CN107505130A - 车架总成扭转疲劳加载试验台架及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车架总成扭转疲劳加载试验台架，其特征在于：车架总成为矩形框架结构，车架总成的后端通过带有关节轴承的连接杆与第二组合支架连接；第一组合支侧面的连接杆的端头连接车架固定板，第三组合支架位于车架总成的右侧，前夹板和后夹板固定连接在车架总成的前段底面的左右两侧，前夹板和后夹板之间连接一个方钢，中夹板固定连接在该方钢上；其能够更加真实的反映车架的使用特性和试验场试验的扭转载荷谱，所以试验精度比人为定义的加载谱试验更高，同时通过损伤等效控制试验循环次数，使台架试验与试验场耐久试验对照，提高试验的意义，有利于车架的轻量化验证。

Description

车架总成扭转疲劳加载试验台架及试验方法

技术领域

本发明涉及一种车架总成扭转疲劳加载试验台架及试验方法，属于汽车产品测试技术领域。

背景技术

目前，车辆被广泛应用到人们的日常生活中，车辆的质量被人们越来越重视。车架是车辆中的核心部件，车架质量和性能的好坏直接影响到整个车辆性能的高低。其中，车架的扭转疲劳强度是考核车架质量好坏的关键指标。因此，在车架的开发过程中需要对车架的扭转疲劳强度进行试验验证。

在实现本发明的过程中,发明人发现现有技术至少存在以下问题:

现阶段重型车车架总成的扭转疲劳加载试验台架存在车架自由度过约束的情况，导致扭转性能测试不准确的问题。

现阶段重型车车架总成的疲劳强度考核多采用等幅扭转角加载方式,该方法的扭转角来源是人为定义的,这种加载方法与车架总成道路载荷关系不明确，不能真实反映车架总成在道路上的实际受力情况, 难以获得真实的扭转疲劳寿命，对车架总成的考核与实际存在较大的差异性。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。

发明内容

本发明的目的是提供一种车架总成扭转疲劳加载试验台架及试验方法，其能够体现路试受力情况，考虑了车架在实际道路工况下的扭转角度，从而能够更加真实的反映车架的使用特性和试验场试验的扭转载荷谱，所以试验精度比人为定义的加载谱试验更高，同时通过损伤等效控制试验循环次数，使台架试验与试验场耐久试验对照，提高试验的意义，有利于车架的轻量化验证。

本发明的技术方案是这样实现的：一种车架总成扭转疲劳加载试验台架，由车架总成、平衡大支架、第一组合支架、支架本体、带有关节轴承的连接杆、车架固定板、转换夹具、第二组合支架、右后电液伺服作动器、左后电液伺服作动器、第三组合支架、后夹板、中夹板、前夹板、方钢、左前电液伺服作动器、右前电液伺服作动器组成，其特征在于：车架总成为矩形框架结构，第二组合支架的支架本体顶部侧面连接带有关节轴承的连接杆，车架总成的后端通过带有关节轴承的连接杆与第二组合支架连接；第一组合支架的支架本体顶部侧面连接带有关节轴承的连接杆，连接杆的端头连接车架固定板，第一组合支架位于车架总成的右侧，通过带有关节轴承的连接杆端头的车架固定板与车架总成后段连接；第三组合支架位于车架总成的右侧，通过带有关节轴承的连接杆与车架总成前段连接；前夹板和后夹板固定连接在车架总成的前段底面的左右两侧，前夹板和后夹板之间连接一个方钢，中夹板固定连接在该方钢上；右后电液伺服作动器、左后电液伺服作动器、左前电液伺服作动器和右前电液伺服作动器为液压缸,右后电液伺服作动器、左后电液伺服作动器、左前电液伺服作动器和右前电液伺服作动器上下都带有关节轴承，右后电液伺服作动器通过转换夹具与右侧的平衡大支架连接，左后电液伺服作动器通过转换夹具与左侧的平衡大支架连接，左前电液伺服作动器与左侧的中夹板连接，右前电液伺服作动器与右侧的中夹板连接。

车架总成扭转疲劳加载试验方法包括如下步骤:

