CN109115526A - 一种后桥六通道道路模拟试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种后桥六通道道路模拟试验方法，以解决现有技术中后桥系统道路模拟试验仅能对垂向上加载道路谱，不能充分地对后桥系统进行验证的问题。该方法包括：采集后桥系统的原始响应信号；对原始响应信号进行预处理，获得道路模拟试验的目标响应信号；将后桥系统装配至白车身上，通过工装夹具对白车身固定，将六个液压缸安装至工装夹具上；计算道路模拟试验台架的传递函数；计算道路模拟试验的初始驱动信号；以目标响应信号作为迭代目标信号，控制液压缸按照初始驱动信号对白车身进行加载，进行路谱迭代，获取道路模拟试验的目标驱动信号；在完成路谱迭代后，根据目标驱动信号在道路模拟试验台架上进行后桥系统六通道台架耐久试验。

Description

一种后桥六通道道路模拟试验方法

技术领域

本发明涉及汽车试验领域，具体是一种后桥六通道道路模拟试验方法。

背景技术

近年来，我国汽车行业发展突飞猛进，产品的更新换代愈加频繁，市场竞争愈加激烈，这就需要汽车公司缩短开发周期，特别是在产品研发后期的验证阶段，需要制定加速产品验证的方法，即耐久试验技术。

目前汽车整车和零部件的耐久试验技术的薄弱长期制约着国内整车开发的水平。汽车的结构耐久试验主要通过实车道路耐久试验和室内台架耐久试验完成。实车道路耐久试验是整车所有零部件按装配要求安装完成后，在试验场模拟用户使用的最恶劣工况进行道路试验，其中包括振动路、卵石路、扭转路及高速路等强化路面。室内台架耐久试验包括等幅加载和道路谱加载，等幅加载是对汽车系统及零部件等幅值循环加载，目前大部分零部件耐久试验采用此种方法；道路谱加载是基于道路载荷模拟技术在台架上模拟道路载荷进行单通道或多通道耐久试验，目前主要有整车四通道道路模拟试验，而该试验只能模拟整车垂向的道路载荷，对后桥系统纵向和横向的道路载荷不能模拟，所以对后桥系统的考核不充分。

实车道路耐久试验与用户的关联度较高，但是试验时间较长，试验成本较高；室内台架耐久试验等幅加载试验时间较短，试验成本较低，但与用户的关联度较低；室内台架耐久试验道路谱加载试验时间较短，试验成本较低，且与用户的关联度较高，能准确的验证零部件的结构耐久性，防止产品设计余量过大，使产品结构设计更加科学合理，提高产品的总体性能且与用户的关联度较高。

随着汽车市场竞争的不断加剧，为缩短产品的开发周期、降低开发成本，道路模拟试验方法已成为国外主要整车及零部件企业进行产品验证的主要手段。然而，由于试验技术基础薄弱，我国整车及零部件企业道路模拟试验技术还处于初始阶段，特别是基于软件和硬件相结合的汽车零部件道路模拟试验技术。这严重制约了我国汽车产业的发展，降低了我国汽车企业的竞争力。因此，迫切需要提高我国自主品牌汽车公司的道路模拟试验能力，以满足日益增加的新产品开发需求，整车开发水平，提升竞争能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种后桥六通道道路模拟试验方法，以解决现有技术中后桥系统道路模拟试验仅能够对垂向上加载道路谱，不能充分地对后桥系统进行验证的问题。

本发明的技术方案为：

本发明提供了一种后桥六通道道路模拟试验方法，包括：

采集整车道路试验时待试验后桥系统的原始响应信号，所述原始信号包括：粘贴在待试验后桥系统上的应变片采集的应变信号和安装在整车上的六分力传感器采集的六分力信号；

对所述原始响应信号进行预处理，获得后桥系统六通道道路模拟试验的目标响应信号；

将粘贴有应变片的待试验后桥系统装配至白车身上，在工装夹具上安装所述六分力传感器，通过工装夹具对白车身进行固定，并将六个液压缸分别安装至工装夹具的左后车轮和右后车轮的横向方向、纵向方向以及垂向方向上；

