重型車輛轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)臺(tái)電液伺服加載系統(tǒng)的研究

重型車輛轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)臺(tái)電液伺服加載系統(tǒng)的研究重型車輛轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)臺(tái)電液伺服加載系統(tǒng)的研究

摘要

傳統(tǒng)重型車輛轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)臺(tái)普遍采用機(jī)械方式對(duì)轉(zhuǎn)向機(jī)進(jìn)行加載，難以模擬隨著轉(zhuǎn)向角度變化的各種扭矩，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果誤差較大。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于電液伺服加載的重型車輛轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)臺(tái)，利用氣壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)負(fù)載的可逆、可控，電液伺服實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向角度的測(cè)控，提高了測(cè)試的精度和可靠性。本系統(tǒng)具有載荷調(diào)整便捷、角度控制精度高、穩(wěn)態(tài)特性良好等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果誤差小，驗(yàn)證了其在重型車輛轉(zhuǎn)向機(jī)測(cè)試中的可行性，展現(xiàn)了較高的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：重型車輛；轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)臺(tái)；電液伺服；加載系統(tǒng)；測(cè)試精度

Abstract

Traditionalheavy-dutyvehiclesteeringtestplatformsgenerallyusemechanicalmethodstoloadthesteeringgear,makingitdifficulttosimulatevarioustorquesthatchangewithsteeringangle,resultinginlargeerrorsintestresults.Thispaperdesignsandimplementsaheavy-dutyvehiclesteeringtestplatformbasedonelectro-hydraulicservoloading.Thereversibleandcontrollableloadisachievedbyusingapneumaticmotor,andtheanglemeasurementandcontrolisachievedusinganelectro-hydraulicservo.Thesystemischaracterizedbyconvenientloadadjustment,highanglecontrolaccuracy,andgoodsteady-statecharacteristics.Experimentalresultsshowthatthetestresultsofthissystemhavesmallerrors,whichverifiesitsfeasibilityintestingheavy-dutyvehiclesteeringgearsanddemonstratesitshighapplicationvalue.

Keywords:Heavy-dutyvehicle;Steeringtestplatform;Electro-hydraulicservo;Loadingsystem;Testingaccuracy

一、引言

隨著現(xiàn)代交通工具的不斷升級(jí)，重型車輛行業(yè)的發(fā)展越來越受到重視。在重型車輛的使用過程中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是保證行車安全的重要組成部分。每一次出現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的不良現(xiàn)象，都會(huì)對(duì)駕駛員和車輛帶來極大的危害。因此，對(duì)重型車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究和測(cè)試一直是廣大研發(fā)人員的重要課題。

重型車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究主要包括理論分析和實(shí)驗(yàn)研究?jī)蓚€(gè)部分。其中，實(shí)驗(yàn)研究是理論分析的有效補(bǔ)充，也是重型車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究的重要手段。傳統(tǒng)的重型車輛轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)臺(tái)普遍采用機(jī)械方式對(duì)轉(zhuǎn)向機(jī)進(jìn)行加載，難以模擬隨著轉(zhuǎn)向角度變化的各種扭矩，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果誤差較大。同時(shí)，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)臺(tái)存在著載荷調(diào)整不便、角度控制精度低等諸多問題。

為了解決傳統(tǒng)重型車輛轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)臺(tái)存在的問題，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于電液伺服加載的重型車輛轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)臺(tái)。本系統(tǒng)利用氣壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)負(fù)載的可逆、可控，電液伺服實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向角度的測(cè)控。本系統(tǒng)具有載荷調(diào)整便捷、角度控制精度高、穩(wěn)態(tài)特性良好等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果誤差小，驗(yàn)證了其在重型車輛轉(zhuǎn)向機(jī)測(cè)試中的可行性。