步骤S1：采集车架总成在实车工况下的扭转角信号；

步骤S2：确定车架总成的扭转疲劳加载试验的扭转角幅值和试验循环次数；

步骤S3：根据车架总成的扭转疲劳加载试验的扭转角确定驱动信号，控制四个作动器动作，进行疲劳试验；

步骤S1包括：

步骤S11：在车架总成的一侧安装车架总成扭转角测试系统；

步骤S12：使得带有车架总成转角测试系统的车辆在道路上行驶；

步骤S13：利用所述数据采集系统装置采集车架总成在实车工况下的扭转角信号；以及

步骤S14：保存所述实车车架总成扭转角信号；

以包括下述步骤的方法来确定步骤S2中车架总成的扭转疲劳加载试验的扭转角幅值：

步骤S21：对S1中采集到的实车车架总成扭转角信号进行基本数据处理；

步骤S22：雨流统计，得到扭转角Range-Mean矩阵，控制转角的级别在8级，利用中间的4级扭转角幅值作为车架总成的扭转疲劳加载试验的扭转角幅值；

步骤S23：利用Miner疲劳累积损伤理论公式进行损伤计算，并用古德曼均值修正法对对各级扭转角对应的损伤进行修正；

Miner疲劳累积损伤理论公式如下式：

上式中，D为总损伤，为第i级的损伤， 为第i级应力水平下的实际循环数， 为第i级应力水平下的寿命。

古德曼（Goodman）平均应力修正公式如下式：

上式中，应力幅值， 为材料的对称疲劳极限， 为平均应力， 为材料的强度极限；

步骤S24：利用损伤等效原理，将第1、2级转角的循环次数转化成第3级转角循环次数，将第7、8级转角的循环次数转化成第6级转角循环次数，最后得到的是第3、4、5、6级的转角循环次数。得到试验场一圈信号对应4级转角循环次数。根据试验场耐久性试验规范规定的总里程和强化路一圈的里程，计算出对应的圈数，利用4级转角循环次数乘以圈数，即得到各级转角对应的总循环次数；

以包括下述步骤的方法来确定步骤S3车架总成的扭转疲劳加载试验的驱动信号：

步骤S31：在车架总成的相同位置安装和S11步骤中相同的车架总成扭转角测试系统；

步骤S32：测量步骤S22中4级扭转角幅值分别对应的作动器位移幅值；

步骤S33：利用S24的试验循环次数，根据作动器位移幅值确定车架总成的扭转疲劳多级加载谱;利用S33步骤中得到多级加载谱重复播放即为车架总成的扭转疲劳试验。

本发明的的积极效果是其能够体现路试受力情况，考虑了车架在实际道路工况下的扭转角度，从而能够更加真实的反映车架的使用特性和试验场试验的扭转载荷谱，所以试验精度比人为定义的加载谱试验更高，同时通过损伤等效控制试验循环次数，使台架试验与试验场耐久试验对照，提高试验的意义，有利于车架的轻量化验证。

附图说明

图1为本发明的结构图。

图2为本发明的试验流程框图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：如图1所示，一种车架总成扭转疲劳加载试验台架，由车架总成1、平衡大支架2、第一组合支架3、支架本体31、带有关节轴承的连接杆32、车架固定板33、转换夹具4、第二组合支架5、右后电液伺服作动器6、左后电液伺服作动器7、第三组合支架8、后夹板9、中夹板10、前夹板11、方钢12、左前电液伺服作动器13、右前电液伺服作动器14组成，其特征在于：车架总成1为矩形框架结构，第二组合支架5的支架本体5顶部侧面连接带有关节轴承的连接杆51，车架总成1的后端通过带有关节轴承的连接杆51与第二组合支架5连接；第一组合支架3的支架本体31顶部侧面连接带有关节轴承的连接杆32，连接杆32的端头连接车架固定板33，第一组合支架3位于车架总成1的右侧，通过带有关节轴承的连接杆32端头的车架固定板33与车架总成1后段连接；第三组合支架8位于车架总成1的右侧，通过带有关节轴承的连接杆81与车架总成1前段连接；前夹板11和后夹板9固定连接在车架总成1的前段底面的左右两侧，前夹板11和后夹板9之间连接一个方钢12，中夹板10固定连接在该方钢12上；右后电液伺服作动器6、左后电液伺服作动器7、左前电液伺服作动器13和右前电液伺服作动器14为液压缸,右后电液伺服作动器6、左后电液伺服作动器7、左前电液伺服作动器13和右前电液伺服作动器14上下都带有关节轴承，右后电液伺服作动器6通过转换夹具4与右侧的平衡大支架2连接，左后电液伺服作动器7通过转换夹具4与左侧的平衡大支架2连接，左前电液伺服作动器13与左侧的中夹板10连接，右前电液伺服作动器14与右侧的中夹板10连接。

