CN103018056A - 一种汽车滑柱总成的疲劳试验装置及其实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽车滑柱总成的疲劳试验装置及其实验方法，把滑柱总成（2）的两端分别连接在上夹具（3）和下夹具（1）上，液压作动器（5）通过导向装置（4）与滑柱总成（2）连接；液压作动器（5）上下运动时，会使滑柱总成（2）的螺旋弹簧（21）和减振器模拟汽车行驶时的螺旋弹簧做上、下运动；应变传感器粘贴汽车滑柱总成的螺旋弹簧（21）外侧采集弹簧的应变数值，数据采集器采集液压作动器（5）的位移数值和力数值；计算机根据路试采集到的汽车滑柱总成道路载荷谱，修正应变传感器和数据采集器采集的数值，并经过滑柱总成损伤等效的原理编辑处理后，在所述疲劳试验装置上再现路试情形和环境。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车产品测试技术领域，尤其是涉及一种汽车滑柱总成的疲劳试验装置及其实验方法。
背景技术
作为汽车悬架的一部分滑柱总成，连接着车身和车轮转向节，起到了缓冲和导向的作用，滑柱总成正常功能的耐久性对驾驶的舒适性和操纵性起到极其重要的作用。滑柱总成较长的疲劳寿命，能保证用户良好的驾驶体验，增强汽车的品牌。因此在产品开发初期，制定一种验证滑柱总成的疲劳寿命的试验方法就特别重要。
现在汽车试验行业标准或国家标准中，都没有滑柱总成的疲劳试验标准。现有台架试验标准中滑柱总成都是分开试验的，分为减振器试验、弹簧试验等。而且减振器试验、弹簧试验多为单级等幅加载，无法保证跟路试或用户的一致性的当量关系。滑柱总成中的件分开试验，零部件合格无法保证整个总成性能和疲劳寿命合格。
发明内容
本发明设计了一种汽车滑柱总成的疲劳试验装置及其实验方法，其解决的技术问题是现有台架试验标准中滑柱总成都是分开试验的，分为减振器试验、弹簧试验等，而且减振器试验、弹簧试验多为单级等幅加载，无法保证跟路试或用户的一致性的当量关系。滑柱总成中的件分开试验，零部件合格无法保证整个总成性能和疲劳寿命合格。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：
一种汽车滑柱总成的疲劳试验装置，其特征在于：把滑柱总成（2）的两端分别连接在上夹具（3）和下夹具（1）上，液压作动器（5）通过导向装置（4）与滑柱总成（2）连接；液压作动器（5）上下运动时，会使滑柱总成（2）的螺旋弹簧（21）和减振器模拟汽车行驶时的螺旋弹簧做上、下运动；应变传感器粘贴汽车滑柱总成的螺旋弹簧（21）外侧采集弹簧的应变数值，数据采集器采集液压作动器（5）的位移数值和力数值；计算机根据路试采集到的汽车滑柱总成道路载荷谱，修正应变传感器和数据采集器采集的数值，并经过滑柱总成损伤等效的原理编辑处理后，在所述疲劳试验装置上再现路试情形和环境。
进一步，滑柱总成（2）中减振器筒的轴线和螺旋弹簧（21）的轴线重合。
进一步，还包括鼓风机或工业风扇，所述鼓风机或工业风扇给滑柱总成（2）模拟汽车运动气流环境。
进一步，还包括防护罩，所述防护罩罩在疲劳试验装置上移防止螺旋弹簧（21）断裂导致危险事故发生。
一种汽车滑柱总成的疲劳试验装置进行试验的方法，包括以下步骤：
（1）迭代设置：驱动信号为液压作动器（5）的位移，目标信号为螺旋弹簧的应变；
