱动的功率驱动模块
• 故障注入板卡
• 分线箱BOB
• 定制ECU线束接口
• 大功率程控电源模块

3.3.上位机系统

• 利用NI VeriStand和TestStand进行试验管理和测试自动化管理
• Matlab/Simulink平台下基于模型的控制算法开发
• 基于CarMaker、Carsim等商业软件或基于Matlab/Simulink自主开发的仿真模型：
• 整车动力学仿真模型
• 路面、驾驶员及测试场景模型
• 传感器模型
• 智能悬架执行机构模型
• 智能悬架控制算法模型
• 动态数据采集、数据记录、数据回放及曲线实时显示功能
• 故障注入、故障保持、故障定位功能