CN104677617B - 稳定杆双边随机谱加载试验工装及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稳定杆双边随机谱加载试验工装及其试验方法，试验工装包括用于固定稳定杆的试验支架和用于对稳定杆两端施加载荷的两个驱动器，在试验时，两个驱动器在同一时刻对稳定杆端部施加的载荷为大小相等且方向相反。本发明的稳定杆双边随机谱加载试验工装，结构简单，操作简单，试用性广，成本低，在疲劳试验过程中，稳定杆两端加载液压缸在路试信号驱动谱的驱动下，稳定杆两端同时、同频、异向运动，模拟稳定杆在实际路试过程中的扭转受力情况，解决了单一稳定杆双边无法迭代的问题，能够反映实际路试中的受载情况，真正体现出零件的疲劳特性，试验考核数据的准确度和可靠度高，为零件的开发和轻量化验证提供了很好的试验手段。
Description
技术领域
本发明属于汽车产品测试技术领域，具体地说，本发明涉及一种稳定杆双边随机谱加载试验工装及其试验方法。
背景技术
汽车稳定杆是汽车底盘制造过程中最重要的零部件之一，它是为了防止汽车在弯过程中发生严重侧倾而设计的弹性构件。稳定杆的疲劳寿命指标是验证其性能好坏的最主要的项目之一，其良好的耐久性能不仅是汽车安全行驶的基础，而且也能满足驾乘人员对车辆舒适性要求。因此，汽车稳定杆的疲劳寿命试验是十分必要和重要的。
目前，乘用车稳定杆台架扭转疲劳试验主要包括双边等幅加载试验、悬架垂向系统试验和整车4通道台架试验等。
对于稳定杆扭转疲劳试验，后两种随机谱加载台架试验更加接近实际受载，与路试考核更相关。但这种试验方法试验工装较繁琐、辅助的非考核件较多、准备时间较长、试验成本较高，不利于单一稳定杆的快速考核验证；然而，针对稳定杆的双边等幅加载试验虽然是最快速、最简单、最直接、成本也最低的考核方法，但其无法反应零件在实际路试中的受载情况，也就无法体现零件在不同载荷下的疲劳特性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种稳定杆双边随机谱加载试验工装及其试验方法，实现单一稳定杆的随机谱考核试验，并提高单一稳定杆考核试验数据的准确度和可靠度。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：稳定杆双边随机谱加载试验工装，包括用于固定稳定杆的试验支架和用于对稳定杆两端施加载荷的两个驱动器，在试验时，两个驱动器在同一时刻对稳定杆端部施加的载荷为大小相等且方向相反。
所述驱动器为液压缸，液压缸的活塞杆与所述稳定杆的端部转动连接，液压缸的缸体与支座转动连接。
所述两个驱动器位于所述试验支架的同一侧。
所述稳定杆通过对称设置的两个固定夹固定在所述试验支架上。
本发明还提供了一种稳定杆双边随机谱试验方法，采用上述试验工装，在试验时，利用处理过的稳定杆路试随机谱信号及RPC软件对稳定杆两端位移进行迭代，采用最终的驱动信号驱动两个驱动器动作，进行疲劳试验。
所述RPC(Remote Parameter Control)为远程参数控制，这种技术不是模拟路面，而是模拟被路面激励下的试验车辆任何感兴趣点的响应。其原理是将汽车近似看作一个控制系统，将车辆在室外道路行驶时的原始响应信号作为室内道路模拟试验所需要的期望信号(目标信号)，然后计算系统的频率响应函数(FRF)，由此求得道路模拟试验的初始驱动信号。
由于试验系统是非线性的，而上述频响函数矩阵的测定是基于系统为线性的，需要通过迭代逐渐修正初始驱动信号，从而得到模拟路面行驶所需的最终驱动信号。
所述驱动器为液压缸，两个液压缸在驱动信号的驱动下同时、同频、异向加载。
