轴耦合道路模拟试验台的六维力波形复现控制方法研究

摘要 ............................................................................................................................... I ABSTRACT ..................................................................................................................... I I 第1章绪论 . (1)

1.1课题的来源及研究的背景和意义 (1)

1.1.1 课题来源 (1)

1.1.2 课题研究的背景和意义 (1)

1.2轴耦合道路模拟试验台的国内外研究发展及现状 (2)

1.2.1 国外道路模拟试验台的研究发展及现状 (2)

1.2.2 国内道路模拟试验台的研究发展及现状 (4)

1.2.3道路模拟试验台的研究现状简析 (5)

1.3国内外道路模拟试验控制技术的研究发展及现状 (6)

1.3.1轴耦合道路模拟控制技术概述 (6)

1.3.2振动控制系统的国内外研究发展及现状 (7)

1.3.3振动控制技术简析 (8)

1.4本文的主要研究内容 (9)

第2章6-DOF轴耦合道路模拟试验台系统建模 (10)

2.1引言 (10)

2.2轴耦合试验台设计指标及虚拟样机模型完善 (10)

2.3试验台逆动力学建模 (12)

2.3.1液压作动器的受力分析 (13)

2.3.2 3~6号双臂曲柄受力分析 (15)

2.3.3 台架受力分析 (16)

2.3.4 1、2号液压作动器驱动力的求解 (18)

2.4六维力分解模型的验证 (19)

2.5电液伺服力控制研究 (21)

2.5.1系统数学模型的建立 (21)

2.5.2电液伺服力控制研究 (25)

2.6本章小结 (26)

第3章试验台频响函数辨识方法的研究 (27)

3.1引言 (27)

3.2功率谱密度与时域信号的相互转换 (27)

3.2.1 时域信号到功率谱密度的转换 (27)

3.2.2 功率谱密度到时域信号的转换 (28)

3.3基于参数模型的频响函数辨识方法 (30)

3.3.1 SISO递推最小二乘辨识 (31)

3.3.2 MIMO递推最小二乘辨识 (33)

3.4基于非参数模型的频响函数辨识方法 (37)

3.4.1 频响函数估计方法 (37)

3.4.2频响函数辨识 (38)

3.5本章小结 (41)

第4章六维力波形复现控制算法的研究 (42)

4.1引言 (42)

4.2路面不平度信号再现 (42)

4.2.1 路面不平度功率谱密度描述 (43)

4.2.2谐波叠加法 (44)

4.2.3积分白噪声法 (45)

4.3基于广义逆理论的系统阻抗函数的求取 (46)

4.3.1广义逆理论 (46)

4.3.2迭代算法的稳定性分析 (47)

4.4六维力波形控制算法 (50)

4.4.1 精度指标 (50)

4.4.2 迭代修正驱动信号 (50)

4.5仿真分析 (52)

4.6本章小结 (59)

第5章实验研究 (60)

5.1引言 (60)

5.2新型直驱式容积伺服关节驱动系统介绍 (60)

5.2.1 硬件组成 (60)

5.2.2 软件组成 (61)

5.3基于时域再现技术的系统仿真分析 (62)

5.4实验分析 (64)

5.5本章小结 (65)

结论 (66)

参考文献 (68)

攻读硕士学位期间发表的学术论文 (73)

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (74)

致谢 (75)

第1章绪论

1.1课题的来源及研究的背景和意义

1.1.1 课题来源

本课题基于哈尔滨工业大学的六自由度（6-DOF）轴耦合道路模拟试验台在研项目。该项目以现阶段最具有代表性的美国MTS公司的329系列轴耦合道路模拟试验台为主要研究对象。本文作为课题的阶段性研究，在已有研究的基础上，着重对六维力波形复现控制技术进行研究。

1.1.2 课题研究的背景和意义

随着科技水平的飞速发展，人们对汽车的整体性能要求也越来越高。一般汽车的一般行驶里程为几十万公里[1]，使用环境复杂，不仅要求其动力特性具有较高的要求，同时对汽车的安全性、舒适性以及可靠性提出更高的标准[2]。

汽车研发过程中最为关键的环节之一为汽车疲劳性试验，它不仅为汽车产品合格性的检验提供了有效途径，而且为进一步的设计优化提供了参考依据。汽车疲劳性试验可以分为试验场试验，室内道路模拟以及数字虚拟实验。随着竞争的日益加剧，室内道路模拟试验由于进程快、重复性好逐渐代替试验场试验[3]。室内道路模拟试验采用试验设备在室内模拟出与车辆实际行驶过程中相一致的载荷环境，从而对被测试车辆的关键零部件或整车的实际受载状态进行模拟，加快对相关零部件疲劳受损原因的分析[4]。

目前，采用的道路模拟台主要有三类[5]：底盘测功机（主要用于模拟整车所受的纵向力），道路模拟振动台（主要用于车辆零部件的模拟试验）以及道路模拟试验台（主要用于整车的振动工况的模拟）。其中可用于对整车及车架、驾驶室等进行耐久性试验的道路模拟试验台主要有两种形式：

（1）轮耦合道路模拟试验台采用液压伺服作动器直接对被测车辆的四轮施加垂直方向的载荷，在轮胎处再现与实际行驶中等效的作用力来进行测试。

（2）轴耦合道路模拟试验台将作用力直接加载到车轴两端，能更精确的模拟车辆实际行驶状况，适用于关键零部件的耐久性试验及整车试验。

MTS的6-DOF轴耦合道路模拟试验台是目前最具代表性的道路模拟试验台，它能对车辆主轴上的力和力矩进行六自由度控制，同时可提供多种灵活的配置测试方法[6]。先进的道路模拟台可有效的增强测试的可重复性，提高测试