（2）数据采集：应变传感器采集螺旋弹簧的应变值，数据采集器采集液压作动器（5）的位移值和力；
（3）数据编辑：
按照疲劳损伤的原理，对原车道路载荷谱滑柱总成弹簧应变进行损伤编辑；对损伤贡献比较小的幅值进行删除，对于车辆缓慢行驶的扭曲路载荷谱，应该单独编辑，不能去除；
（4）生成系统频响函数和逆函数：
计算机在RPC软件中，生成一个白噪声，驱动液压系统，根据生成的驱动信号和响应信号求出系统的频响函数和逆函数；
（5）试验迭代，根据滑柱总成的螺旋弹簧（21）目标信号和系统的频响函数和逆函数，求出驱动信号，对比每次迭代过程中响应信号和目标信号的误差，当响应信号和目标信号的误差小于可以接受的规定范围，停止迭代；此次的驱动信号作为我们疲劳试验装置试验的最终驱动信号；
（6）对试验结果特征从以下五个方面进行评价：试验前滑柱总成性能的衰减变化、疲劳试验装置的响应与路试信号幅值域是否等价、疲劳试验装置的响应与路试信号时间域是否等价、疲劳试验装置的响应与路试信号频域是否等价和疲劳试验装置的响应与路试信号的损伤值是否统计相等或者误差在可接受的范围内。
进一步，疲劳试验装置试验循环次数的确定：先采集路试一个小循环的汽车滑柱总成的载荷谱，设其里程为akm,总路试里程为Lkm,故疲劳试验装置试验等效路试试验规范共需加载n=L/a个循环，编辑后的信号与目标信号损伤损失b%，故试验次数应增加循环次数为n*b%，故台架的试验次数N为N=n+ n*b%=L/a(1+ b%)，这样就可以建立与路试相互关联的试验规范。
进一步，试验运行时，应该有防护罩，防止螺旋弹簧（21）断裂导致危险事故发生；必须对滑柱总成进行强制冷却，定期用红外线测温仪对减振器进行测量，保证其温度不超过规定温度；同时对疲劳试验装置中的橡胶件也进行监控，如果中途损坏，应及时更换继续试验。
该汽车滑柱总成的疲劳试验装置及其实验方法具有以下有益效果：
（1）本发明使汽车滑柱总成台架试验替代路试试验，大量减轻了人力负担和试验成本、缩短试验周期、提高试验的一致性，减少了易引入环境、人为操作性误差，并且使精确度较高的复杂算法得以应用，在台架上再现滑柱总成的轴线运动情况，快速验证滑柱总成的疲劳寿命。
（2）本发明试验周期短，一致性好，与用户使用或试验场有关联，同时是螺旋弹簧和减振器一体进行试验，试验周期短，重复性好且风险较小，精确的再现整个滑柱总成的疲劳寿命，随机谱试验是汽车零部件试验的发展方向，能更好的制定其它汽车零部件、系统和整车的随机谱试验方法。
附图说明
图1：本发明汽车滑柱总成的疲劳试验装置的试验装夹图；
图2：本发明汽车滑柱总成的疲劳试验装置的工作原理图。
附图标记说明：
1—下夹具；2—滑柱总成；21—螺旋弹簧；3—上夹具；4—导向装置；5—液压作动器。
具体实施方式
下面结合图1和图2，对本发明做进一步说明：
如图1所示，一种汽车滑柱总成的疲劳试验装置，把滑柱总成2的两端分别连接在上夹具3和下夹具1上，上夹具3和下夹具1为滑柱总成2的固定端，液压作动器5通过导向装置4与滑柱总成2连接；液压作动器5上下运动时会，会使滑柱总成2的螺旋弹簧21和减振器模拟汽车行驶时的螺旋弹簧做上、下运动；应变传感器粘贴汽车滑柱总成的螺旋弹簧21外侧采集弹簧的应变数值，数据采集器采集液压作动器5的位移数值和力数值；计算机根据路试采集到的汽车滑柱总成道路载荷谱，修正应变传感器和数据采集器采集的数值，并经过滑柱总成损伤等效的原理编辑处理后，在所述疲劳试验装置上再现路试情形和环境。
