CN108829985B - 一种悬架动态k&c试验台单向加载谱的编制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种悬架动态K&C试验台单向加载谱的编制方法，涉及汽车悬架技术领域，包括如下步骤：步骤1：实时采集与整车各状态参数相关的道路载荷谱；步骤2：对道路载荷谱进行预处理和分析；步骤3：建立前后悬架的动力学模型，并结合台架试验，对动力学模型进行验证与精炼；步骤4：进行仿真分析，得到悬架动力学模型的K&C特性参数的变化规律；步骤5：筛选出能够考量悬架动态特性的有效载荷谱；步骤6：编制悬架动态K&C试验台的单向加载谱，利用动态K&C试验台进行迭代试验，得到试验台位移加载谱。本发明所述的编制方法具有方便有效、省时省力的特点，能够在试验台上有效模拟车辆行驶中的典型工况，提高了悬架动态K&C试验台的各项性能。

Description

一种悬架动态K&C试验台单向加载谱的编制方法
技术领域
本发明涉及汽车悬架技术领域，尤其涉及一种悬架动态K&C试验台单向加载谱的编制方法。
背景技术
悬架系统作为汽车底盘系统的关键零部件，其性能直接影响汽车的操稳性和平顺性。目前，国内主要自主品牌汽车企业的悬架系统的配套，主要是依靠外资企业或国外的技术支持开发完成；其整车性能，特别是整车的操稳性与平顺性目标的实现，也主要依靠英国、美国、荷兰等国家的专业公司对整车的调校来完成；为此，国内自主品牌汽车企业需要支付外资企业平均每款车型高达数百万元的调校费用。与此同时，因缺乏相关的试验平台和方法，国内技术人员缺乏相关经验，难以完成此类工作，这也导致了国内悬架系统研发周期长，产品利润大量流失的现象。
作为汽车底盘系统的关键零部件，悬架系统各关联零件的强度和刚度差异大，导向和承载的形式变化多，在不同的使用工况下，其K特性和C特性波动范围宽，静态 K&C特性不能全面反映悬架的动态特性，不利于高性能悬架的开发和调校；基于悬架动态K&C特性的悬架性能研究，对于自主开发高性能悬架以及提高汽车性能品质尤为重要，但目前相关台架试验中缺乏一套有效地确定悬架动态K&C试验台的加载谱的方法，以充分发挥相关试验台架的作用。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种悬架动态K&C试验台单向加载谱的编制方法，以测试悬架的动态K&C特性，从而促进高性能悬架的开发和调校。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是怎样方便有效，省时省力地确定试验台的加载谱，以便在试验台上有效模拟车辆行驶中的典型工况，从而测试悬架的动态K&C特性，促进高性能悬架的开发和调校。
为实现上述目的，本发明提供了一种悬架动态K&C试验台单向加载谱的编制方法，所述悬架动态K&C试验台单向加载谱的编制方法包括如下步骤：
步骤1：在大型试车场中选取能够考量悬架性能的试验区，进行实际车辆的道路试验，实时采集与车轮、悬架系统以及整车状态参数相关的道路载荷谱；
步骤2：对采集到的所述道路载荷谱进行预处理，并分析各所述道路载荷谱的时域及频域特征；
步骤3：根据试验车辆的几何特性参数、质量特性参数、力学特性参数，在动力学仿真软件中建立前后悬架的刚柔耦合多体动力学模型，并结合台架试验，对所述动力学模型进行验证与精炼；
步骤4：将预处理后的轮心力载荷谱加载到所述动力学模型中，进行动、静态仿真分析，得到悬架动力学模型的K&C特性参数随时间及位移的变化规律；
步骤5：将动、静态仿真结果进行时域与频域上的对比分析，筛选出能够考量所述悬架动态特性的有效载荷谱；
步骤6：综合考虑动态K&C试验台频率加载范围的限制，编制所述悬架动态K&C 试验台的单向加载谱；利用所述动态K&C试验台对所编制的所述轮心力加载谱进行迭代试验，得到试验台位移加载谱。
进一步地，所述步骤1中所述试验区具有可以考量所述车辆的悬挂性能和所述车辆整车的操纵性、稳定性和平顺性的特点。