使用随机信号作为驱动信号，控制六个液压缸按照所述驱动信号同时对白车身进行加载，测量所述待测试后桥系统在后桥系统六通道道路模拟试验台架上的响应信号；

根据所述驱动信号和所述响应信号，计算后桥系统六通道道路模拟试验台架的传递函数；

根据所述传递函数和所述目标响应信号，计算后桥系统六通道道路模拟试验的初始驱动信号；

以所述目标响应信号作为迭代目标信号，控制六个液压缸按照所述初始驱动信号同时对白车身进行加载，进行至少一次路谱迭代，获取后桥系统六通道道路模拟试验的目标驱动信号；

在完成路谱迭代后，根据所获得的目标驱动信号在后桥系统六通道道路模拟试验台架上进行后桥系统六通道台架耐久试验。

优选地，采集整车道路试验时待试验后桥系统的原始响应信号的步骤包括：

确定所述待试验后桥系统的后桥上在预定测试工况下产生应力最大的目标区域以及所述目标区域对应的目标应力方向；

根据所述目标应力方向，确定与所述目标应力方向对应的应变片所属类型，在所述待试验后桥系统的后桥上的目标区域位置处粘贴已确定所属类型的应变片；

在所述待试验后桥系统的螺旋弹簧上粘贴用于感应扭转应力的应变片；

将粘贴有应变片的待试验后桥系统装配至整车上，在整车上安装六分力传感器，并进行整车道路试验，采集所述待试验后桥系统的原始响应信号。

优选地，确定所述待试验后桥系统的后桥上在预定测试工况下产生应力最大的目标区域以及所述目标区域对应的应力方向的步骤包括：

建立所述待试验后桥系统的CAE模型；

在CAE模型中，对所述待试验后桥系统进行横向加载，确定所述待试验后桥系统的后桥上产生应力最大的目标位置所处的第一区域，并确定横向方向为所述第一区域对应的应力方向；

在CAE模型中，对所述待试验后桥系统进行纵向加载，确定所述待试验后桥系统的后桥上产生应力最大的目标位置所处的第二区域，并确定纵向方向为所述第二区域对应的应力方向；

在CAE模型中，对所述待试验后桥系统件垂向加载，确定所述待试验后桥系统的后桥上产生应力最大的目标位置所处的第三区域，并确定垂向方向为所述第三区域对应的应力方向；

在CAE模型中，对所述待试验后桥系统进行异向扭转加载，确定所述待试验后桥系统的后桥上产生应力最大的目标位置所处的第四区域，确定异向扭转方向为所述第四区域对应的应力方向；

将所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域和所述第四区域确定为所述目标区域。

优选地，在所述待试验后桥系统的螺旋弹簧上粘贴的用于感应扭转应力的应变片应当满足：使所述待试验后桥系统的螺旋弹簧所产生的应变与所述待试验后桥系统的螺旋弹簧的位移呈线性关系。

优选地，以所述目标响应信号作为迭代目标信号，控制六个液压缸按照所述初始驱动信号同时对白车身进行加载，进行至少一次路谱迭代，获取后桥系统六通道道路模拟试验的目标驱动信号的步骤包括：

在六个液压缸按照所述初始驱动信号同时对白车身进行加载后，采集后桥系统六通道道路模拟试验台架的反馈信号，所述反馈信号包括：所述应变片采集的应变信号和所述六分力传感器采集的六分力信号；