将稳定杆中间位置处应变传感器在试验场路试中采集的实际载荷谱信号进行信号处理，获得处理过的应变信号；再根据路试采集前的稳定杆单边位移-应变标定，将处理过的应变信号转化成位移信号；再根据稳定杆单边幅值与双边幅值为2倍关系，将位移信号除以2，得到稳定杆一侧随机信号，另一侧随机信号只要对先前一侧随机信号取反即可得到，最终获得稳定杆路试随机谱信号。
获得稳定杆路试随机谱信号后，迭代过程包括步骤：
(1)打开RPC软件，以试验液压缸的位移作为驱动，两液压缸的位移作为响应，建立驱动文件；
(2)设置白噪声参数，产生白噪声并通过数据采集器采集两个液压缸的位移响应信号，计算出试验系统的驱动与响应间的频响函数；
(3)利用处理过的位移信号作为迭代的目标信号，利用RPC软件的simulate功能模块对两液压缸的位移进行迭代。
在所述步骤(3)中，将试验的目标信号乘以该频响函数的逆矩阵再乘以一个迭代因子Gain值，即可得到第零次驱动；由该驱动信号驱动液压缸动作，即可通过数据采集器采集到该驱动下的位移响应信号；再由该第零次的响应信号与目标信号的差值乘以频响函数的逆矩阵再乘以Gain值再加上第零次驱动，即可得到第一次驱动；在第一次的驱动信号驱动液压缸动作时，数据采集器又可以采集到第一的位移响应信号；重复以上迭代的步骤，计算机重复计算响应信号与目标信号的均方根误差RMS error和均方根响应RMS response值，直至迭代的响应信号与目标信号的RMS error小于5％，RMS response大于95％；以最后的驱动信号作为驱动，在RPC软件中设置试验程序进行疲劳试验。
本发明的稳定杆双边随机谱加载试验工装，结构简单，操作简单，试用性广，成本低，在疲劳试验过程中，稳定杆两端加载液压缸在路试信号驱动谱的驱动下，稳定杆两端同时、同频、异向运动，模拟稳定杆在实际路试过程中的扭转受力情况，解决了单一稳定杆双边无法迭代的问题，能够反映实际路试中的受载情况，真正体现出零件的疲劳特性，试验考核数据的准确度和可靠度高，为零件的开发和轻量化验证提供了很好的试验手段。
附图说明
图1为本发明稳定杆双边随机谱加载试验工装的结构示意图；
上述图中的标记均为：1、液压缸；2、活结螺栓；3、试验支架；4、固定夹；5、稳定杆；6、支座。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
如图1所示，本发明提供了一种稳定杆双边随机谱加载试验工装，包括用于固定稳定杆的试验支架和用于对稳定杆两端施加载荷的两个驱动器，在试验时，两个驱动器在同一时刻对稳定杆端部施加的载荷为大小相等且方向相反。
如图1所示，作为优选的，驱动器为液压缸，液压缸的活塞杆通过活结螺栓与稳定杆的端部连接，活结螺栓的一端与活塞杆固定连接，另一端与稳定杆的端部转动连接，各个液压缸的缸体端部分别与一个支座转动连接。由于稳定杆两侧目标信号同一时刻的载荷大小相等方向相反，故两个液压缸会在驱动信号的驱动下同时、同频、异向加载，即一侧的液压缸伸长时，另一侧的液压缸收缩。因此，在进行扭转疲劳试验时，可以模拟出汽车稳定杆在真实状态下的受力情况，解决了现有技术中存在的汽车稳定杆疲劳试验与实际受力不符，且无法采用试验场载荷谱进行驱动，导致试验数据的准确性差，无法为汽车稳定杆设计提供可靠性数据等技术问题。
如图1所示，稳定杆为横置在试验支架上，稳定杆并通过对称设置的两个固定夹固定在试验支架上，固定夹通过螺栓固定在试验支架上，使稳定杆处于实车静止状态的平衡位置，并按实车安装技术要求拧紧螺栓。固定夹的结构为如同专业人员所公知的那样，在此不在赘述。两个液压缸位于试验支架的同一侧，两个支座位于同一高度，两个液压缸与支座的旋转中心线为同轴。两个支座为固定设置，可以固定在另外设置的支持物如立柱或支架上。
作为优选的，两个液压缸与PID控制器连接，是由PID控制器控制进行动作。在试验时，通过MTS站台建立平台建立两液压缸联合站台，并调节好两液压缸的PID值。
