CN109684782A - 整车级道路模拟试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整车级道路模拟试验方法，整车级道路模拟试验方法包括以下步骤：根据整个待测系统的布置、重量、尺寸及计算机整车模态分析结果，判断台架试验形式，制定道路载荷谱的采集方案；根据采集方案及关联用户的试验场采集标准，进行载荷谱的采集；基于等损伤原则，对载荷进行编辑，生成用于台架的加速谱；于多体动力性软件，进行虚拟迭代，预判收敛性；基于多体动力学分析结果，对整个待测试验模型进行动力学修改；基于压缩编辑后的加速谱，在台架上，对整个待测系统实行整车级道路模拟试验。由此，该方法可以提高试验精度，以及缩短验证周期与验证成本，并降低验证风险。

Description

整车级道路模拟试验方法

技术领域

本发明涉及车辆试验技术领域，尤其是涉及一种整车级道路模拟试验方法。

背景技术

耐久性作为评价汽车的重要指标，越发受到业界重视。据国外统计数据表明，在现代工业领域中，约80％以上的机械零件破坏为疲劳破坏。因此耐久性试验为研发流程揭示产品问题提升产品质量的重要一环。相对于整车道路试验与CAE(计算机辅助工程) 仿真试验，道路模拟试验具有不受天气条件制约、试验周期短、试验结果精度高、重复性和可控性好等优点，有利于提高产品研发质量和效率。

相关技术中，整车级道路模拟试验方法一般分为两个步骤：1、采集车辆在试验场的路谱，2、根据采集到的路谱，在试验台上进行试验模拟。但是，在采用七轴液压伺服试验台进行试验时，当迭代点远离作动缸时，会出现迭代不收敛情况。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种整车级道路模拟试验方法，该方法可有效提高试验精度、试验效率；降低试验经济与实际成本。

根据本发明实施例的整车级道路模拟试验方法，包括以下步骤：根据整个待测系统的布置、重量、尺寸及计算机整车模态分析结果，判断台架试验形式，制定道路载荷谱的采集方案；根据采集方案及关联用户的试验场采集标准，进行载荷谱的采集；基于等损伤原则，对载荷进行编辑，生成用于台架的加速谱；于多体动力性软件，进行虚拟迭代，预判收敛性；基于多体动力学分析结果，对整个待测试验模型进行动力学修改；基于压缩编辑后的加速谱，在台架上，对整个待测系统实行整车级道路模拟试验。

由此，根据本发明实施例的整车级道路模拟试验方法，通过对整个试验系统进行多体动力学仿真的虚拟迭代，能够提前分析出并避免迭代点不收敛的问题，可以保证试验的正常进行，能够实现多系统多总成的携带频响信息的同时验证，力求准确复现待测系统的运动姿态及模态信息，可以提高试验精度，以及缩短验证周期与验证成本，并降低验证风险。

在本发明的一些示例中，在所述基于等损伤原则，对载荷进行编辑，生成用于台架的加速谱的步骤之前，还包括：对道路载荷谱进行预处理，剔除无效信号，消除奇异点与趋势项。

在本发明的一些示例中，整个待测系统包括：蓄电池系统、双油箱系统、空滤器系统和储气筒系统。

在本发明的一些示例中，所述根据整个待测系统的布置、重量、尺寸及计算机整车模态分析结果，判断台架试验形式，制定道路载荷谱的采集方案的步骤包括：选取采集点，采集点参考满足台架试验要求的复现六自由度运动所需点位、应力集中点、历史失效多发点、设计更改点，制定采集方案。

在本发明的一些示例中，所述基于等损伤原则，对载荷进行编辑，生成用于台架的加速谱的步骤包括：编辑道路载荷谱，并满足以下编辑条件：1)编辑前后应保持损伤相差不超过95％；2)编辑前后应保证相位同步，即同一文件名下的所有通道应同步编辑；3) 编辑后的信号应满足台架迭代需求。

在本发明的一些示例中，在所述基于压缩编辑后的加速谱，在台架上，对整个待测系统实行整车级道路模拟试验的步骤中，所述台架选用七通道液压伺服试验台架。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的整车级道路模拟试验方法的步骤示意图；

