作者与研究机构

本文的主要作者是Xuejun Liu和Cunxiang Liu，隶属于广西交通职业技术学院汽车工程系（Guangxi Communication Vocational & Technical Institute, Department of Automobile Engineering, Nanning, China）。研究发表在《2017 IEEE》相关会议论文集中，文章标题为《testing and manufacture to shock absorber electro-hydraulic servo-testing system》。研究通过对符合中国标准QC/T 545-1999的汽车减震器电液伺服测试系统的开发与改进，为车辆行业提供了数据采集高精度且输出平滑的特性曲线测试平台。

研究背景

减震器是汽车的重要组成部分，在改善驾驶舒适性和安全性方面起着关键作用。随着汽车工业技术的发展，对减震器性能测试的要求愈加严格。在国外，J.W. Lasheck等学者已对阻尼器速度特性做了深入研究，通过模拟和建模分析预测速度、阻力和载荷特性。在国内，也有部分研究者利用Matlab或ANSYS软件分析仿真减震器特性。然而，国内外并未开发出能够同时测试所有减震器特性曲线的专用测试系统，而且现有研究结果难以在测量精度与曲线平滑性方面完全满足中国QC/T 545-1999标准。

本研究旨在开发一种基于误差补偿PID（Error Compensating PID）算法和MTS407控制器的电液伺服系统，通过LabVIEW虚拟仪器软件实现多种减震器特性曲线的测试，如速度、摩擦、温度磨损、耐久性等，弥补现有测试系统的不足。

工作流程

研究分为以下几个主要步骤：

1. 测试台设计与工作原理

研究设计了一个符合QC/T 545-1999标准的减震器电液伺服测试台。其中： - 误差补偿PID方法用于信号的精确调节，通过MTS407控制器驱动液压伺服系统执行器，实现执行器运动的高精度控制。 - IPC（工业计算机）完成与MTS407控制器的通信、传感器信号采集与处理、数据显示以及结果存储与打印。 - 光标指令输入通过波形生成器和串行端口传递至MTS407，后者通过反馈信号误差进行伺服阀驱动模块的调节，确保命令信号与实际控制信号的精确一致。

2. 误差补偿PID算法开发

误差补偿PID算法独立于传统的系统建模，具有离散时间域计算的特点，便于通过微机实现控制。其中算法的设计流程如下： - 定义连续时间控制公式（如公式1和公式2），通过离散化方法得到递归公式（公式3）； - 引入积分饱和（Integral Saturation）与差分扰动（Differential Disturbance）的改进； - 自动优化PID参数以实现输出目标曲线与测试基准的高契合度。 在此基础上，算法还通过设计目标函数M实现动态与稳态特性的优化。

3. 数据采集与特性曲线生成

使用LabVIEW嵌入式数学处理功能，对测试数据处理并生成特性曲线，包括以下关键测试： - 单向与双向速度特性曲线； - 摩擦特性曲线； - 温度磨损与耐久性特性曲线； - 力与位移关系的特性描述。

实验结果分析

实验选取CA1049减震器为测试对象，活塞行程设定为60mm，直径为15mm，通过误差补偿PID算法控制其输出信号。实验主要结果与分析如下：

1. 动力性能曲线

在多次试验中，研究获取了符合QC/T 545-1999标准的动力学特性曲线，并发现数据采集量大且平滑性较好。例如： - 在速度0.52m/s时，阻尼力的理论值为3.0kN，实测值为2.99kN，与理论值的偏差很小，说明数据采集精度高。 - 动态特性曲线（动力计曲线）显示了恢复阻力与位移、压缩阻力与位移间的关系，曲线无孤立点，正反冲程的吻合度较高。

2. 摩擦特性测量

通过MTS407控制器驱动执行器的三角波运动，实验消除了伺服液压运动过程中的直线误差。摩擦特性曲线呈现规则的平行四边形分布，表明减震器在拉伸与压缩过程中的摩擦阻力均匀，受到重力与液压阻力的影响很小。

3. 温度磨损与双向运动仿真

使用波形生成器与控制器实现激励波形合成，研究展示了模拟复杂外部负载条件下的双向动作对减震器的影响。通过减少测试硬件投资与开发周期，该方法在性能与成本之间取得了更高的性价比。

4. 综合性能测试

系统实现了传感器信号的实时采集与处理，并通过完成不同项目的测试任务证明了其稳定性和优越性能。如摩擦阻力的最低测试速度达到0.42mm/s，细节捕捉能力明显优于以往设备。

研究结论

研究明确表明，该基于误差补偿PID算法与MTS407控制器的测试系统能够高效精准地测量减震器的多种性能参数，其特性曲线符合中国标准QC/T 545-1999的要求。在提升数据采集精度、优化曲线平滑度与真实反映减震器实际性能方面具有明显优势。同时，通过引入双运动仿真和高效的信号处理流程，研究大大降低了开发成本，为汽车工程领域提供了通用性强、性价比高的解决方案。

研究亮点

• 提出了创新性的误差补偿PID控制方法，与传统系统建模方法相比，更加独立灵活。
• 开发了一整套减震器测试台的系统方案，通过硬件与软件相结合，显著增强了数据精度和测试输出质量。
• 测试结果显示了特性曲线的高吻合度与高平滑性，无孤立点，支持该平台在实际应用中的优秀性能。

研究价值

该研究在汽车减震器测试系统领域有重要科学价值，为减震器检测与开发提供了可靠的测试平台。这项工作不仅提升了测试过程中的精确度与稳定性，还通过算法优化与硬件配置降低了开发成本，为行业提供了经济实用的解决方案，也为后续研究奠定了理论和实践基础。