首先制作应变传感器，将应变片粘贴在汽车滑柱总成2的螺旋弹簧21受力比较大的外侧，应变片要求能测试弹簧的扭转应变，并用绝缘胶带进行包扎，应变片的电阻丝不得与弹簧的金属表面相接触。滑柱总成2弹簧上贴应变片，跟原车道路载荷谱采集中安装位置和标定系数需要一致，如果疲劳试验装置试验中滑柱总成2跟原道路采集整车中的滑柱总成不是同一个样件，应该重新贴片并进行标定，并把台架试验中采集到的应变谱转化成位移载荷谱。
试验前，根据滑柱总成2实车安装状态，按照试验要求，设计滑柱总成的安装夹具1和夹具3和导向夹具4，并进行调试。
台架试验装夹中，汽车滑柱总成2模拟汽车实际安装状态，为了防止滑柱总成2的侧向晃动，在液压作动器前端安装导向装置4，使液压作动缸能无卡滞的直线往复运动。
在保证减振器行程范围内，根据液压作动器5的位移量程，把导向装置4安装在合适的位置，要求在位移最大或最小处时，导向装置4不跟其它夹具干涉。
试验调试安装完毕后，对滑柱总成2进行标定，求出应变—位移的对应线性关系。
道路上采集到的弹簧信号存入计算机中，导入到液压伺服设备附带的疲劳迭代软件RPC（远程参数控制）模块中进行迭代试验。分五个小步骤，原理图见图2：
（1）迭代设置：驱动信号为液压作动器5的位移，目标信号为螺旋弹簧的应变；
（2）数据采集：应变传感器采集螺旋弹簧的应变值，数据采集器采集液压作动器5的位移值和力；
（3）数据编辑：
按照疲劳损伤的原理，对原车道路载荷谱滑柱总成弹簧应变进行损伤编辑；对损伤贡献比较小的幅值进行删除，对于车辆缓慢行驶的扭曲路载荷谱，应该单独编辑，不能去除；
（4）生成系统频响函数和逆函数：
计算机在RPC软件中，生成一个白噪声，驱动液压系统，根据生成的驱动信号和响应信号求出系统的频响函数和逆函数；
（5）试验迭代，根据滑柱总成的螺旋弹簧21目标信号和系统的频响函数和逆函数，求出驱动信号，对比每次迭代过程中响应信号和目标信号的误差，当响应信号和目标信号的误差小于可以接受的规定范围，停止迭代；此次的驱动信号作为我们疲劳试验装置试验的最终驱动信号；
（6）对试验结果特征从以下五个方面进行评价：
试验前滑柱总成性能的衰减变化，如弹簧刚度、减振器阻尼、减振器注油量、减振器气体反弹力等试验前后的变化。
疲劳试验装置的响应与路试信号幅值域是否等价，如振动的幅值的平均载荷和标准差是否统计相等。
疲劳试验装置的响应与路试信号时间域是否等价，如台架振动的载荷均方根值与路试载荷的均方根值是否相等。
疲劳试验装置的响应与路试信号频域是否等价，如台架响应的功率谱与路试的功率谱的主要的谱峰值统计是否相等。
疲劳试验装置的响应与路试信号的损伤值是否统计相等或者误差在可接受的范围内。
（1）本发明使汽车滑柱总成台架试验替代路试试验，大量减轻了人力负担和试验成本、缩短试验周期、提高试验的一致性，减少了易引入环境、人为操作性误差，并且使精确度较高的复杂算法得以应用，在台架上再现滑柱总成的轴线运动情况，快速验证滑柱总成的疲劳寿命。