后夹板9、前夹板11的上表面设置有连接支架，用于模拟板簧卷耳，方钢12通过后夹板9、前夹板11的连接支架与车架总成的前板簧支架连接。中夹板10的下表面设置有连接支架，用于与右前电液伺服作动器14的活塞杆端的关节轴承连接。

右后电液伺服作动器6、左后电液伺服作动器7、左前电液伺服作动器13和右前电液伺服作动器14为液压缸，液压缸的活塞杆与关节轴承固定连接，液压缸的缸体通过关节轴承与铁地板固定连接。右后电液伺服作动器6、左后电液伺服作动器7、左前电液伺服作动器13和右前电液伺服作动器14垂直设置，其中左前电液伺服作动器13和右前电液伺服作动器14位于车架前轴位置，活塞杆上的关节轴承与前板簧模拟装置的中间夹板固定连接；右后电液伺服作动器6、左后电液伺服作动器7位于平衡大支架位置，活塞杆上的关节轴承通过连接转换夹具与平衡大支架连接。。

四个电液伺服作动器与电控柜连接，高低压管路连接并固定在铁地板上。通过MTS站台控制软件设定好四个作动器的联合控制平台，通过方波信号调整好四个液压缸的PID参数。优选的，疲劳试验过程中采用位移控制。本发明还提供了一种车架总成扭转疲劳试验方法，采用上述结构的试验台架，包括以下步骤：

步骤S1：采集车架总成在实车工况下的扭转角信号。可以理解的是，实车工况下的扭转角信号是车架总成在实车工况下的车架扭转角信号，或者说是在车架总成安装在实车上在特定工况下的车架扭转角信号。实车工况的具体参数种类或具体参数竖直可以根据需要设置，通常包括：车速、路况（路面不平度情况和操作工况）、载荷等等。

步骤S1包括：

步骤S11：在车架总成的一侧安装车架总成扭转角测试系统。所述扭转角测试系统包括转角传感器和辅助装置，所述车架总成扭转角为前轴纵向中心线与平衡大支架纵向中心线的夹角。

步骤S12：使得带有车架总成的车辆在道路上行驶。所述道路通常是试验场道路，也可以是实际的道路。本发明的实车工况采用试验场工况。

步骤S13：利用所述数据采集系统装置采集车架总成在实车工况下的扭转角信号。可以理解的是，利用所述数据采集系统装置采集车架总成在实车工况下的扭转角信号通常包括对采集到信号进行分析处理，以得到更加规范化或更加简洁的扭转角信号。所述分析处理包括通道提取、重采样、滤波、路面信号分段等等。

步骤S14：保存所述实车车架总成扭转角信号。可以理解的是，包括所述实车应变信号包括保存实车扭转角信号的时域信号，以及保利与所述时域信号对应的实车工况。

步骤S2：确定车架总成的扭转疲劳加载试验的扭转角幅值和试验循环次数。可以理解的是，根据S1步骤采集到的车架扭转角时域信号确定车架总成的扭转疲劳加载试验的扭转角幅值和试验循环次数。

步骤S2包括：

步骤S21：对S1中采集到的实车车架总成扭转角信号进行基本数据处理。利用nCode软件对数据进行基本处理，包括去零漂、毛刺、剪切、压缩、雨流统计、损伤计算等等一些处理。如同专业人员所公知的那样，nCode软件是一款专业的疲劳领域的数据处理、报告生成的工程软件，能将海量原始数据转变为有用的信息。

