传统的淋雨试验系统只能满足车辆在水平状态喷淋工况的验证，缺少坡度淋雨工况。本文将坡度模拟系统与淋雨试验系统集成于一体，实现一机多用，全方位对车舱密封性进行验证，满足汽车主机厂在新产品开发阶段的多工况淋雨试验需求。

汽车淋雨试验是新品开发和新车下线阶段至关重要的检测手段，它通过模拟各种降雨工况来检测车舱内防水密封能力，为产品设计改进提供更可靠的验证数据。然而在新品开发阶段传统的淋雨试验系统只能满足车辆在水平状态喷淋工况的验证，缺少坡度淋雨工况，当车辆停放在有坡度的路面时，存在极大的漏雨风险。大多数主机厂在自身不具备坡度试验能力的情况下采取委外方式，一方面会增加委外试验成本，另一方面委外厂家的标准多为通用标准与企业标准差异较大，如喷嘴的间距、喷嘴选型、喷淋参数、车身倾斜角度等。因此在企业内部开发出一套坡度淋雨系统尤为必要。

淋雨试验工况

见表1所示，在研发阶段进行的淋雨试验工况分为水平和坡度两类。水平试验是指车身处于水平状态的喷淋，可分为喷淋工况、梅雨工况和洗车工况。坡度试验是指车身处于倾斜状态的喷淋，车身分别向“左侧”、右侧”、“前方”、“后方”、“左倾+前倾”、“右倾+前倾”、“左倾+后倾”、“右倾+后倾”八个方向倾斜到一定角度后进行喷淋。

表1 淋雨试验工况

坡度模拟系统选型分析

实现坡度模拟的方案有多种，优选了两种相对可靠的技术方案进行对比阐述，以便确定适合自身的坡度模拟系统，见表2。

表2 技术方案对比

1）采用四个升降台分别托举四个轮胎

四个液压或电动升降台的托举高度与汽车轴距和轮距相关，升降台的高度调节需根据不同车型的轴距和轮距信息，将倾斜角度转换成四个升降台的举升高度。

如图1所示，当车身向前倾斜一定角度时，前轮的升降台保持不变，后轮的升降台升到预设高度，使车身与水平面形成夹角，这样就能实现车辆向前倾斜的功能。同理，其他角度均是利用四个升降台的联动实现不同位置和不同角度的倾斜。为兼容不同轴距车型，后轮底部的升降台还应具有前后移动功能。

图1 升降台托举车身姿态

2）采用整体式平台托举车身

整体式平台的托举高度与汽车轴距和轮距无关，它通过六自由度运动平台将车辆倾斜到预设位置和角度。该种方式具有控制精度高，承载能力强等优点，在汽车、飞机等运动模拟器上得到广泛运用。

如图2所示，汽车前后轮胎均落在平台上，车身向前倾斜时，平台会绕着中心点进行旋转，使其达到预设角度，此时车身前端会低于水平面，车身后端会高于水平面。同理，其他角度均是利用六自由度运动平台的动作实现不同位置和不同角度的倾斜。

图2 整体式平台托举车身姿态

综上分析，两种方案各有优劣，如何选型取决于自身业务特点，当车型种类有限、尺寸跨度较小时，建议采用升降台方案；当车型种类繁多，尺寸跨度较大时，建议采用整体式平台方案。因此根据用户使用场景，我们选用了整体式六自由度运动平台方案。

坡度模拟系统集成

01.坡度模拟系统集成框架

将坡度模拟系统与淋雨系统两个独立的系统进行集成，形成一套完整的坡度淋雨系统，见图3所示。

图3 坡度淋雨系统集成框架图

坡度模拟系统硬件包含六自由度运动平台、伺服控制柜、操作盒等，其中六自由度运动平台由上平台、六自由度伺服机构、安装底座三部分组成。上平台用于承载整车，上平台的设计尺寸应能兼容最大和最小整车，在上平台上设置有轮胎导向、定位和锁止机构；六自由度伺服机构为运动机构，可进行六个自由度的运动，主要由六根伺服电缸、上下两个平台以及上下各六只虎克铰组成；安装底座起到固定作用，底座上端与六自由度伺服机构进行联接，底部下端通过地脚与地面预埋件进行焊接，确保稳固可靠。工作原理：六根伺服电缸通过丝杆控制活塞杆作直线伸缩运动，活塞杆通过上耳轴与上铰链座活动连接，上铰链座固定在上平台上。通过控制六个伺服电机的转速和转向，控制上平台在空间六个自由度（X、Y、Z、α、β、γ）运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。

