CN111797749A - 电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算方法及系统 - Google Patents
电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111797749A CN111797749A CN202010604655.5A CN202010604655A CN111797749A CN 111797749 A CN111797749 A CN 111797749A CN 202010604655 A CN202010604655 A CN 202010604655A CN 111797749 A CN111797749 A CN 111797749A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- vibration excitation
- spectral density
- power spectral
- excitation power
- vibration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005284 excitation Effects 0.000 title claims abstract description 242
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 152
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 113
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 83
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 52
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 43
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 24
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 18
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 18
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 22
- 238000011161 development Methods 0.000 description 12
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 5
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 2
- 241000510097 Megalonaias nervosa Species 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012943 effectiveness check Methods 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2218/00—Aspects of pattern recognition specially adapted for signal processing
- G06F2218/08—Feature extraction
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
- G01M7/02—Vibration-testing by means of a shake table
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/11—Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Algebra (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Databases & Information Systems (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
本发明公开了一种电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算方法及系统，该方法包括：在试验场坏路路面上，获取路面激励通过车架传递给控制器支架的加速度信号；根据加速度信号计算各坏路路面的冲击响应谱及疲劳损伤谱；根据疲劳损伤谱，计算振动激励功率谱密度曲线；根据冲击响应谱的最大值检查振动激励功率谱密度曲线是否有效；若振动激励功率谱密度曲线有效，则对振动激励功率谱密度曲线进行简化；输出简化后的振动激励功率谱密度曲线及振动持续时间。本发明能够解决现有技术与实车道路耐久性试验无关联性，无法等效试验场道路耐久的强度、以及分析难度大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及一种电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算方法及系统。
背景技术
随着我国经济水平和汽车工业的飞速发展，汽车数量也随之快速增长，日益普及的汽车在给生活带来便利和推动社会进步的同时也带来了严重的环境污染和能源紧缺等问题。研发高效节能和低排放的纯电动汽车是解决上述问题的必经之路，因此国内外各车企都在加大对纯电动汽车的研发投入，纯电动汽车已然成为汽车工业未来发展的趋势。
控制器支架是纯电动卡车将电机、变速器及电池等子系统的控制器连接至车架的结构，在车辆行驶过程中，需要反复承受的由路面不平度引起的随机振动激励，易发生振动疲劳失效，因此需要对其疲劳性能进行验证。
目前，针对电动卡车控制器支架结构疲劳性能的验证，一般是采用连续扫频信号进行台架振动疲劳试验或CAE振动疲劳分析，在台架振动疲劳试验或CAE振动疲劳分析中都需要先计算控制器支架结构的振动激励载荷，然而现有技术在计算控制器支架结构的振动激励载荷时，与实车道路耐久性试验无关联性，所获得的载荷边界存在过强或不足的风险，无法等效试验场道路耐久的强度，此外，现有技术计算出的激励载荷在应用到台架试验和CAE疲劳分析时，分析难度大，导致开发成本高。
发明内容
针对上述问题，本发明的一个目的在于提出一种电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算方法，以解决现有技术与实车道路耐久性试验无关联性，无法等效试验场道路耐久的强度、以及分析难度大的问题。
一种电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算方法，包括：
在试验场坏路路面上，获取路面激励通过车架传递给控制器支架的加速度信号；
根据加速度信号计算各坏路路面的冲击响应谱及疲劳损伤谱；
根据疲劳损伤谱，计算振动激励功率谱密度曲线；
根据冲击响应谱的最大值检查振动激励功率谱密度曲线是否有效；
若振动激励功率谱密度曲线有效，则对振动激励功率谱密度曲线进行简化；
输出简化后的振动激励功率谱密度曲线及振动持续时间。
根据本发明提供的电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算方法，依据损伤等效原则和单自由度振动，计算出用于台架振动疲劳试验和CAE振动疲劳分析所需的激励载荷，激励载荷以振动激励功率谱密度(PSD)曲线表征，而振动激励功率谱密度曲线是由路面激励通过车架传递给控制器支架的加速度信号计算出的，保证了电动卡车控制器支架结构振动激励载荷边界与实车试验场道路耐久试验之间的关联性，且能保证所获得的激励载荷在试验场各坏路路面的强化范围内，并可实现对台架振动试验和CAE振动疲劳分析的加速，有利于缩短开发周期。此外，通过对振动激励功率谱密度进行简化处理，使得该曲线能够更简单地应用于台架试验和CAE疲劳分析，有利于实现该零件的通用化，最终实现降低零件开发成本的目标。
另外，根据本发明上述的电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算方法，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，根据加速度信号计算各坏路路面的冲击响应谱的步骤中，设定道路载荷激励下的每个频率都作为其固有频率，按照下式计算单自由度振动系统在上述每个频率下受到同一激励载荷的响应曲线，将这些曲线的最大值做成包络线，即得到冲击响应谱；