步骤S22：雨流统计，利用nCode软件中Glyphworks模块的Rainflow Cycle Count功能对S21中处理后的转角时域信号转变为Range-Mean矩阵。得到扭转角Range-Mean矩阵，控制转角的级别在8级，利用中间的4级转角幅值作为车架总成的扭转疲劳加载试验的扭转角幅值，即第3、4、5、6级的转角幅值作为车架总成的扭转疲劳加载试验的扭转角幅值。

步骤S23：利用Miner疲劳累积损伤理论公式进行损伤计算。并用古德曼均值修正法对损伤进行修正。

步骤S24：利用损伤等效原理，将第1、2级转角的循环次数转化成第3级转角循环次数，将第7、8级转角的循环次数转化成第6级转角循环次数，最后得到的是第3、4、5、6级的转角循环次数，即试验场一圈信号对应4级转角循环次数。根据试验场耐久性试验规范规定的总里程和强化路一圈的里程，计算出对应的圈数，利用4级转角循环次数乘以圈数，即得到各级转角对应的总循环次数。

步骤S3：根据车架总成的扭转疲劳加载试验的扭转角确定驱动信号，控制四个作动器动作，进行疲劳试验。

以包括下述步骤的方法来确定步骤S3车架总成的扭转疲劳加载试验的驱动信号：

步骤S31：在车架总成的相同位置安装和S11步骤中相同的车架总成扭转角测试系统；

步骤S32：测量步骤S22中4级扭转角幅值分别对应的作动器位移幅值。可以理解的是，以步长0.2mm逐步增加作动器的运动位移，记录下4级转角幅值分别对应的作动器位移幅值，以此位移值作为位移驱动信号的幅值。

步骤S33：利用S24的试验循环次数，根据作动器位移幅值确定车架总成的扭转疲劳多级加载谱。先确定试验场一圈的加载谱，每级转角幅值对应的作动器驱动位移和循环次数确定好了，生成每级的驱动信号--正弦加载谱，把4级的驱动信号连接起来，就是试验场一圈的驱动信号加载谱，即车架的扭转疲劳试验加载谱。

利用本发明的试验台架及S33步骤中得到多级加载谱重复播放即为车架总成的扭转疲劳试验。

实施例1

下面以1#商用车车架扭转信号转化为载荷谱为例进行说明。

1、雨流统计

对车架扭转角信号进行统计，Range分为8级，1#商用车特征3路车架扭转角矩阵统计如下表所示：

表1、1#商用车特征3路车架扭转角统计表

2、利用Miner疲劳累积损伤理论公对以上雨流矩阵进行相对损伤计算，利用古德曼（Goodman）平均应力修正公式，对各级载荷对应的损伤进行修正。

Miner疲劳累积损伤理论公式如下式：

上式中，D为总损伤，为第i级的损伤， 为第i级应力水平下的实际循环数， 为第i级应力水平下的寿命。

古德曼（Goodman）平均应力修正公式如下式：

上式中，应力幅值， 为材料的对称疲劳极限， 为平均应力， 为材料的强度极限。

表2、1#商用车特征3路修正后相对损伤统计表

3、相对损伤等效控制试验循环次数

将第1、2级转角的循环次数转化成第3级转角循环次数，将第7、8级转角的循环次数转化成第6级转角循环次数，最后得到的是第3、4、5、6级的转角循环次数，第1、2级转化成第3级计算公式如下：

上式中，为第x级转化成第y级后的循环次数，为第x级的损伤， 为第y级的损伤，为第y级的循环次数。总循环次数等于各级循环次数乘以总圈数。

表3、1#商用车特征3路4级扭转角幅值及循环次数统计表

实施例2

下面以2#商用车车架扭转信号转化为载荷谱为例进行说明。

1、雨流统计

表1、2#商用车特征3路车架扭转角统计表

2、利用以上雨流矩阵进行相对损伤计算，利用古德曼（Goodman）平均应力修正公式，对各级载荷对应的损伤进行修正。

表2、2#商用车特征3路修正后相对损伤统计表

3、相对损伤等效控制试验循环次数

表3、2#商用车特征3路4级扭转角幅值及循环次数统计表

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，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 (2)