二、設(shè)計(jì)方案

1.系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由電液伺服配置、載荷調(diào)整機(jī)構(gòu)、傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。其中，電液伺服配置可以對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行角度控制，載荷調(diào)整機(jī)構(gòu)可以對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)載控制，傳感器系統(tǒng)可以對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的狀態(tài)信息進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)則對(duì)傳感器系統(tǒng)采集到的信息進(jìn)行收集、整理和處理。

2.電液伺服配置設(shè)計(jì)

電液伺服配置是本系統(tǒng)中的核心部分，它通過采用基于伺服閥和比例閥相結(jié)合的控制方式，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向角度的測(cè)控。其中，伺服閥控制轉(zhuǎn)向機(jī)的較高位，比例閥控制轉(zhuǎn)向機(jī)的較低位，整體構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。

3.載荷調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用氣壓馬達(dá)作為負(fù)載調(diào)整機(jī)構(gòu)，特點(diǎn)是可逆性強(qiáng)，響應(yīng)快速，具有較高的扭矩輸出能力。載荷調(diào)整機(jī)構(gòu)通過控制氣壓馬達(dá)的壓力和流量，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)負(fù)載的可控。

4.傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳感器系統(tǒng)主要由角度測(cè)量傳感器、負(fù)載傳感器和流量傳感器組成，分別實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)向角度、負(fù)載和流量的采集。

5.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用高速數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，配以特定的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)記錄。

三、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

本系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證主要包括載荷調(diào)整性能驗(yàn)證、角度控制性能驗(yàn)證和穩(wěn)態(tài)特性驗(yàn)證三個(gè)部分。

1.載荷調(diào)整性能驗(yàn)證

在實(shí)驗(yàn)中對(duì)載荷調(diào)整機(jī)構(gòu)進(jìn)行了負(fù)載測(cè)試，驗(yàn)證了其對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的負(fù)載調(diào)整能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)能夠通過對(duì)氣壓馬達(dá)的壓力和流量控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的載荷調(diào)整功能，并且具有響應(yīng)快速、負(fù)載輸出穩(wěn)定等特點(diǎn)。

2.角度控制性能驗(yàn)證

在實(shí)驗(yàn)中對(duì)電液伺服系統(tǒng)進(jìn)行了角度控制測(cè)試，驗(yàn)證了其對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角度控制能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)可以精確地控制轉(zhuǎn)向角度，并且具有較高的控制精度和穩(wěn)定性。

3.穩(wěn)態(tài)特性驗(yàn)證

在實(shí)驗(yàn)中對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)特性驗(yàn)證，驗(yàn)證了其在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)具有穩(wěn)定的工作狀態(tài)、低的誤差和良好的穩(wěn)態(tài)特性。

四、總結(jié)與展望

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于電液伺服加載的重型車輛轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)臺(tái)，通過氣壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)負(fù)載的可逆、可控，電液伺服實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向角度的測(cè)控，提高了測(cè)試的精度和可靠性。本系統(tǒng)具有載荷調(diào)整便捷、角度控制精度高、穩(wěn)態(tài)特性良好等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，測(cè)試結(jié)果誤差小，驗(yàn)證了其在重型車輛轉(zhuǎn)向機(jī)測(cè)試中的可行性，將為重型車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究和實(shí)驗(yàn)提供良好的測(cè)試平臺(tái)。未來，可以進(jìn)一步擴(kuò)展本系統(tǒng)的功能，增加轉(zhuǎn)速測(cè)量、加速度測(cè)量等功能，提高系統(tǒng)的全面性和應(yīng)用范圍同時(shí)，為了進(jìn)一步提高測(cè)試效率和精度，可以考慮采用更先進(jìn)的控制算法和傳感器，提高系統(tǒng)的控制精度和靈敏度。此外，可以結(jié)合現(xiàn)代化的儀器設(shè)備，如數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、虛擬仿真技術(shù)等，提高測(cè)試數(shù)據(jù)的獲取和處理效率，加快測(cè)試過程。最后，可以將本系統(tǒng)應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域，如機(jī)械、航空、海洋等，為相關(guān)領(lǐng)域的研究和實(shí)驗(yàn)提供支撐。總之，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)為重型車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究和實(shí)驗(yàn)提供了一種新的方法和手段，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值和推廣前景除了上述提到的控制算法、傳感器及儀器設(shè)備等方面的提升，還有一些其他的優(yōu)化方向可以考慮。