式中，SRS为冲击响应谱，fn为单自由度系统的固有频率，f为激励信号的输入频率，Q为放大因子；
根据加速度信号计算各坏路路面的疲劳损伤谱的步骤中，对每个频率下的响应进行雨流计数后，再调用S-N曲线，并按照下式进行计算，以得到疲劳损伤谱；
式中，FDS为疲劳损伤谱，K为单自由度系统的刚度，fn为单自由度系统的固有频率，t为输入振动激励功率谱密度的持续时间，Γ()定义为
的Gamma函数，
为频率为fn的振动激励功率谱密度幅值，Q为放大因子，b和C为疲劳公式N＝C·S-b的材料相关参数，其中N为循环次数，S为幅值；
得到各坏路路面的FDS后，将各坏路路面的FDS乘以对应的循环次数，叠加得到总损伤谱∑FDS。
进一步地，根据疲劳损伤谱，计算振动激励功率谱密度曲线的步骤中，采用下式计算振动激励功率谱密度曲线：
式中，Gsynth(fn)代表振动激励功率谱密度曲线，∑FDS(fn)为总损伤谱，k为安全因子，teq为振动激励持续时间。
进一步地，根据冲击响应谱的最大值检查振动激励功率谱密度曲线是否有效的步骤具体包括：
采用下式计算振动激励功率谱密度曲线的极限响应谱ERS：
式中，fn为单自由度系统的固有频率，Q为放大因子，
为频率为fn的振动激励功率谱密度幅值；t为输入振动激励功率谱密度的持续时间；
判断极限响应谱ERS是否小于冲击响应谱的最大值；
若极限响应谱ERS小于冲击响应谱的最大值，则判定振动激励功率谱密度曲线有效。
进一步地，输出简化后的振动激励功率谱密度曲线及振动持续时间的步骤中，采用下式计算简化后振动激励功率谱密度曲线的振动持续时间：
式中，teq为未简化的振动激励功率谱密度曲线振动持续时间；ttest为简化后的振动激励功率谱密度曲线的振动持续时间；RMSeq为未简化的振动激励功率谱密度曲线的均方根值；RMStest为简化后的振动激励功率谱密度曲线的均方根值；α为材料参数。
进一步地，在输出简化后的振动激励功率谱密度曲线及振动持续时间的步骤之前，所述方法还包括：
对比简化后的振动激励功率谱密度曲线和未简化的振动激励功率谱密度曲线的均方根值来验证简化后的振动激励功率谱密度曲线是否满足要求；
若未简化的振动激励功率谱密度曲线的均方根值与简化后的振动激励功率谱密度曲线的均方根值的比值小于阈值，则判定简化后的振动激励功率谱密度曲线满足要求。
本发明的另一个目的在于提出一种电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算系统，以解决现有技术与实车道路耐久性试验无关联性，无法等效试验场道路耐久的强度、以及分析难度大的问题。
一种电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算系统，包括：
获取模块，用于在试验场坏路路面上，获取路面激励通过车架传递给控制器支架的加速度信号；
第一计算模块，用于根据加速度信号计算各坏路路面的冲击响应谱及疲劳损伤谱；
第二计算模块，用于根据疲劳损伤谱，计算振动激励功率谱密度曲线；
检查模块，用于根据冲击响应谱的最大值检查振动激励功率谱密度曲线是否有效；
简化模块，用于若振动激励功率谱密度曲线有效，则对振动激励功率谱密度曲线进行简化；
输出模块，用于输出简化后的振动激励功率谱密度曲线及振动持续时间。
根据本发明提供的电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算系统，依据损伤等效原则和单自由度振动，计算出用于台架振动疲劳试验和CAE振动疲劳分析所需的激励载荷，激励载荷以振动激励功率谱密度(PSD)曲线表征，而振动激励功率谱密度曲线是由路面激励通过车架传递给控制器支架的加速度信号计算出的，保证了电动卡车控制器支架结构振动激励载荷边界与实车试验场道路耐久试验之间的关联性，且能保证所获得的激励载荷在试验场各坏路路面的强化范围内，并可实现对台架振动试验和CAE振动疲劳分析的加速，有利于缩短开发周期。此外，通过对振动激励功率谱密度进行简化处理，使得该曲线能够更简单地应用于台架试验和CAE疲劳分析，有利于实现该零件的通用化，最终实现降低零件开发成本的目标。