确定所述迭代目标信号和所述反馈信号的均方根误差RMS；

在所述均方根误差RMS小于或等于预定数值时，完成路谱迭代，并将使所述均方根误差RMS小于或等于所述预定数值的液压缸驱动信号确定为所述目标驱动信号。

本发明的有益效果为：

本发明提供的方法，运用道路载荷模拟技术在室内台架上重现后桥系统在道路试验中的受载，所以后桥系统在台架耐久试验中的受载与道路试验中的受载相似；通过试验设备对汽车后桥进行道路谱加载，每天可以24小时不间断的开展试验，且不需要专业的驾驶员进行驾驶，是实车道路试验无法比拟的；试验对象只需要白车身和后桥系统，其它无关的试验对象无需装配，适合产品开发前期进行验证；由于不需要驾驶员，避免了因驾驶员造成的试验结果差异性，减少了人为因素的影响。

本试验方法效率较高，试验时间较少，成本较低，试验精度高且可靠可行，满足汽车后桥系统的验证要求。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为CAE分析后桥的应力集中区域分布示意图；

图3为螺旋弹簧上的应变片粘贴位置示意图；

图4为六通道道路模拟试验台架的结构示意图；

图5为路谱迭代过程中RMS变化示意图；

图6为路谱迭代完成后路谱信号与台架信号对比示意图；

附图标记说明：1、左侧横梁变截面区域前部下端；2、左侧纵臂外侧；3、右侧纵臂外侧；4、左侧凸缘连接件外侧；5、右侧凸缘连接件外侧；6、横梁对称中心下端；7、右侧横梁变截面区域前部下端；8、剪切应变片；9、垂向定位线；10、轴向定位线；11、左后车轮垂向力加载方向；12、左后车轮横向力加载方向；13、左后车轮纵向力加载方向；14、右后车轮垂向力加载方向；15、右后车轮横向力加载方向；16、右后车轮纵向力加载方向； 17、左后轮毂夹具；18、右后轮毂夹具。

具体实施方式

参照图1，本发明提供了一种后桥六通道道路模拟试验方法，包括：

步骤1，采集整车道路试验时待试验后桥系统的原始响应信号，所述原始信号包括：粘贴在待试验后桥系统上的应变片采集的应变信号和安装在整车上的六分力传感器采集的六分力信号。

对于上述的六分力传感器来说，其具体是安装在整车的右后车轮上和左后车轮上的。

具体的，为了能够精确地采集到整车道路试验时待试验后桥系统的原始响应信号，在本发明中，提供了如下方式来实现应变片精确地粘贴在后桥系统上。

首先，建立待试验后桥系统的CAE模型，在CAE模型中，对所述待试验后桥系统进行横向方向上的加载，确定所述待试验后桥系统的后桥上产生应力最大的目标位置所处的第一区域，并确定横向方向为所述第一区域对应的应力方向；在CAE模型中，对所述待试验后桥系统进行纵向加载，确定所述待试验后桥系统的后桥上产生应力最大的目标位置所处的第二区域，并确定纵向方向为所述第二区域对应的应力方向；在CAE模型中，对所述待试验后桥系统件垂向加载，确定所述待试验后桥系统的后桥上产生应力最大的目标位置所处的第三区域，并确定垂向方向为所述第三区域对应的应力方向；在CAE模型中，对所述待试验后桥系统进行异向扭转加载，确定所述待试验后桥系统的后桥上产生应力最大的目标位置所处的第四区域，确定异向扭转方向为所述第四区域对应的应力方向；将所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域和所述第四区域确定为待试验后桥系统的后桥上在预定测试工况下产生应力最大的目标区域，且每一目标区域各对应有目标应力方向。如图 2，对于某待测试车型的待试验后桥系统来说，待试验后桥系统的后桥在纵向力受载工况下的产生应力最大的第二区域为后桥的左侧纵臂外侧2和右侧纵臂外侧3，待试验后桥系统的后桥在横向力受载工况下的产生应力最大的第一区域为后桥的左侧凸缘连接件外侧4和右侧凸缘连接件外侧5，待试验后桥系统的后桥在垂向力受载工况下的产生应力最大的第三区域为后桥的横梁对称中心下端6，待试验后桥系统的后桥在异向扭转力受载工况下的产生应力最大的第四区域为后桥的左侧横梁变截面区域前部下端1与右侧横梁变截面区域前部下端7。