首先，可以優(yōu)化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高其穩(wěn)定性和可靠性?？梢圆捎酶鼒?jiān)固耐用的材料和連接件，減少失效概率，從而提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的壽命和可靠性。此外，可以對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，提高其傳動(dòng)效率和減小傳動(dòng)誤差，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的控制精度和靈敏度。

其次，可以在測(cè)試過程中加入更多的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和反饋機(jī)制，減少人為干預(yù)，提高測(cè)試的自動(dòng)化程度。例如，可以安裝更多的傳感器，監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的狀態(tài)和運(yùn)行情況，并通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和分析，及時(shí)反饋給控制算法，從而實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)和控制。

第三，可以以該系統(tǒng)為基礎(chǔ)，開展更深入的研究，探究重型車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的其他問題。例如，可以研究車輛在不同路況和載重條件下的轉(zhuǎn)向性能和穩(wěn)定性，分析轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制策略和參數(shù)選擇對(duì)轉(zhuǎn)向性能的影響，并針對(duì)這些問題進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。

最后，還可以將該系統(tǒng)與其他測(cè)試設(shè)備和工具相結(jié)合，開展更加全面和深入的研究。例如，可以將該系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)、制動(dòng)系統(tǒng)等進(jìn)行整車測(cè)試，分析車輛的綜合性能，并進(jìn)行更加全面的系統(tǒng)優(yōu)化。同時(shí)也可以利用虛擬仿真技術(shù)，模擬車輛行駛過程中的各種情況，進(jìn)一步優(yōu)化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制策略和參數(shù)選擇，提高系統(tǒng)的魯棒性和適應(yīng)性。

綜上所述，重型車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，其轉(zhuǎn)向性能和穩(wěn)定性直接影響車輛的行駛安全和舒適性。因此，對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究和測(cè)試具有重要意義。本文介紹的基于虛擬儀器技術(shù)的重型車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)具有較高的可靠性和精度，可以為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究和實(shí)驗(yàn)提供重要的支撐和手段。隨著技術(shù)不斷的發(fā)展和完善，該系統(tǒng)的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛，為車輛行駛的安全和舒適提供更好的保障未來，重型車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究將會(huì)更加注重對(duì)系統(tǒng)的智能化、自主化、可靠性進(jìn)行探究。其中，智能化方面主要包括采用先進(jìn)的傳感器技術(shù)、控制算法、決策系統(tǒng)和通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和環(huán)境變化的實(shí)時(shí)感知和分析，提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的自適應(yīng)性和智能化水平。自主化方面則包括在安全和舒適的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛在同一車隊(duì)內(nèi)、車輛之間的協(xié)同控制和信息交流，提高車輛的行駛效率和運(yùn)輸能力?？煽啃苑矫鎰t需要針對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵部件和控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，提高系統(tǒng)的故障診斷和自我修復(fù)能力，確保車輛行駛過程的安全和穩(wěn)定。

另外，重型車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究也需要與其他領(lǐng)域進(jìn)行交叉，例如智能化交通系統(tǒng)、智能制造等。例如，將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與車輛骨架結(jié)構(gòu)、底盤控制系統(tǒng)、輪軸系統(tǒng)等緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)車輛的整體控制和優(yōu)化；將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與交通信號(hào)控制系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)車輛行駛過程中的智能化導(dǎo)航和交通優(yōu)化；將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與智能制造技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)車輛制造全生命周期中的智能化監(jiān)控和優(yōu)化。

綜上所述，重型車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究將會(huì)是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)和機(jī)遇的學(xué)科領(lǐng)域