另外，根据本发明上述的电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算系统，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，本实施例中：
第一计算模块在计算各坏路路面的冲击响应谱时，设定道路载荷激励下的每个频率都作为其固有频率，按照下式计算单自由度振动系统在上述每个频率下受到同一激励载荷的响应曲线，将这些曲线的最大值做成包络线，即得到冲击响应谱；
式中，SRS为冲击响应谱，fn为单自由度系统的固有频率，f为激励信号的输入频率，Q为放大因子；
根据加速度信号计算各坏路路面的疲劳损伤谱的步骤中，对每个频率下的响应进行雨流计数后，再调用S-N曲线，并按照下式进行计算，以得到疲劳损伤谱；
式中，FDS为疲劳损伤谱，K为单自由度系统的刚度，fn为单自由度系统的固有频率，t为输入振动激励功率谱密度的持续时间，Γ()定义为
的Gamma函数，
为频率为fn的振动激励功率谱密度幅值，Q为放大因子，b和C为疲劳公式N＝C·S-b的材料相关参数，其中N为循环次数，S为幅值；
得到各坏路路面的FDS后，将各坏路路面的FDS乘以对应的循环次数，叠加得到总损伤谱∑FDS。
进一步地，第二计算模块用于采用下式计算振动激励功率谱密度曲线：
式中，Gsynth(fn)代表振动激励功率谱密度曲线，∑FDS(fn)为总损伤谱，k为安全因子，teq为振动激励持续时间。
进一步地，检查模块具体用于：
采用下式计算振动激励功率谱密度曲线的极限响应谱ERS：
式中，fn为单自由度系统的固有频率，Q为放大因子，
为频率为fn的振动激励功率谱密度幅值；t为输入振动激励功率谱密度的持续时间；
判断极限响应谱ERS是否小于冲击响应谱的最大值；
若极限响应谱ERS小于冲击响应谱的最大值，则判定振动激励功率谱密度曲线有效。
进一步地，输出模块用于采用下式计算简化后振动激励功率谱密度曲线的振动持续时间：
式中，teq为未简化的振动激励功率谱密度曲线振动持续时间；ttest为简化后的振动激励功率谱密度曲线的振动持续时间；RMSeq为未简化的振动激励功率谱密度曲线的均方根值；RMStest为简化后的振动激励功率谱密度曲线的均方根值；α为材料参数；
进一步地，所述系统还包括验证模块；
验证模块用于：
对比简化后的振动激励功率谱密度曲线和未简化的振动激励功率谱密度曲线的均方根值来验证简化后的振动激励功率谱密度曲线是否满足要求；
若未简化的振动激励功率谱密度曲线的均方根值与简化后的振动激励功率谱密度曲线的均方根值的比值小于阈值，则判定简化后的振动激励功率谱密度曲线满足要求。
附图说明
本发明实施例的上述和/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是根据本发明第一实施例的电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算方法的流程图；
图2是车辆通过比利石路面时车架Z向的加速度时域信号图；
图3是比利时路面SRS图；
图4是FDS计算用的S-N曲线图；
图5是比利时路面FDS图；
图6是总损伤谱图；
图7是加速前后振动激励PSD曲线图；
图8是振动激励PSD曲线有效性检查图；
图9是简化前后振动激励PSD曲线图；
图10是用于台架试验和CAE分析的振动激励PSD曲线图；
图11是根据本发明第二实施例的电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算系统的结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明第一实施例提出的电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算方法，包括步骤S101～S106。
S101，在试验场坏路路面上，获取路面激励通过车架传递给控制器支架的加速度信号。
其中，在试验场坏路路面采集加速度信号，获得路面激励通过车架传递给控制器支架的加速度信号，坏路路面主要包括：搓板路、比利时路、扭曲路和长波路等，加速度传感器通常布置在车架纵梁侧面，图2为一示例性的车辆通过比利石路面时车架Z向的加速度时域信号。
S102，根据加速度信号计算各坏路路面的冲击响应谱及疲劳损伤谱。