图2是关于奇异点的示意图；

图3是关于趋势项的示意图；

图4是道路载荷谱编辑的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。

下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的整车级道路模拟试验方法。

如图1所示，根据本发明实施例的整车级道路模拟试验方法可以包括以下步骤：

S1、根据整个待测系统的布置、重量、尺寸及计算机整车模态分析结果，判断台架试验形式，制定道路载荷谱的采集方案。为制订整车载荷谱采集的方案，主要考虑满足台架试验要求的同时，计算机分析需要对采集方案提供输入，具体地，通过有限元模态分析，获取多个待测系统的激励源与相应采集点，最后整车道路载荷谱采集时需要根据实际方案评估得到最终布点策略。

多个待测系统包括：电池系统、双油箱系统、空滤器系统和储气筒系统。双油箱系统包括两个油箱，两个油箱分布于车架的两侧。对于燃油箱、电瓶箱、尿素罐、储气筒等悬挂件车架为其激励源，其模态分析对布点策略及台架试验有重要的指导意义。

该方法中研究对象为燃油箱、电瓶箱等悬挂系统，这些系统均感受来自车架的激励，表征各自运动姿态与模态信息。本方法旨在实现多系统携带频响信息的同时验证，故采集位置的制定对于后期台架试验的准确度十分重要。

由下述表1的车架模态分析结果和验证原则可以得出，车架前九阶模态频率分布在 4-40HZ，以整体振动为主，同时也有些局部振动。

表1自由模态结果分析

S2、根据采集方案及关联用户的试验场采集标准，进行载荷谱的采集。具体地，基于台架试验形式及模态分析结果，选取采集点，采集点参考满足台架试验要求的复现六自由度运动所需点位、应力集中点、历史失效多发点、设计更改点，制定采集方案。

道路载荷谱采集方案的确认是十分综合的，既要考虑试验关系，设计改进部位又要兼顾实际操作可行性，并尽可能反应车架及油箱应力分布特征。故采集策略应综合下列条件：

1)台架试验形式：采集点需首要满足台架试验要求，及可在台架上复现样件空间六自由度运动姿态；2)应力集中点，参考有限元分析结果，选取车架应力较大，容易发生结构破坏或者疲劳破坏的部位作为采集测点；3)历史失效信息，收集历史车型设计的故障模式，对失效多发点进行重点采集；4)设计更改点，本项目油箱为全新设计，由前代产品的单侧油箱变为本代产品的双侧油箱，故油箱与车架相关位置需重点关注。 5)布置便捷性。车架上搭载总成系统较多，且线束布置复杂，这会影响到应变片桥路策略选择和传感器、应变片粘贴。6)模态节点与模态振型特征点。为了进行道路激励再现，复现待测系统在整车行驶过程中的模态信息，模态节点与模态振型峰值点的选取可有效表征零部件的模态振型。

由此，主要考虑台架试验形式的同时，兼顾上述其他因素制定采集方案。。

路谱采集车辆为欧曼6×4牵引车，其基本信息如下表所示。

表2样车信息

S3、对道路载荷谱进行预处理，剔除无效信号，消除奇异点与趋势项。在试验场采集到的道路载荷谱，由于采集信号链噪声、机械冲击及物理环境等因素会造成采集到的时域信号，出现非正常表征：奇异点与趋势项。这些异常问题，需要在路谱正式编辑之前进行处理，即消除奇异点和趋势项；预处理完成后，可进行路谱的正式编辑，使其满足台架试验需求。

在路谱采集过程中，由于采集信号链的电子元器件干扰、采集线路上的非正常冲击等因素，会造成采集到的载荷谱出现异常的高频信号点，一般称为奇异值，也称毛刺。如图2所示，奇异值是幅值极大，具有随机性的高频信号。该信号会在很大程度上影响道路模拟试验的精度。

关于奇异值，常用莱茵达准则进行判定：

对于采集的数据列x1,x2,x3……xn,先求得算术平方根

再根据贝塞尔法求得均方根偏差：

当则x_i为粗大误差，应剔除。若x_i为正常数值，予以保留。k≥3，取值根据由小到大保证删除点较少的原则而定。

如图3所示，趋势项亦成为漂移，是信号整体上的一个异常倾向，一般由于信号的采集、测量、传输过程的各种因素导致。

S4、基于等损伤原则，对载荷进行编辑，生成用于台架的加速谱。具体地，编辑道路载荷谱，并满足以下编辑条件：1)编辑前后应保持损伤相差不超过95％；2)编辑前后应保证相位同步，即同一文件名下的所有通道应同步编辑；3)编辑后的信号应满足台架迭代需求。