上述的纵向方向是指上下方向，垂向方向是指前后方向，横向方向是指左右方向。

根据所确定的每一目标区域所对应的目标应力方向，选择与目标应力方向对应的应变片所属类型，并将确定好所属类型的应变片粘贴在后桥的目标应力区域上。

对于待试验后桥系统的螺旋弹簧来说，需要在其上粘贴用于感应扭转应力的应变片，且该应变片具体类型为剪切应变片8，并且，粘贴在螺旋弹簧上的应变片应当满足：使所述待试验后桥系统的螺旋弹簧所产生的应变与所述待试验后桥系统的螺旋弹簧的位移呈线性关系。具体地，如图3所示，将螺旋弹簧放在水平面上，从螺旋弹簧正上方往下看，在剪切应变片8位置划出十字线，即轴向定位线10与垂向定位线9，轴向定位线10应与螺旋弹簧螺杆中心线平行，垂向定位线9划在剪切应变片8位置中间。粘贴剪切应变片8的轴向定位线的延长线与螺旋弹簧螺杆的轴向定位线10重合。

在完成将应变片粘贴在待试验后桥系统上的步骤后，将粘贴有应变片的待试验后桥系统装配至整车上，并在整车上安装六分力传感器，该六分力传感器具体是通过适配器安装在整车的左后车轮和右后车轮上的。在进行整车道路试验前，对六分力传感器和应变片信号清零处理。在路市场按照道路试验要求进行整车道路试验，通过应变片采集应变待试验后桥系统的应变信号以及通过六分力传感器采集整车的六分力信号，将该应变信号和六分力信号确定为上述的原始响应信号。

步骤2，对所述原始响应信号进行预处理，获得后桥系统六通道道路模拟试验的目标响应信号。

其中，对于原始响应信号的预处理具体包括：对步骤1中采集到的原始响应信号进行路面截取，选取迭代目标信号，清零和滤波等处理。从采集的信号中选取12处信号作为迭代目标信号(目标响应信号)，该目标响应信号包括13个迭代目标信号，具体包括：安装在左后车轮上的六分力传感器所采集的纵向分力和横向分力，安装在右后车轮上的六分力传感器所采集的纵向分力和横向分力，粘贴在待试验后桥系统的左右螺旋弹簧上的剪切应变片8所感应到的应力，以及粘接至后桥的左侧横梁变截面区域前部下端1、左侧纵臂外侧2、右侧纵臂外侧3、左侧凸缘连接件外侧4、右侧凸缘连接件外侧5、横梁对称中心下端6和右侧横梁变截面区域前部下端7共七处目标区域位置处的应变片所感应的应力。

步骤3，将粘贴有应变片的待试验后桥系统装配至白车身上，在工装夹具上安装所述六分力传感器，通过工装夹具对白车身进行固定，并将六个液压缸分别安装至工装夹具的左后车轮和右后车轮的横向方向、纵向方向以及垂向方向上。

其中，在步骤3中的六分力传感器和步骤1中的六分力传感器为同一传感器，其通过适配器安装在工装夹具的后车轮上的，具体为工装夹具的左后车轮和右后车轮上。

如图4所示，该工装夹具为对待试验后桥系统进行六通道道路模拟实验的台架，在设计制造工装夹具时，要求改工装夹具应当满足：1)、夹具运动部分工装质量应尽量小，减小试验中惯性力的影响；2)、夹具的最小共振频率(固有频率)必须远远大于最高的测试频率；3)、夹具本身的变形必须要非常的小。工装夹具包括左后轮毂夹具17和右后轮毂夹具18，该左后轮毂夹具17与白车身的左后制动器连接，右后轮毂夹具与白车身的右后制动器连接。通过六个液压缸分别安装在工装夹具的左后车轮垂向力加载方向11、左后车轮横向力加载方向12、左后车轮纵向力加载方向13、右后车轮垂向力加载方向14、右后车轮横向力加载方向15和右后车轮纵向力加载方向16上，在六个通道上同时对白车身进行加载，能够保证六个自由度得到释放。