其中，冲击响应谱(SRS)是将加速度激励信号施加到一系列线性由弹簧和集中质量组成的单自由度振动系统(SDOF)时，系统的最大响应值对应于系统固有频率的函数响应曲线。
本实施例中，根据加速度信号计算各坏路路面的冲击响应谱的步骤中，设定道路载荷激励下的每个频率都作为其固有频率，按照下式计算单自由度振动系统在上述每个频率下受到同一激励载荷的响应曲线，将这些曲线的最大值做成包络线，即得到冲击响应谱，例如，图3为一示例性的比利时路面SRS图；
式中，SRS为冲击响应谱，fn为单自由度系统的固有频率，f为激励信号的输入频率，Q为放大因子；
振动激励载荷计算的核心问题是加速处理，本实施例中，加速处理是依据等效损伤原则来进行的，因此需计算加速度信号的疲劳损伤，即疲劳损伤谱(FDS)。
具体的，根据加速度信号计算各坏路路面的疲劳损伤谱的步骤中，对每个频率下的响应进行雨流计数后，再调用S-N曲线，如图4，并按照下式进行计算，以得到疲劳损伤谱，得到的一示例性的比利时路面的疲劳损伤谱如图5所示；
式中，FDS为疲劳损伤谱，K为单自由度系统的刚度，fn为单自由度系统的固有频率，t为输入振动激励功率谱密度的持续时间，Γ()定义为
的Gamma函数，
为频率为fn的振动激励功率谱密度幅值，Q为放大因子，b和C为疲劳公式N＝C·S-b的材料相关参数，其中N为循环次数，S为幅值；
得到各坏路路面的FDS后，将各坏路路面的FDS乘以对应的循环次数，叠加得到总损伤谱∑FDS。具体的，按照Miner法则，可将各坏路路面的FDS乘以对应的循环次数，然后按照下式进行叠加得到总损伤谱，一示例性的总损伤谱如图6所示。
∑FDS＝n1·FDS1+n2·FDS2+...+nm·FDSm
式中，∑FDS为总损伤谱，ni(i＝1,2,…,m)为各坏路路面在整车道路耐久规范中的循环次数，FDSi(i＝1,2,…,m)为第i条坏路路面的疲劳损伤谱，m为坏路面路面的总数。
S103，根据疲劳损伤谱，计算振动激励功率谱密度曲线。
其中，采用下式计算振动激励功率谱密度曲线：
式中，Gsynth(fn)代表振动激励功率谱密度曲线，∑FDS(fn)为总损伤谱，k为安全因子，teq为振动激励持续时间，这里计算的振动激励功率谱密度曲线是未经简化的，也可称合成PSD曲线。
具体实施时，为实现加速处理，可通过调整合成PSD曲线的振动持续时间teq来实现，图7为加速前和加速后的合成PSD曲线对比，对比结果显示经过加速处理后，振动激励持续时间由160小时缩短至65小时，而振动激励的PSD值上升。
S104，根据冲击响应谱的最大值检查振动激励功率谱密度曲线是否有效。
其中，为避免过度加速导致疲劳失效机能改变，需对得到的合成PSD曲线进行有效性检查，有效性检查原则为合成PSD曲线的极限响应谱(ERS)需小于第一步所有坏路路面SRS的最大值。ERS是与SRS非常相似的两种响应谱，SRS一般描述的是时域下结构在受到极具破坏力的瞬态冲击时的最大响应，而ERS一般用于描述频域下典型的振动载荷的期望响应。
具体的，先采用下式计算振动激励功率谱密度曲线的极限响应谱ERS：
式中，fn为单自由度系统的固有频率，Q为放大因子，
为频率为fn的振动激励功率谱密度幅值；t为输入振动激励功率谱密度的持续时间；
然后判断极限响应谱ERS是否小于冲击响应谱的最大值；
若极限响应谱ERS小于冲击响应谱的最大值，则判定振动激励功率谱密度曲线有效。
作为一示例，SRS和ERS的对比如图8所示，对比结果显示ERS小于SRS，满足要求。
S105，若振动激励功率谱密度曲线有效，则对振动激励功率谱密度曲线进行简化。
其中，为使得合成PSD曲线能够更简单地应用于台架试验和CAE疲劳分析，需对合成PSD曲线进行简化，选取PSD曲线上的极值点，使用多段线性插值方法，然后连接形成用于台架试验和CAE分析所需的简化PSD曲线，简化PSD曲线要基本符合合成PSD曲线的特征趋势且基本包络合成PSD曲线，一示例性的简化前后的PSD曲线对比如图9所示。
此外，具体实施时，经简化后的PSD曲线不能过多地改变原始合成PSD曲线的能量，由于PSD曲线的均方根值(RMS)定义为PSD曲线积分的二次根，表示振动所具有的总能量，因此，可以对比简化后的振动激励功率谱密度曲线和未简化的振动激励功率谱密度曲线的均方根值来验证简化后的振动激励功率谱密度曲线是否满足要求。
若未简化的振动激励功率谱密度曲线的均方根值与简化后的振动激励功率谱密度曲线的均方根值的比值小于阈值，则判定简化后的振动激励功率谱密度曲线满足要求。