该步骤中通过基于等损伤的原则实现道路载荷谱的编辑。对采集到的载荷谱，进行时域分析，辨识出特征路段，如坑洼路、甲乙种水泥路面、搓板路等，将特征路段之间的过渡路段减去，不仅实现了载荷谱压缩，也保留了车辆的运动姿态，如图4所示。

还有，我们关注汽车产品的耐久性的时候，一般只关心0-50Hz频率成分，因为汽车产品大部分使用工况是集中在低频的；同时，作动缸也难以满足高频信号的复现。基于上述观点，需对采集到的载荷谱进行傅里叶低通滤波。道路载荷谱是时间序列，通过傅氏变换将原信号转换到频域，再与滤波函数相乘实现滤波。滤波完成后进行傅里叶逆变换便可得到滤波后的时域信号。

S5、于多体动力性软件，进行虚拟迭代，预判收敛性。

该项目的多体动力性分析是基于Admas软件的，设计人员在Adams多体动力性软件建立虚拟样机模型时，首先是将所建模型的基本尺寸参数输入软件中，软件后台的求解器将自动建立起系统的拉格朗日运动学方程，并且同时建立起各个组成部件广义坐标系下的六阶微分方程，同时建立起系统各个组成部件的约束方程。

当准确的动力学模型建立完毕后，就可以进行基于采集好的载荷谱的虚拟迭代了。与物理迭代的原理与步骤一样，以收取的道路载荷谱为目标信号，选取前轴中心线左侧车架YZ通道，前轴中心线右侧车架YZ通道，平衡轴中心线车架左侧车架Z通道，平衡轴中心线右侧车架Z通道，车架左侧最前端X通道，共计七个通道为目标信号进行迭代。

虚拟迭代信号与路谱实测信号的比较包括2个方面：时域信重叠度与RMS值。时域信号重叠度的比较主要是看每次迭代计算值与实测值曲线的趋势及峰值吻合情况，如果时间域比较吻合就进一步观察其相对误差均方根值，当均方根误差值趋近于零且即使再迭代也没有下降的局势便可以停止迭代了。其中，如果7个通道在不同的路段的RMS error均接近0，则迭代目标逐渐趋近于目标信号。

S6、基于多体动力学分析结果，对整个待测试验模型进行动力学修改。

完成虚拟迭代后，以虚拟迭代完成的驱动信号对模型施加激励，提取待测样件油箱、空滤器、电瓶箱上的响应加速度信号。对比提取的信号和实际车辆采集的响应信号，通过不断调整台架试验模型的质量、刚度，使所有待测样件的提取信号与实际采集信号接近。

模型的修改原理主要基于下式：

式中：[M]—质量矩阵；[c]—阻尼矩阵；[k]—刚度矩阵；F(t)—外界激励；x —系统位移。

通过多体动力性的多轮次的迭代对比各响应点，建议在平衡轴中心线处添加一个横梁以增加整个试验模型的刚度。通过多体迭代，可实现输出七个激励施加点的位移信号，与之对应的是物理台架的作动缸施加点的激励。

S7、基于压缩编辑后的加速谱，在台架上，对整个待测系统实行整车级道路模拟试验、

首先，搭建七通道液压伺服试验台架，七通道液压伺服试验台架具有四个垂向作动器、两个横向作动器和一个纵向作动器。该步骤中，待测系统包括蓄电池系统、双油箱系统、空滤器系统和储气筒系统。由于待测系统在车架上布置较为分散，车架前中后部分都有待测样件，故本次项目采用整车级道路模拟试验，即保留整个车架进行试验。

试验模型确认后，车架在整车状态受力形式主要集中于前轴与平衡轴，同时考虑到复现六自由度所需通道数量，作动缸布置形式可以确认：四个垂向作动缸，可实现垂直方向位移；两个横向作动缸，可实现横向位移；一个纵向作动缸，可实现纵向位移；三个方向的作动器结合可实现滚转、俯仰、偏航。

