[实用新型]液罐车辆液-固双向耦合实时模拟试验台

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种液罐车辆的双向耦合实时模拟试验装置，用于液罐车辆的液体-车体双向耦合特性的研究和液罐车辆稳定性控制策略的开发与验证。

背景技术

随着我国对化工产品需求的逐年扩大，公路运输液体化工产品的运量不断攀升。据统计，近几年每年运输液体化工产品在2亿吨左右，其中80％是由公路运输完成。由于罐内液体晃动和车辆运动的相互耦合影响，在避障运动过程中易发生折叠、摆振等横向失稳和侧翻事故，液罐车辆的整车稳定性较一般商用车辆更为复杂。因此，研究液体与车辆相互之间的双向耦合特性、考虑液体晃动特性开发有针性的稳定性控制策略是改善液罐车辆稳定性能的重要研究方向。

目前液体对罐体的冲击及其运动形态的研究还没有成熟的理论分析和计算方法，单纯采用液罐车辆动力学仿真的方式难以获得高准确度的液罐车辆动力学特性，而同时实际液罐车危险性极高，为更准确的提供液罐车辆液-固双向耦合试验数据、并为控制策略提供实时开发平台和验证平台，最好的选择是采用能够反映液体与车体双向耦合特性、同时又能实时地模拟实际液罐车辆的运行的液罐车辆试验台。

目前国内外大多数研究中采用的液罐试验台都是采用单一激励的形式，无法表现出商用车辆在实际行驶过程中由于道路条件和驾驶员操纵的复杂性和车体构造多自由度运动的复杂性引起的复杂液罐运动。

国内发明专利申请公布号为CN102288348A，发明名称：一种液罐动态测试试验台，申请日为2011年7月20日，申请号为201110202742.9，申请人为山东交通学院。该专利文件中介绍了一种可用于液罐动态测试的试验台，通过采用带有底部导轨的液罐试验台，实现了对液罐车辆的联合工况和路面不平度冲击的模拟，并采用压力传感器分析液罐受力、利用图像分析液体运动特点，用于罐体轻量化设计、提高安全性和可靠性。但未提供实现液体-车体双向耦合以及液罐车辆实时模拟的装置和方法。

国外专利中尚无针对液罐车辆特性进行研究的试验台。

液体与车体之间的相互耦合严重，实际行驶工况复杂，忽略液-固双向耦合特性而采用单向耦合的方式对液罐车辆的特性进行研究，不能准确反映液罐车辆的动力学特性，同时单一工况下的液体动力学响应比实际复杂工况下的响应简单的多，单纯采用简单激励对液体的特性进行研究会使结果过于简化，这些都对液罐车辆在实际工况下的液体晃动特性和液罐车辆动力学特性的研究和总结有很大的制约。另外，液罐车辆的动力学特性较之普通商用车有很大不同，在控制算法的开发上如果忽略液体晃动特性，会导致控制方法不准确，甚至导致相反的控制效果，危险性很大。

因此，有必要开发能够反映液体与车体双向耦合特性、同时又能实时地模拟实际液罐车辆的运行的液罐车辆试验台，用于液体与车辆之间液-固双向耦合特性的研究和有针对性的液罐车辆稳定性控制策略的开发。

发明内容

本实用新型的目的在于开发一种能够有效反映液罐车辆的液体-车辆双向耦合特性、并能模拟实际液罐车辆的实时运行的试验装置，用于液罐车辆液-固双向耦合特性的研究和液罐车辆控制策略的开发。

为实现上述目的，本实用新型是按如下技术方案实现的：

一种液罐车辆液-固双向耦合实时模拟试验台，包括缩比液罐运动平台总成、液罐车辆实时仿真平台、人机交互调试平台、驾驶员操纵装置和驾驶员视景系统。缩比液罐运动平台总成与液罐车辆实时仿真平台之间进行实时的信息交互，实现对液罐车辆的双向耦合实时模拟。缩比液罐运动平台总成包括缩比液罐、安装于液罐内部的液位计和液体压力传感器、四个三向力传感器和六自由度运动平台总成，用于实时模拟和测量液罐和液体在真实工况下的运动及液体晃动对车辆动力学特性的影响。液罐车辆实时仿真平台包括实现实时运行的软、硬件环境、数据采集设备、六自由度运动平台控制设备、以及运行于实时环境中的液罐车辆计算程序，用于实时模拟液罐车辆运动、实时采集液体晃动的力和运动信号、实时控制六自由度运动平台的运动。

技术方案中所述的液罐车辆计算程序包括液罐车辆动力学模型、用于缩比液罐与全尺寸液罐之间数据转换的相似性转换模块、作动器伸长量换算模块、数据定时采集模块和控制信号定时发送模块，其中的液罐车辆动力学模型采用考虑了液体动态晃动特性的模型，包括液体晃动力/力矩和瞬态液体质心计算模块和基于Trucksim RT的车辆动力学模型。