优选地，所述步骤1中所述试验区的数量大于3。
进一步地，所述步骤2中对所述道路载荷谱进行的所述预处理包括消除尖峰、漂移及预载荷。
进一步地，所述步骤2中所述时域及频域特征包括最大值、最小值、均值、均方根值、标准差、变程和功率谱密度。
进一步地，所述步骤3中所述几何特性参数包括悬架各硬点坐标，可通过CAD 模型提取；所述力学特性参数包括弹簧刚度、衬套刚度以及减振器阻尼等，可通过试验测得。
进一步地，所述衬套刚度的衬套模型包括弹性单元、摩擦单元和黏弹单元并联组成的半经验动力学模型；弹性单元、摩擦单元能够反映衬套的振幅相关性，黏弹单元能够反映衬套的频率相关性。
进一步地，所述步骤3中所述结合台架进行的所述试验包括平行轮跳试验、扫频试验和白噪声试验；各个所述试验的内容包括最大值、最小值、变程和均方根值。
进一步地，所述步骤4中的所述悬架K&C特性参数包括前束角、外倾角、主销后倾角和主销内倾角，各所述悬架K&C特性参数的所述变化规律包括最大值、最小值和变程。
进一步地，所述步骤6中的所述迭代试验包括以所述试验车辆为载体，以所述轮心力加载谱为迭代信号，以试车场所采集的轮心力为监测信号，利用所述动态K&C 试验台迭代出所述试验台的位移加载谱。
与现有技术相比，本发明提供的一种悬架动态K&C试验台单向加载谱的编制方法具有以下有益效果：
1、本发明的悬架动态K&C试验台单向加载谱的编制方法，基于试车场实际道路载荷谱的采集和虚拟样机技术编制，使得载荷谱编制手段更加方便有效、省时省力。
2、本发明的悬架动态K&C试验台单向加载谱的编制方法，能够在试验台上有效模拟车辆行驶中的典型工况，提高了悬架的自主开发能力与性能评价的可靠性。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个优选实施例的悬架动态K&C试验台单向加载谱的编制方法流程图；
图2是本发明的一个优选实施例的试车场道路载荷谱采集流程图；
图3是本发明的一个优选实施例的前后悬架多体动力学模型搭建流程图；
图4是本发明的一个优选实施例的前后悬架多体动力学模型仿真设置流程图；
图5是本发明的一个优选实施例的所编制载荷谱的左前轮的一种时间历程分析图；
图6是本发明的一个优选实施例的所编制载荷谱的右前轮的一种时间历程分析图；
图7是本发明的一个优选实施例的所编制载荷谱的迭代流程图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
本发明的一个优选实施例提供了一种悬架动态K&C试验台单向加载谱的编制方法，其流程图如图1所示，包括如下步骤：
步骤1：在大型试车场中选取能够考量悬架性能的试验区，进行实际车辆的道路试验，实时采集与车轮、悬架系统以及整车状态参数相关的道路载荷谱；
步骤2：对采集到的所述道路载荷谱进行预处理，并分析各所述道路载荷谱的时域及频域特征；
步骤3：根据试验车辆的几何特性参数、质量特性参数、力学特性参数，在动力学仿真软件中建立前后悬架的刚柔耦合多体动力学模型，并结合台架试验，对所述动力学模型进行验证与精炼；
步骤4：将预处理后的轮心力载荷谱加载到所述动力学模型中，进行动、静态仿真分析，得到悬架动力学模型的K&C特性参数随时间及位移的变化规律；
步骤5：将动、静态仿真结果进行时域与频域上的对比分析，筛选出能够考量所述悬架动态特性的有效载荷谱；
步骤6：综合考虑动态K&C试验台频率加载范围的限制，编制所述悬架动态K&C 试验台的单向加载谱；利用所述动态K&C试验台对所编制的所述轮心力加载谱进行迭代试验，得到试验台位移加载谱。
在本实施例中，步骤1和步骤2中试车场道路载荷谱采集流程如图2所示，包括如下步骤：
S11、确定试验目的；
S12、试验通道制定；
S13、试验道路选择；
S14、试验器材准备；
S15、试验设备连接；
S16、路面载荷谱采集；
S17、试验数据处理与分析。