1.一种车架总成扭转疲劳加载试验台架，由车架总成、平衡大支架、第一组合支架、支架本体、带有关节轴承的连接杆、车架固定板、转换夹具、第二组合支架、右后电液伺服作动器、左后电液伺服作动器、第三组合支架、后夹板、中夹板、前夹板、方钢、左前电液伺服作动器、右前电液伺服作动器组成，其特征在于：车架总成为矩形框架结构，第二组合支架的支架本体顶部侧面连接带有关节轴承的连接杆，车架总成的后端通过带有关节轴承的连接杆与第二组合支架连接；第一组合支架的支架本体顶部侧面连接带有关节轴承的连接杆，连接杆的端头连接车架固定板，第一组合支架位于车架总成的右侧，通过带有关节轴承的连接杆端头的车架固定板与车架总成后段连接；第三组合支架位于车架总成的右侧，通过带有关节轴承的连接杆与车架总成前段连接；前夹板和后夹板固定连接在车架总成的前段底面的左右两侧，前夹板和后夹板之间连接一个方钢，中夹板固定连接在该方钢上；右后电液伺服作动器、左后电液伺服作动器、左前电液伺服作动器和右前电液伺服作动器为液压缸,右后电液伺服作动器、左后电液伺服作动器、左前电液伺服作动器和右前电液伺服作动器上下都带有关节轴承，右后电液伺服作动器通过转换夹具与右侧的平衡大支架连接，左后电液伺服作动器通过转换夹具与左侧的平衡大支架连接，左前电液伺服作动器与左侧的中夹板连接，右前电液伺服作动器与右侧的中夹板连接。

2.根据权利要求1所述的一种车架总成扭转疲劳加载试验台架，其特征在于所述的车架总成扭转疲劳加载试验包括如下步骤：

步骤S1：采集车架总成在实车工况下的扭转角信号；

步骤S2：确定车架总成的扭转疲劳加载试验的扭转角幅值和试验循环次数；

步骤S3：根据车架总成的扭转疲劳加载试验的扭转角确定驱动信号，控制四个作动器动作，进行疲劳试验；

步骤S1包括：

步骤S11：在车架总成的一侧安装车架总成扭转角测试系统；

步骤S12：使得带有车架总成转角测试系统的车辆在道路上行驶；

步骤S13：利用所述数据采集系统装置采集车架总成在实车工况下的扭转角信号；以及

步骤S14：保存所述实车车架总成扭转角信号；

以包括下述步骤的方法来确定步骤S2中车架总成的扭转疲劳加载试验的扭转角幅值：

步骤S21：对S1中采集到的实车车架总成扭转角信号进行基本数据处理；

步骤S22：雨流统计，得到扭转角Range-Mean矩阵，控制转角的级别在8级，利用中间的4级扭转角幅值作为车架总成的扭转疲劳加载试验的扭转角幅值；

步骤S23：利用Miner疲劳累积损伤理论公式进行损伤计算，并用古德曼均值修正法对对各级扭转角对应的损伤进行修正；

Miner疲劳累积损伤理论公式如下式：

上式中，D为总损伤，为第i级的损伤， 为第i级应力水平下的实际循环数， 为第i级应力水平下的寿命；

古德曼（Goodman）平均应力修正公式如下式：

上式中，应力幅值， 为材料的对称疲劳极限， 为平均应力， 为材料的强度极限；

步骤S24：利用损伤等效原理，将第1、2级转角的循环次数转化成第3级转角循环次数，将第7、8级转角的循环次数转化成第6级转角循环次数，最后得到的是第3、4、5、6级的转角循环次数；得到试验场一圈信号对应4级转角循环次数；根据试验场耐久性试验规范规定的总里程和强化路一圈的里程，计算出对应的圈数，利用4级转角循环次数乘以圈数，即得到各级转角对应的总循环次数；

以包括下述步骤的方法来确定步骤S3车架总成的扭转疲劳加载试验的驱动信号：

步骤S31：在车架总成的相同位置安装和S11步骤中相同的车架总成扭转角测试系统；

步骤S32：测量步骤S22中4级扭转角幅值分别对应的作动器位移幅值；

步骤S33：利用S24的试验循环次数，根据作动器位移幅值确定车架总成的扭转疲劳多级加载谱;利用S33步骤中得到多级加载谱重复播放即为车架总成的扭转疲劳试验。