步骤4，使用随机信号作为驱动信号，控制六个液压缸按照所述驱动信号同时对白车身进行加载，测量所述待测试后桥系统在后桥系统六通道道路模拟试验台架上的响应信号。

步骤5，根据所述驱动信号和所述响应信号，计算后桥系统六通道道路模拟试验台架的传递函数。

步骤6，根据所述传递函数和所述目标响应信号，计算后桥系统六通道道路模拟试验的初始驱动信号。

上述步骤4中的随机信号为：白噪声信号、粉噪声信号或粉红噪声信号，该驱动信号作为输入信号，响应信号为13个迭代目标信号在六通道道路模拟试验台架上的反馈信号，传递函数为13×6的非方矩阵。

步骤7，以所述目标响应信号作为迭代目标信号，控制六个液压缸按照所述初始驱动信号同时对白车身进行加载，进行至少一次路谱迭代，获取后桥系统六通道道路模拟试验的目标驱动信号。

具体的，该步骤7包括：

在六个液压缸按照所述初始驱动信号同时对白车身进行加载后，采集后桥系统六通道道路模拟试验台架的反馈信号，所述反馈信号包括：所述应变片采集的应变信号和所述六分力传感器采集的六分力信号；

确定所述迭代目标信号和所述反馈信号的均方根误差RMS；

在所述均方根误差RMS小于或等于预定数值时，完成路谱迭代，并将使所述均方根误差RMS小于或等于所述预定数值的液压缸驱动信号确定为所述目标驱动信号。

上述的预定数值可以为5％、6％、7％、8％、9％和10％等数值中的任意一个数值。路谱迭代的过程就是不断重复测量反馈信号和迭代目标信号之间的误差来修正液压缸的驱动信号的过程，最终的结果就是要通过迭代肇东可以获得该迭代目标信号的液压缸驱动信号。如图5所示，在本发明实施例中，经过23次迭代后，使得该迭代目标信号和反馈信号之间的均方根误差RMS≤10％。

为了保证后桥系统六通道道路模拟实验能够得到充分的验证，在本发明实施例中，在完成步骤7之后，还需要进行路谱时域信号和路谱迭代完成后台架时域信号对比，并计算路谱信号与台架信号的疲劳伪损伤，如图6所示，台架信号与路谱信号伪损伤之比，均在50％—200％范围内，根据经验可知伪损伤比在50％—200％范围内认为进行后桥系统六通道道路模拟试验能得到充分的验证。

步骤8，在完成路谱迭代后，根据所获得的目标驱动信号在后桥系统六通道道路模拟试验台架上进行后桥系统六通道台架耐久试验，以实现对待试验后桥系统的结构耐久性的验证。

运用道路载荷模拟技术在室内台架上重现后桥系统在道路试验中的受载，所以后桥系统在台架耐久试验中的受载与道路试验中的受载相似；通过试验设备对汽车后桥进行道路谱加载，每天可以24小时不间断的开展试验，且不需要专业的驾驶员进行驾驶，是实车道路试验无法比拟的；试验对象只需要白车身加后桥系统，其它无关的试验对象无需装配，适合产品开发前期进行验证；由于不需要驾驶员，避免了因驾驶员造成的试验结果差异性，减少了人为因素的影响。

本试验方法效率较高，试验时间较少，成本较低，试验精度高且可靠可行，由于后桥系统六通道道路模拟试验能对后桥系统纵向、横向和垂向三个方向都能加载道路谱，满足汽车后桥系统的验证要求。

Claims (5)