本发明还提供了一种稳定杆双边随机谱试验方法，采用上述结构的试验工装，在试验时，利用处理过的稳定杆路试随机谱信号及RPC软件对稳定杆两端位移(液压缸位移)进行迭代，采用最终的驱动信号驱动两个驱动器动作，进行疲劳试验。由此可以看出该试验方法的试验台架结构较简单，无其他辅助样件，并操作便捷，大大减少了试验人员的工作量，节省了试验成本。驱动器优选为液压缸，由于稳定杆两侧目标信号同一时刻的载荷大小相等方向相反，故两液压缸会在驱动信号的驱动下同时、同频、异向加载。因此，可以模拟出汽车稳定杆在真实状态下的受力情况，解决了现有技术中存在的汽车稳定杆疲劳试验与实际受力不符，且无法采用试验场载荷谱进行驱动，导致试验数据的准确性差，无法为汽车稳定杆设计提供可靠性数据等技术问题。
在本试验方法中，将稳定杆中间位置处应变传感器在试验场路试中采集的实际载荷谱信号进行去毛刺、去漂移、滤波、剪切、重采样等信号处理，获得处理过的应变信号；再根据路试采集前的稳定杆单边位移-应变标定，将处理过的应变信号转化成位移信号；再根据稳定杆单边幅值与双边幅值为2倍关系，将位移信号除以2，得到稳定杆一侧随机信号，另一侧随机信号只要对先前一侧随机信号取反即可得到，最终获得稳定杆路试随机谱信号。
上述单边位移-应变标定是指：路试前的稳定杆标定采用对稳定杆一端加载、另一端固定，标定完成后得到位移与应变的关系曲线，将路试采集稳定杆应变信号乘以标定系数就得到了位移信号，完成信号的转化。
获得稳定杆路试随机谱信号后，迭代过程包括步骤：
(1)通过MTS站台建立平台建立两液压缸联合站台，调节好两液压缸的PID值。打开RPC软件，连接站台并建立相应的文件夹。以试验液压缸的位移作为驱动，两液压缸的位移作为响应，建立驱动文件；
(2)设置白噪声参数，产生白噪声并通过数据采集器采集两个液压缸的位移响应信号(设定一个位移驱动信号，传感器采集系统产生的位移响应信号的过程，命令与响应的关系)，计算出试验系统的驱动与响应间的频响函数(FRF)；
(3)利用处理过的位移信号(该位移信号是指上述路试上采集的稳定杆应变信号经过去毛刺、去漂移、滤波、剪切、重采样以及乘以标定系数和根据倍数关系再除以2所得到的位移信号)作为迭代的目标信号，利用RPC软件的simulate功能模块对两液压缸的位移进行迭代。
上述MTS(Servohydraulic Test System)为液压伺服系统，其主要由活塞杆与缸体构成，活塞杆一般通过活结与样件连接，缸体与固定支架转动连接。
建立站台的过程如下：双击计算机桌面上的Station Builder，选择需要控制作动器确定后，在MTS窗口中设置作动器所控制的位移、力、加速度等，以及调整各自作对应的极限是否与作动器控制的一致，实际上就是实现软件系统与硬件系统一一对应。
在步骤(3)中，将试验的目标信号乘以该频响函数的逆矩阵再乘以一个迭代因子Gain值，即可得到第零次驱动；由该驱动信号驱动液压缸动作，即可通过数据采集器采集到该驱动下的位移响应信号；再由该第零次的响应信号与目标信号的差值乘以频响函数的逆矩阵再乘以Gain值再加上第零次驱动，即可得到第一次驱动；在第一次的驱动信号驱动液压缸动作时，数据采集器又可以采集到第一的位移响应信号；重复以上迭代的步骤，计算机重复计算响应信号与目标信号的均方根误差RMS error和均方根响应RMS response值，直至迭代的响应信号与目标信号的RMS error小于5％，RMS response大于95％；以最后的驱动信号作为驱动，在RPC软件中设置试验程序进行疲劳试验，并设置好试验保护(point bypoint)。
在疲劳试验过程中，稳定杆两端加载液压缸在路试信号驱动谱的驱动下，稳定杆两端同时、同频、异向运动，模拟稳定杆在实际路试过程中的扭转受力情况。与其他试验方法相比，工装简易、操作简单、试用性广、成本低、试验数据准确度高。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体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非实质性的改进，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之内。