在本实施例中，步骤S12中试验通道包括轮心处六分力信号、轮心处位移信号、方向盘力与力矩信号、轴头加速度、质心加速度、质心位置的角速度信号；步骤S17 中试验数据处理过程包括：消除尖峰、消除漂移、消除预载荷；实验数据分析包括时域分析及频域分析；其中，时域分析的一个优选方案如表1所示(表1仅为示例性表格)：
表1：时域分析方案
Figure BDA0001703180240000041
在本实施例中，步骤3中前后悬架多体动力学模型搭建流程如图3所示，包括如下步骤：
S21、悬架系统参数获取；
S22、衬套参数识别；
S23、悬架模型搭建；
S24、悬架模型仿真；
S25、悬架模型验证与精炼。
步骤S21中，悬架系统参数包括质量特性参数、几何特性参数以及弹簧刚度、衬套刚度、减振器阻尼等力学特性参数，其中，几何特性参数可通过CAD模型获取，力学特性参数可通过试验测得。
步骤S22中，衬套模型由弹性单元、摩擦单元和黏弹单元并联组成；弹性单元符合胡克定律，可用胡克定律的形式表示衬套模型的弹性单元的特性：Fe(x)＝Ke·x；摩擦单元采用Berg模型，Berg模型的摩擦力Ff取决于摩擦单元两端的相对位移，同时也与摩擦力位移曲线上的参考点(Xs，Ffs)有关，其具体表达形式为：
当x＝xs时，Ff＝Ffs；
当x＞xs，或x增加时，
Figure BDA0001703180240000051
当x＜xs，或x减小时，
Figure BDA0001703180240000052
式中：Ff max和x2为两个待定参数，Ff max为最大摩擦力；x2为摩擦力Ff从0开始，逐渐增加至Ff＝Ff max/2时所需位移；
Figure BDA0001703180240000053
α取值为-1～1；
黏弹单元采用分数导数模型，黏弹单元力与位移的关系为：
Fv(t)＝b·xβ(t)；
式中，Fv为粘弹力；b为分数导数系数；β为分数导数阶数。
分数导数模型的傅立叶变换形式为：
Figure BDA0001703180240000054
衬套参数识别的一个优选方案如表2所示(表2仅为示例性表格)：
表2：衬套参数识别方案
参数 结果
K<sub>e</sub>(N/mm)
F<sub>fmax</sub>(N)
x<sub>2</sub>(mm)
β
b
步骤S25中，结合台架试验进行悬架模型验证与精炼，验证试验包括平行轮跳试验、扫频试验和白噪声试验。
一个优选验证方案如表3所示(表3仅为示例性表格)：
表3：优选验证方案
Figure BDA0001703180240000061
在本实施例中，步骤4中前后悬架多体动力学模型的仿真设置流程图，如图4所示：仿真设置中动态输入设置为预处理的轮心力载荷谱，静态输入设置以等幅值的正弦函数输入；将动静态仿真结果进行时域与频域上的对比分析，其中一种优选对比方案如表4所示(表4仅为示例性表格)：
表4：动静态仿真结果对比分析方案
Figure BDA0001703180240000062
通过对比不同路面动静态仿真分析的结果，得到最能考量悬架动态K&C特性参数的有效路面，分析有效路面的频域及时域特征。
在频域范围内对有效路面的轮心力载荷谱进行统计分析，其中一种优选的轮心力载荷谱分析方案如表5所示(表5仅为示例性表格)：
表5：轮心力载荷谱分析方案
Figure BDA0001703180240000071
在本实施例中，步骤5中，通过对比分析，筛选出有效路面载荷谱，并将所述有效路面载荷谱作为仿真软件的输入，进行仿真分析，从而得出能够考量所述悬架动态特性的有效载荷谱。
在本实施例中，步骤6中需综合考虑试验台对车辆平顺性的评价要求以及试验台频率加载范围，编制动态加载谱；
本实施例中，动态K&C试验台的加载频率范围为0-30Hz。
本实施例中所编制的载荷谱的一种时间历程分析图如图5和图6所示。
一种优选的各路面载荷谱具体内容如表6所示(表6仅为示例性表格)：
表6：各路面载荷谱具体内容
路面类型 频率范围(Hz) 时间(s) 循环数
路面1
路面2
路面3
......