例如，经计算，图9中简化前PSD曲线的RMS值为0.5645g，而简化后PSD曲线的RMS值为0.6041，两者比值为1.07，满足小于1.1的接受范围，因此简化后的PSD曲线满足要求。
S106，输出简化后的振动激励功率谱密度曲线及振动持续时间。
其中，由于简化后的PSD曲线的RMS值略微大于合成PSD曲线的RMS值，因此需要重新计算简化后PSD曲线的振动持续时间，具体采用下式计算简化后振动激励功率谱密度曲线的振动持续时间：
式中，teq为未简化的振动激励功率谱密度曲线振动持续时间，例如为65h；ttest为简化后的振动激励功率谱密度曲线的振动持续时间；RMSeq为未简化的振动激励功率谱密度曲线的均方根值，例如为0.5645g；RMStest为简化后的振动激励功率谱密度曲线的均方根值，例如为0.6041g；α为材料参数，例如为3.5。
例如，经计算，简化后PSD曲线的振动持续时间ttest为51个小时，与加速前的160个小时相比，试验时间得到了很大的缩减，有利于缩短开发周期。例如一示例性的用于台架试验和CAE分析的振动激励PSD曲线数据和振动持续时间分别如图10和表1所示。
表1简化后的振动激励PSD曲线数据及持续时间
综上，根据本实施例提供的电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算方法，依据损伤等效原则和单自由度振动，计算出用于台架振动疲劳试验和CAE振动疲劳分析所需的激励载荷，激励载荷以振动激励功率谱密度(PSD)曲线表征，而振动激励功率谱密度曲线是由路面激励通过车架传递给控制器支架的加速度信号计算出的，保证了电动卡车控制器支架结构振动激励载荷边界与实车试验场道路耐久试验之间的关联性，且能保证所获得的激励载荷在试验场各坏路路面的强化范围内，并可实现对台架振动试验和CAE振动疲劳分析的加速，有利于缩短开发周期。此外，通过对振动激励功率谱密度进行简化处理，使得该曲线能够更简单地应用于台架试验和CAE疲劳分析，有利于实现该零件的通用化，最终实现降低零件开发成本的目标。
请参阅图11，基于同一发明构思，本发明第二实施例提出的电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算系统，包括：
获取模块11，用于在试验场坏路路面上，获取路面激励通过车架传递给控制器支架的加速度信号；
第一计算模块12，用于根据加速度信号计算各坏路路面的冲击响应谱及疲劳损伤谱；
第二计算模块13，用于根据疲劳损伤谱，计算振动激励功率谱密度曲线；
检查模块14，用于根据冲击响应谱的最大值检查振动激励功率谱密度曲线是否有效；
简化模块15，用于若振动激励功率谱密度曲线有效，则对振动激励功率谱密度曲线进行简化；
输出模块16，用于输出简化后的振动激励功率谱密度曲线及振动持续时间。
本实施例中：
第一计算模块12在计算各坏路路面的冲击响应谱时，设定道路载荷激励下的每个频率都作为其固有频率，按照下式计算单自由度振动系统在上述每个频率下受到同一激励载荷的响应曲线，将这些曲线的最大值做成包络线，即得到冲击响应谱；
式中，SRS为冲击响应谱，fn为单自由度系统的固有频率，f为激励信号的输入频率，Q为放大因子；
第一计算模块12在计算各坏路路面的疲劳损伤谱的步骤时，对每个频率下的响应进行雨流计数后，再调用S-N曲线，并按照下式进行计算，以得到疲劳损伤谱；
式中，FDS为疲劳损伤谱，K为单自由度系统的刚度，fn为单自由度系统的固有频率，t为输入振动激励功率谱密度的持续时间，Γ()定义为
的Gamma函数，
为频率为fn的振动激励功率谱密度幅值，Q为放大因子，b和C为疲劳公式N＝C·S-b的材料相关参数，其中N为循环次数，S为幅值；
得到各坏路路面的FDS后，将各坏路路面的FDS乘以对应的循环次数，叠加得到总损伤谱∑FDS。
本实施例中：
第二计算模块13用于采用下式计算振动激励功率谱密度曲线：
式中，Gsynth(fn)代表振动激励功率谱密度曲线，∑FDS(fn)为总损伤谱，k为安全因子，teq为振动激励持续时间。
本实施例中，检查模块14具体用于：
采用下式计算振动激励功率谱密度曲线的极限响应谱ERS：
式中，fn为单自由度系统的固有频率，Q为放大因子，
为频率为fn的振动激励功率谱密度幅值；t为输入振动激励功率谱密度的持续时间；