Claims (8)
1.稳定杆双边随机谱试验方法，采用稳定杆双边随机谱加载试验工装，其特征在于：在试验时，利用处理过的稳定杆路试随机谱信号及RPC软件对稳定杆两端位移进行迭代，采用最终的驱动信号驱动两个驱动器动作，进行疲劳试验；
将稳定杆中间位置处应变传感器在试验场路试中采集的实际载荷谱信号进行信号处理，获得处理过的应变信号；再根据路试采集前的稳定杆单边位移-应变标定，将处理过的应变信号转化成位移信号；再根据稳定杆单边幅值与双边幅值为2倍关系，将位移信号除以2，得到稳定杆一侧随机信号，另一侧随机信号只要对先前一侧随机信号取反即可得到，最终获得稳定杆路试随机谱信号；
单边位移-应变标定是指：路试前的稳定杆标定采用对稳定杆一端加载、另一端固定，标定完成后得到位移与应变的关系曲线，将路试采集稳定杆应变信号乘以标定系数就得到了位移信号，完成信号的转化。
2.根据权利要求1所述的稳定杆双边随机谱试验方法，其特征在于：所述稳定杆双边随机谱加载试验工装包括用于固定稳定杆的试验支架和用于对稳定杆两端施加载荷的两个驱动器，在试验时，两个驱动器在同一时刻对稳定杆端部施加的载荷为大小相等且方向相反。
3.根据权利要求2所述的稳定杆双边随机谱试验方法，其特征在于：所述驱动器为液压缸，液压缸的活塞杆与所述稳定杆的端部转动连接，液压缸的缸体与支座转动连接。
4.根据权利要求2所述的稳定杆双边随机谱试验方法，其特征在于：所述两个驱动器位于所述试验支架的同一侧。
5.根据权利要求2所述的稳定杆双边随机谱试验方法，其特征在于：所述稳定杆通过对称设置的两个固定夹固定在所述试验支架上。
6.根据权利要求1所述的稳定杆双边随机谱试验方法，其特征在于：所述驱动器为液压缸，两个液压缸在驱动信号的驱动下同时、同频、异向加载。
7.根据权利要求1所述的稳定杆双边随机谱试验方法，其特征在于：获得稳定杆路试随机谱信号后，迭代过程包括步骤：
(1)打开RPC软件，以试验液压缸的位移作为驱动，两液压缸的位移作为响应，建立驱动文件；
(2)设置白噪声参数，产生白噪声并通过数据采集器采集两个液压缸的位移响应信号，计算出试验系统的驱动与响应间的频响函数；
(3)利用处理过的位移信号作为迭代的目标信号，利用RPC软件的simulate功能模块对两液压缸的位移进行迭代；
其中步骤(3)中所述处理过的位移信号是指路试上采集的稳定杆应变信号经过去毛刺、去漂移、滤波、剪切、重采样以及乘以标定系数和根据倍数关系再除以2所得到的位移信号。
8.根据权利要求7所述的稳定杆双边随机谱试验方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，将试验的目标信号乘以该频响函数的逆矩阵再乘以一个迭代因子Gain值，即可得到第零次驱动；由该驱动信号驱动液压缸动作，即可通过数据采集器采集到该驱动下的位移响应信号；再由该第零次的响应信号与目标信号的差值乘以频响函数的逆矩阵再乘以Gain值再加上第零次驱动，即可得到第一次驱动；在第一次的驱动信号驱动液压缸动作时，数据采集器又可以采集到第一次驱动下的位移响应信号；重复以上迭代的步骤，计算机重复计算响应信号与目标信号的均方根误差RMS error和均方根响应RMS response值，直至迭代的响应信号与目标信号的RMS error小于5％，RMS response大于95％；以最后的驱动信号作为驱动，在RPC软件中设置试验程序进行疲劳试验。
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