七通道液压伺服试验台架主体由七个作动器和液压伺服控制系统构成。对设备有以下要求：

a)作动器伸长量：

Z向作动器：≥±110mm；Y向作动器：≥±125mm；X向作动器：≥±125mm。

b)作动器推力：

Z向作动器：≥10T；Y向作动器：≥2.5T；X向作动器：≥2.5T。

c)自由度：纵向，横向，垂直，滚转，俯仰，偏航。

液压伺服控制系统由分油器、蓄能器、二级阀、三级阀、位移传感器、力传感器、控制器和RPC控制软件共同组成。该系统可通过计算机实现对信号的编辑、分析生成控制指令信号。控制系统可将指令信号转换为电信号，伺服系统可将电信号转换为液压油的流量及压力，最终作动缸将液压油的流量与压力转化为机械运动并反馈至电控系统，电控系统通过多重闭环严格控制执行机构。

确定工装及作动缸与车架的连接形式后，可确定系统的约束形式，需对整个试验系统的自由度进行校核。整个系统的设计应保证车架带附件系统的有六个自由度，且原动件数目应小于整个系统的自由度。系统自由度计算通过公式。

式中：

n——空间机构构件数目；

F——空间机构的自由度数；

i——运动副；

p_i——运动副级数。

该试验台的工装的具体自由度计算过程如下：

总构件数目：作动器7套，14个件+推杆3件+摆臂3件+车架1个＝21个；

球面副：Ⅲ级副，共20个，约束20×3＝60；

移动副：Ⅴ级副，共7个，约束7×5＝35；

转动副：Ⅴ级副，共3个，约束3×5＝15。

总自由度：21*6＝126；

约束：20*3+10*5＝110；

系统剩余自由度：126-110＝16。

其中包括三个局部自由度及七个原动件，剩余6个为车架的自由度，符合该项目要求。

工装正式生产之前，试验工程师除去对工装设计自由度的进行基本的校核外，还需要确保各球较极限位置满足待测系统的运动需求。

当试验模型确定完成，设备安装调试匹配好后，便可以进行室内道路模拟试验。道路模拟试验一般可分为，系统识别、物理迭代及耐久试验。

由此，根据本发明实施例的整车级道路模拟试验方法，通过对整车车架和多个待测系统进行计算机仿真分析，能够提前分析出并避免迭代点不收敛的问题，可以保证试验的正常进行，能够实现多系统多总成的携带频响信息的同时验证，力求准确复现待测系统的运动姿态及模态信息，可以提高试验精度，以及缩短验证周期与验证成本，并降低验证风险。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种整车级道路模拟试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据整个待测系统的布置、重量、尺寸及计算机整车模态分析结果，判断台架试验形式，制定道路载荷谱的采集方案；

根据采集方案及关联用户的试验场采集标准，进行载荷谱的采集；

基于等损伤原则，对载荷进行编辑，生成用于台架的加速谱；

于多体动力性软件，进行虚拟迭代，预判收敛性；

基于多体动力学分析结果，对整个待测试验模型进行动力学修改；

基于压缩编辑后的加速谱，在台架上，对整个待测系统实行整车级道路模拟试验。

2.根据权利要求1所述的整车级道路模拟试验方法，其特征在于，在所述基于等损伤原则，对载荷进行编辑，生成用于台架的加速谱的步骤之前，还包括：

对道路载荷谱进行预处理，剔除无效信号，消除奇异点与趋势项。

3.根据权利要求1所述的整车级道路模拟试验方法，其特征在于，整个待测系统包括：蓄电池系统、双油箱系统、空滤器系统和储气筒系统。

4.根据权利要求1所述的整车级道路模拟试验方法，其特征在于，所述根据整个待测系统的布置、重量、尺寸及计算机整车模态分析结果，判断台架试验形式，制定道路载荷谱的采集方案的步骤包括：

选取采集点，采集点参考满足台架试验要求的复现六自由度运动所需点位、应力集中点、历史失效多发点、设计更改点，制定采集方案。

5.根据权利要求1所述的整车级道路模拟试验方法，其特征在于，所述基于等损伤原则，对载荷进行编辑，生成用于台架的加速谱的步骤包括：

编辑道路载荷谱，并满足以下编辑条件：

1)编辑前后应保持损伤相差不超过95％；

2)编辑前后应保证相位同步，即同一文件名下的所有通道应同步编辑；

3)编辑后的信号应满足台架迭代需求。

6.根据权利要求1所述的整车级道路模拟试验方法，其特征在于，在所述基于压缩编辑后的加速谱，在台架上，对整个待测系统实行整车级道路模拟试验的步骤中，

所述台架选用七通道液压伺服试验台架。