判断极限响应谱ERS是否小于冲击响应谱的最大值；
若极限响应谱ERS小于冲击响应谱的最大值，则判定振动激励功率谱密度曲线有效。
本实施例中：
输出模块16用于采用下式计算简化后振动激励功率谱密度曲线的振动持续时间：
式中，teq为未简化的振动激励功率谱密度曲线振动持续时间；ttest为简化后的振动激励功率谱密度曲线的振动持续时间；RMSeq为未简化的振动激励功率谱密度曲线的均方根值；RMStest为简化后的振动激励功率谱密度曲线的均方根值；α为材料参数；
本实施例中，所述系统还包括验证模块17；
验证模块17用于：
对比简化后的振动激励功率谱密度曲线和未简化的振动激励功率谱密度曲线的均方根值来验证简化后的振动激励功率谱密度曲线是否满足要求；
若未简化的振动激励功率谱密度曲线的均方根值与简化后的振动激励功率谱密度曲线的均方根值的比值小于阈值，则判定简化后的振动激励功率谱密度曲线满足要求。
根据本实施例提供的电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算系统，依据损伤等效原则和单自由度振动，计算出用于台架振动疲劳试验和CAE振动疲劳分析所需的激励载荷，激励载荷以振动激励功率谱密度(PSD)曲线表征，而振动激励功率谱密度曲线是由路面激励通过车架传递给控制器支架的加速度信号计算出的，保证了电动卡车控制器支架结构振动激励载荷边界与实车试验场道路耐久试验之间的关联性，且能保证所获得的激励载荷在试验场各坏路路面的强化范围内，并可实现对台架振动试验和CAE振动疲劳分析的加速，有利于缩短开发周期。此外，通过对振动激励功率谱密度进行简化处理，使得该曲线能够更简单地应用于台架试验和CAE疲劳分析，有利于实现该零件的通用化，最终实现降低零件开发成本的目标。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具体用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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 (10)
1.一种电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算方法，其特征在于，包括：
在试验场坏路路面上，获取路面激励通过车架传递给控制器支架的加速度信号；
根据加速度信号计算各坏路路面的冲击响应谱及疲劳损伤谱；
根据疲劳损伤谱，计算振动激励功率谱密度曲线；
根据冲击响应谱的最大值检查振动激励功率谱密度曲线是否有效；
若振动激励功率谱密度曲线有效，则对振动激励功率谱密度曲线进行简化；
输出简化后的振动激励功率谱密度曲线及振动持续时间。
2.根据权利要求1所述的电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算方法，其特征在于：
根据加速度信号计算各坏路路面的冲击响应谱的步骤中，设定道路载荷激励下的每个频率都作为其固有频率，按照下式计算单自由度振动系统在上述每个频率下受到同一激励载荷的响应曲线，将这些曲线的最大值做成包络线，即得到冲击响应谱；
式中，SRS为冲击响应谱，fn为单自由度系统的固有频率，f为激励信号的输入频率，Q为放大因子；
根据加速度信号计算各坏路路面的疲劳损伤谱的步骤中，对每个频率下的响应进行雨流计数后，再调用S-N曲线，并按照下式进行计算，以得到疲劳损伤谱；
式中，FDS为疲劳损伤谱，K为单自由度系统的刚度，fn为单自由度系统的固有频率，t为输入振动激励功率谱密度的持续时间，Γ()定义为
的Gamma函数，
为频率为fn的振动激励功率谱密度幅值，Q为放大因子，b和C为疲劳公式N＝C·S-b的材料相关参数，其中N为循环次数，S为幅值；
得到各坏路路面的FDS后，将各坏路路面的FDS乘以对应的循环次数，叠加得到总损伤谱∑FDS。
3.根据权利要求2所述的电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算方法，其特征在于：
根据疲劳损伤谱，计算振动激励功率谱密度曲线的步骤中，采用下式计算振动激励功率谱密度曲线：
式中，Gsynth(fn)代表振动激励功率谱密度曲线，∑FDS(fn)为总损伤谱，k为安全因子，teq为振动激励持续时间。