淋雨系统硬件主要包括PLC主控柜、HMI操作盒、无线遥控、变频器、水泵、分水器、喷淋管道、喷嘴、压力表、流量计、压力传感器、电动阀门、水处理系统、淋雨室等。其中淋雨室的顶部喷嘴采用升降机构，喷嘴与车身顶部距离可调；侧面喷嘴采用前后移动机构，实现侧面动态喷淋。喷淋过程：在常规淋雨时，顶部喷嘴处于低位，各分支管道电动阀门打开后，变频器控制着水泵转速进行运转，水从清水箱由经水泵、过滤系统、分水器、各喷淋支管，最后从喷嘴末端喷出，且侧面喷嘴会按照一定速度进行前后移动，实现室内全方位喷淋。

以上两个系统集成一体后可以模拟出车辆在不同倾斜位置和角度的多工况喷淋试验。

02.坡度模拟系统集成控制逻辑

如图4所示，通过旋转坡度模拟系统操作箱上的“本地/远程”旋钮，可以实现本地和远程两种控制方式。当旋钮处于“本地”模式时，将脱离淋雨系统PLC控制，只能通过操作箱上的各种按钮对六自由度运动平台进行控制，到达所需要的位置后松开按钮即刻停止；当旋钮处于“远程”模式时，在HMI 界面上输入倾斜位置和倾角，淋雨系统PLC通过UDP协议下达相应的控制指令对坡度模拟系统进行控制，使六自由度运动平台自动到达预设位置。

03.坡度淋雨试验工艺过程

1）将试验车辆开进淋雨试验室内的六自由运动平台上，并对四个轮胎进行锁紧；

2）扫描录入车辆VIN，并在HMI上点击确认按钮；

3）在HMI主界面选择坡度工况，然后再选择好倾斜方位；

4）使用遥控器关闭室体提升门；

5）车内人员准备就绪后，按下遥控器上的“开始”按键启动坡度淋雨模式。当顶部喷嘴自动上升到高位，平台自动倾斜到预设位置和角度后，喷淋管道阀门打开，接着水泵开始运转，喷嘴向处于倾斜状态的车辆进行全方位喷淋，车内人员可实时观察漏雨情况，直至喷淋倒计时结束。喷淋结束后，喷淋管道快速排空，平台恢复至初始位置，顶部喷嘴下降到低位；

6）若需继续试验下一个工况，可在HMI触摸屏上选择所需工况，重复以上步骤开展相应的试验任务；

7）所有试验工况完成后，操作遥控器打开室体提升门，此时室体外的交通灯亮绿，可进入下一辆试验车辆。

04.坡度模拟系统防水性能

由于六自由度坡度模拟系统长期处于潮湿、水花四溅的极端环境中，一旦系统进水将会导致系统瘫痪，影响淋雨试验工作的开展，因此对系统的防水性能有着更高的要求，需对系统的机械部件和电气部件进行特殊处理。

 1）机械部件防水：六自由度平台关键部件应采用不锈钢材质；电缸活塞杆在伸缩时易渗水到缸内，应在电缸底部开有排水孔；在伺服电机外侧增加不锈钢金属防水罩。

2）电气部件防水：关键电气部件选用IP67等级，如伺服电机、倾角传感器、行程开关、限位开关、线缆等；对接线盒、航空插头、线缆接头等关键部位采取增加热缩管和打胶密封的方式。

结束语

将坡度模拟系统与淋雨试验系统集成于一体，实现一机多用，全方位对车舱密封性进行验证，满足了汽车主机厂在新产品开发阶段的多工况淋雨试验需求。该种方式也将成为未来新的发展趋势，逐渐在国内得到广泛应用。

引用本文：

张勇，刘福鹏，杨贵林，冯波，丁华，范武.基于坡度模拟的汽车淋雨试验系统的研究及实现[J].环境技术，2021，234(06):207-210.

专家简介：张勇，男，工程师，主要从事工艺装备、智能制造技术研究。