1.一种后桥六通道道路模拟试验方法，其特征在于，包括：

采集整车道路试验时待试验后桥系统的原始响应信号，所述原始信号包括：粘贴在待试验后桥系统上的应变片采集的应变信号和安装在整车上的六分力传感器采集的六分力信号；

对所述原始响应信号进行预处理，获得后桥系统六通道道路模拟试验的目标响应信号；

将粘贴有应变片的待试验后桥系统装配至白车身上，在工装夹具上安装所述六分力传感器，通过工装夹具对白车身进行固定，并将六个液压缸分别安装至工装夹具的左后车轮和右后车轮的横向方向、纵向方向以及垂向方向上；

使用随机信号作为驱动信号，控制六个液压缸按照所述驱动信号同时对白车身进行加载，测量所述待测试后桥系统在后桥系统六通道道路模拟试验台架上的响应信号；

根据所述驱动信号和所述响应信号，计算后桥系统六通道道路模拟试验台架的传递函数；

根据所述传递函数和所述目标响应信号，计算后桥系统六通道道路模拟试验的初始驱动信号；

以所述目标响应信号作为迭代目标信号，控制六个液压缸按照所述初始驱动信号同时对白车身进行加载，进行至少一次路谱迭代，获取后桥系统六通道道路模拟试验的目标驱动信号；

在完成路谱迭代后，根据所获得的目标驱动信号在后桥系统六通道道路模拟试验台架上进行后桥系统六通道台架耐久试验。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采集整车道路试验时待试验后桥系统的原始响应信号的步骤包括：

确定所述待试验后桥系统的后桥上在预定测试工况下产生应力最大的目标区域以及所述目标区域对应的目标应力方向；

根据所述目标应力方向，确定与所述目标应力方向对应的应变片所属类型，在所述待试验后桥系统的后桥上的目标区域位置处粘贴已确定所属类型的应变片；

在所述待试验后桥系统的螺旋弹簧上粘贴用于感应扭转应力的应变片；

将粘贴有应变片的待试验后桥系统装配至整车上，在整车上安装六分力传感器，并进行整车道路试验，采集所述待试验后桥系统的原始响应信号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述待试验后桥系统的后桥上在预定测试工况下产生应力最大的目标区域以及所述目标区域对应的应力方向的步骤包括：

建立所述待试验后桥系统的CAE模型；

在CAE模型中，对所述待试验后桥系统进行横向加载，确定所述待试验后桥系统的后桥上产生应力最大的目标位置所处的第一区域，并确定横向方向为所述第一区域对应的应力方向；

在CAE模型中，对所述待试验后桥系统进行纵向加载，确定所述待试验后桥系统的后桥上产生应力最大的目标位置所处的第二区域，并确定纵向方向为所述第二区域对应的应力方向；

在CAE模型中，对所述待试验后桥系统件垂向加载，确定所述待试验后桥系统的后桥上产生应力最大的目标位置所处的第三区域，并确定垂向方向为所述第三区域对应的应力方向；

在CAE模型中，对所述待试验后桥系统进行异向扭转加载，确定所述待试验后桥系统的后桥上产生应力最大的目标位置所处的第四区域，确定异向扭转方向为所述第四区域对应的应力方向；

将所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域和所述第四区域确定为所述目标区域。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述待试验后桥系统的螺旋弹簧上粘贴的用于感应扭转应力的应变片应当满足：使所述待试验后桥系统的螺旋弹簧所产生的应变与所述待试验后桥系统的螺旋弹簧的位移呈线性关系。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以所述目标响应信号作为迭代目标信号，控制六个液压缸按照所述初始驱动信号同时对白车身进行加载，进行至少一次路谱迭代，获取后桥系统六通道道路模拟试验的目标驱动信号的步骤包括：

在六个液压缸按照所述初始驱动信号同时对白车身进行加载后，采集后桥系统六通道道路模拟试验台架的反馈信号，所述反馈信号包括：所述应变片采集的应变信号和所述六分力传感器采集的六分力信号；

确定所述迭代目标信号和所述反馈信号的均方根误差RMS；

在所述均方根误差RMS小于或等于预定数值时，完成路谱迭代，并将使所述均方根误差RMS小于或等于所述预定数值的液压缸驱动信号确定为所述目标驱动信号。