1.一种液罐车模拟试验台,其特征在于,包括驾驶模拟装置、液体晃动模拟部分和液罐车仿真平台;
所述液体晃动模拟部分包括罐体、支撑罐体的轮胎组件、静载荷模拟装置、液体晃动模拟装置、力传感器、倾角传感器以及加速度传感器;所述静载荷模拟装置对罐体施加向下载荷以模拟液体重量,所述液体晃动模拟装置对罐体侧壁施加载荷以模拟液体的晃动力,所述力传感器检测轮胎的垂直载荷,所述倾角传感器检测罐体的侧倾角度,所述加速度传感器检测罐体的侧向加速度;
所述液罐车仿真平台包括数据采集卡、液罐车动力学仿真模型模块、液体晃动等效模型模块以及数据输出显示模块;所述数据采集卡采集驾驶模拟装置、力传感器、倾角传感器以及加速度传感器的实时参数,并将参数输入液罐车动力学仿真模型模块;所述液罐车动力学仿真模型模块对车辆的实时状态进行仿真,并输出给数据输出显示模块以及液体晃动等效模型模块;所述液体晃动等效模型模块计算出液体的晃动力,并控制所述液体晃动模拟装置对所述罐体施加所述晃动力。
2.根据权利要求1所述的液罐车模拟试验台,其特征在于,所述驾驶模拟装置包括方向盘转角传感器、油门踏板位移传感器以及制动踏板位移传感器。
3.根据权利要求1所述的液罐车模拟试验台,其特征在于,所述静载荷模拟装置包括静载荷油缸;所述静载荷油缸具有固定端和活动端,所述活动端铰接于所述罐体的内壁面。
4.根据权利要求3所述的液罐车模拟试验台,其特征在于,所述静载荷模拟装置还包括自外向内伸入所述罐体的第一支架,所述静载荷油缸的固定端固定在所述第一支架上,且静载荷油缸对罐体的载荷施加位置位于罐体的底部内壁面中间。
5.根据权利要求1所述的液罐车模拟试验台,其特征在于,所述液体晃动模拟装置包括第二支架和双杆油缸,所述第二支架自外部伸入至所述罐体内部,所述双杆油缸的缸体固定在第二支架上,双杆油缸的两根活塞杆分别铰接在所述罐体的两侧内壁面,且铰接点位于罐体长度的中间位置的横截面上。
6.根据权利要求5所述的液罐车模拟试验台,其特征在于,所述液体晃动模拟装置还包括连接所述双杆油缸的伺服阀、以及伺服阀控制器;所述液体晃动等效模型模块通过所述伺服阀控制器控制所述双杆油缸对所述罐体施加所述晃动力。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的液罐车模拟试验台的试验方法,其特征在于,包括:通过数据采集卡实时采集驾驶模拟装置中的方向盘转角传感器、油门踏板位移传感器以及制动踏板位移传感器的参数,将该参数输入液罐车动力学仿真模型模块,仿真车辆的实时状态;
液罐车动力学仿真模型模块将车辆实时状态中罐体的运动参数输出给数据输出显示模块和液体晃动等效模型模块;
液体晃动等效模型模块再结合预设的液面高度,计算出液体的晃动力,并对液体晃动模拟装置进行控制所述罐体施加所述晃动力;
根据预设的液面高度计算出液体的重量,通过静载荷模拟装置对罐体施加向下载荷以模拟该重量;
通过数据采集卡实时采集力传感器、倾角传感器以及加速度传感器的参数,反馈给液罐车动力学仿真模型模块,结合方向盘转角、油门踏板位移和制动踏板位移信号,进行液罐车动力学响应仿真运算,构成闭环耦合。
8.根据权利要求7所述的试验方法,其特征在于,液体晃动等效模型模块中液体晃动等效模型采用弹簧—质量—阻尼系统;其中,mi、ki、ci、zi分别为第i阶液体晃动等效质量、弹簧刚度、阻尼系数、等效质量至预设的液面的距离,m0为等效固定质量块的质量,I0为等效固定质量块对自己质心的转动惯量,z0为固定质量块至预设的液面的距离,zcg为液体质心至预设的液面的距离;
等效模型中各项参数采用公式(1)确定
式中,ω为液体自由晃动特征频率,m为罐体内液体质量,
ai=ρ∫SrHidS,bi=ρ∫∑+SrφidS,μi=ρ∫SHiφidS,
其中ρ为液体密度,r为罐体半径,S为稳态液面,∑为罐体湿表面,H为液体晃动波高模态函数,φ为液体晃动模态函数;
阻尼系数ci由式(2)确定
9.根据权利要求8所述的试验方法,其特征在于,计算不同液面高度罐体内液体的重量,先建立罐体充液坐标系,其中O点为车辆顶部中心点,x轴沿罐体长度方向指向车辆前方,y轴过O点指向罐体一侧,z轴过O点指向车辆上方并通过静止液体质心;定义h为液面高度,h0为液面到xOy平面距离,θ为液面罐体交点和坐标原点的连线与z轴的夹角;定义充液比k为h/r,则θ由式(3)计算:输入罐体半径r、罐体长度L和液面高度h,通过公式(4)计算出不同液面高度罐体内液体的重量:
10.根据权利要求9所述的试验方法,其特征在于,试验时,根据液面高度h的预设值,求得罐体内液体的重量后,通过静载荷油缸对罐体施加向下载荷模拟罐体内液体的重量;静载荷油缸压力由公式(5)确定P=m/A (5)
式中,A为静载荷油缸无杆腔活塞面积。