（2）本发明试验周期短，一致性好，与用户使用或试验场有关联，同时是螺旋弹簧和减振器一体进行试验，试验周期短，重复性好且风险较小，精确的再现整个滑柱总成的疲劳寿命，随机谱试验是汽车零部件试验的发展方向，能更好的制定其它汽车零部件、系统和整车的随机谱试验方法。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种汽车滑柱总成的疲劳试验装置，其特征在于：把滑柱总成（2）的两端分别连接在上夹具（3）和下夹具（1）上，液压作动器（5）通过导向装置（4）与滑柱总成（2）连接；液压作动器（5）上下运动时，会使滑柱总成（2）的螺旋弹簧（21）和减振器模拟汽车行驶时的螺旋弹簧做上、下运动；应变传感器粘贴汽车滑柱总成的螺旋弹簧（21）外侧采集弹簧的应变数值，数据采集器采集液压作动器（5）的位移数值和力数值；计算机根据路试采集到的汽车滑柱总成道路载荷谱，修正应变传感器和数据采集器采集的数值，并经过滑柱总成损伤等效的原理编辑处理后，在所述疲劳试验装置上再现路试情形和环境。
2.根据权利要求1所述汽车滑柱总成的疲劳试验装置，其特征在于：滑柱总成（2）中减振器筒的轴线和螺旋弹簧（21）的轴线重合。
3.根据权利要求1所述汽车滑柱总成的疲劳试验装置，其特征在于：还包括鼓风机或工业风扇，所述鼓风机或工业风扇给滑柱总成（2）模拟汽车运动气流环境。
4.根据权利要求1所述汽车滑柱总成的疲劳试验装置，其特征在于：还包括防护罩，所述防护罩罩在疲劳试验装置上移防止螺旋弹簧（21）断裂导致危险事故发生。
5.一种权利权利要求1至4汽车滑柱总成的疲劳试验装置进行试验的方法，包括以下步骤：
（1）迭代设置：驱动信号为液压作动器（5）的位移，目标信号为螺旋弹簧的应变；
（2）数据采集：应变传感器采集螺旋弹簧的应变值，数据采集器采集液压作动器（5）的位移值和力；
（3）数据编辑：
按照疲劳损伤的原理，对原车道路载荷谱滑柱总成弹簧应变进行损伤编辑；对损伤贡献比较小的幅值进行删除，对于车辆缓慢行驶的扭曲路载荷谱，应该单独编辑，不能去除；
（4）生成系统频响函数和逆函数：
计算机在RPC软件中，生成一个白噪声，驱动液压系统，根据生成的驱动信号和响应信号求出系统的频响函数和逆函数；
（5）试验迭代，根据滑柱总成的螺旋弹簧（21）目标信号和系统的频响函数和逆函数，求出驱动信号，对比每次迭代过程中响应信号和目标信号的误差，当响应信号和目标信号的误差小于可以接受的规定范围，停止迭代；此次的驱动信号作为我们疲劳试验装置试验的最终驱动信号；
（6）对试验结果特征从以下五个方面进行评价：试验前滑柱总成性能的衰减变化、疲劳试验装置的响应与路试信号幅值域是否等价、疲劳试验装置的响应与路试信号时间域是否等价、疲劳试验装置的响应与路试信号频域是否等价和疲劳试验装置的响应与路试信号的损伤值是否统计相等或者误差在可接受的范围内。
6.根据权利要求5所述试验的方法，其特征在于：疲劳试验装置试验循环次数的确定：先采集路试一个小循环的汽车滑柱总成的载荷谱，设其里程为akm,总路试里程为Lkm,故疲劳试验装置试验等效路试试验规范共需加载n=L/a个循环，编辑后的信号与目标信号损伤损失b%，故试验次数应增加循环次数为n*b%，故台架的试验次数N为N=n+ n*b%=L/a(1+ b%)，这样就可以建立与路试相互关联的试验规范。
7.根据权利要求5所述试验的方法，其特征在于：试验运行时，应该有防护罩，防止螺旋弹簧（21）断裂导致危险事故发生；必须对滑柱总成进行强制冷却，定期用红外线测温仪对减振器进行测量，保证其温度不超过规定温度；同时对疲劳试验装置中的橡胶件也进行监控，如果中途损坏，应及时更换继续试验。
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