路面n
在本实施例中，步骤6中所编制加载谱的迭代流程如图7所示，包括如下步骤：
S31、试验台的准备；
S32、迭代信号的确定；
S33、采样频率的确定；
S34、传递函数的生成；
S35、迭代及验证。
在上述流程中，迭代试验是以研究车辆为载体，以轮心力加载谱为迭代信号，以试车场所采集的轮心力为监测信号，利用动态K&C试验台迭代出试验台位移加载谱。
步骤S31中，试验台的准备过程为将配重好的研究车辆行驶至台架中心位置，用夹具固定好，将六分力轮规范安装到车轮中心位置，并进行水平调节。
步骤S33中，采样频率的选择根据输入信号的最大频率进行优化。
步骤S34中，传递函数的生成方式为创建一个白噪声激励试验台，利用试验台的驱动信号和响应信号求得。
步骤S35中，将筛选出的迭代信号加载于轮心处进行迭代，将每次输出的监测信号与试车场所采集的轮心力信号进行对比，当精度低于百分之八十，调整增益系数继续迭代，直至每个通道的信号精度全部达到百分之八十以上停止迭代，迭代出的位移信号即为试验台位移加载谱。
本优选实施例已经国内首台动态K&C试验台上成功运用，取得了预期效果。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种悬架动态K&C试验台单向加载谱的编制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在大型试车场中选取能够考量悬架性能的试验区，进行实际车辆的道路试验，实时采集与车轮、悬架系统以及整车状态参数相关的道路载荷谱；
步骤2：对采集到的所述道路载荷谱进行预处理，并分析各所述道路载荷谱的时域及频域特征；
步骤3：根据试验车辆的几何特性参数、质量特性参数、力学特性参数，在动力学仿真软件中建立前后悬架的刚柔耦合多体动力学模型，并结合台架试验，对所述动力学模型进行验证与精炼；
步骤4：将预处理后的轮心力载荷谱加载到所述动力学模型中，进行动、静态仿真分析，得到悬架动力学模型的K&C特性参数随时间及位移的变化规律；
步骤5：将动、静态仿真结果进行时域与频域上的对比分析，筛选出能够考量悬架动态特性的有效载荷谱；
步骤6：综合考虑动态K&C试验台频率加载范围的限制，编制所述悬架动态K&C试验台的单向加载谱；利用所述动态K&C试验台对所编制的所述轮心力加载谱进行迭代试验，得到试验台位移加载谱。
2.如权利要求1所述的悬架动态K&C试验台单向加载谱的编制方法，其特征在于，所述步骤1中所述试验区具有可以考量所述车辆的悬挂性能和所述车辆整车的操纵性、稳定性和平顺性的特点。
3.如权利要求1所述的悬架动态K&C试验台单向加载谱的编制方法，其特征在于，所述步骤1中所述试验区的数量大于3。
4.如权利要求1所述的悬架动态K&C试验台单向加载谱的编制方法，其特征在于，所述步骤2中对所述道路载荷谱进行的所述预处理包括消除尖峰、漂移及预载荷。
5.如权利要求1所述的悬架动态K&C试验台单向加载谱的编制方法，其特征在于，所述步骤2中所述时域及频域特征包括最大值、最小值、均值、均方根值、标准差、变程和功率谱密度。
6.如权利要求1所述的悬架动态K&C试验台单向加载谱的编制方法，其特征在于，所述步骤3中所述几何特性参数包括悬架各硬点坐标；所述力学特性参数包括弹簧刚度、衬套刚度以及减振器阻尼。
7.如权利要求6所述的悬架动态K&C试验台单向加载谱的编制方法，其特征在于，所述衬套刚度的衬套模型包括弹性单元、摩擦单元和黏弹单元并联组成的半经验动力学模型。
8.如权利要求1所述的悬架动态K&C试验台单向加载谱的编制方法，其特征在于，所述步骤3中所述结合台架进行的所述试验包括平行轮跳试验、扫频试验和白噪声试验；各个所述试验的内容包括最大值、最小值、变程和均方根值。
9.如权利要求1所述的悬架动态K&C试验台单向加载谱的编制方法，其特征在于，所述步骤4中的所述悬架K&C特性参数包括前束角、外倾角、主销后倾角和主销内倾角，各所述悬架K&C特性参数的所述变化规律包括最大值、最小值和变程。
10.如权利要求1所述的悬架动态K&C试验台单向加载谱的编制方法，其特征在于，所述步骤6中的所述迭代试验包括以所述试验车辆为载体，以所述轮心力加载谱为迭代信号，以试车场所采集的轮心力为监测信号，利用所述动态K&C试验台迭代出所述试验台的位移加载谱。
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