4.根据权利要求1所述的电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算方法，其特征在于，根据冲击响应谱的最大值检查振动激励功率谱密度曲线是否有效的步骤具体包括：
采用下式计算振动激励功率谱密度曲线的极限响应谱ERS：
式中，fn为单自由度系统的固有频率，Q为放大因子，
为频率为fn的振动激励功率谱密度幅值；t为输入振动激励功率谱密度的持续时间；
判断极限响应谱ERS是否小于冲击响应谱的最大值；
若极限响应谱ERS小于冲击响应谱的最大值，则判定振动激励功率谱密度曲线有效。
5.根据权利要求1所述的电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算方法，其特征在于：
输出简化后的振动激励功率谱密度曲线及振动持续时间的步骤中，采用下式计算简化后振动激励功率谱密度曲线的振动持续时间：
式中，teq为未简化的振动激励功率谱密度曲线振动持续时间；ttest为简化后的振动激励功率谱密度曲线的振动持续时间；RMSeq为未简化的振动激励功率谱密度曲线的均方根值；RMStest为简化后的振动激励功率谱密度曲线的均方根值；α为材料参数。
6.根据权利要求1所述的电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算方法，其特征在于，在输出简化后的振动激励功率谱密度曲线及振动持续时间的步骤之前，所述方法还包括：
对比简化后的振动激励功率谱密度曲线和未简化的振动激励功率谱密度曲线的均方根值来验证简化后的振动激励功率谱密度曲线是否满足要求；
若未简化的振动激励功率谱密度曲线的均方根值与简化后的振动激励功率谱密度曲线的均方根值的比值小于阈值，则判定简化后的振动激励功率谱密度曲线满足要求。
7.一种电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于在试验场坏路路面上，获取路面激励通过车架传递给控制器支架的加速度信号；
第一计算模块，用于根据加速度信号计算各坏路路面的冲击响应谱及疲劳损伤谱；
第二计算模块，用于根据疲劳损伤谱，计算振动激励功率谱密度曲线；
检查模块，用于根据冲击响应谱的最大值检查振动激励功率谱密度曲线是否有效；
简化模块，用于若振动激励功率谱密度曲线有效，则对振动激励功率谱密度曲线进行简化；
输出模块，用于输出简化后的振动激励功率谱密度曲线及振动持续时间。
8.根据权利要求7所述的电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算系统，其特征在于：
第一计算模块在计算各坏路路面的冲击响应谱时，设定道路载荷激励下的每个频率都作为其固有频率，按照下式计算单自由度振动系统在上述每个频率下受到同一激励载荷的响应曲线，将这些曲线的最大值做成包络线，即得到冲击响应谱；
式中，SRS为冲击响应谱，fn为单自由度系统的固有频率，f为激励信号的输入频率，Q为放大因子；
根据加速度信号计算各坏路路面的疲劳损伤谱的步骤中，对每个频率下的响应进行雨流计数后，再调用S-N曲线，并按照下式进行计算，以得到疲劳损伤谱；
式中，FDS为疲劳损伤谱，K为单自由度系统的刚度，fn为单自由度系统的固有频率，t为输入振动激励功率谱密度的持续时间，Γ()定义为
的Gamma函数，
为频率为fn的振动激励功率谱密度幅值，Q为放大因子，b和C为疲劳公式N＝C·S-b的材料相关参数，其中N为循环次数，S为幅值；
得到各坏路路面的FDS后，将各坏路路面的FDS乘以对应的循环次数，叠加得到总损伤谱∑FDS。
9.根据权利要求8所述的电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算系统，其特征在于：
第二计算模块用于采用下式计算振动激励功率谱密度曲线：
式中，Gsynth(fn)代表振动激励功率谱密度曲线，∑FDS(fn)为总损伤谱，k为安全因子，teq为振动激励持续时间。
10.根据权利要求7所述的电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算系统，其特征在于，检查模块具体用于：
采用下式计算振动激励功率谱密度曲线的极限响应谱ERS：
式中，fn为单自由度系统的固有频率，Q为放大因子，
为频率为fn的振动激励功率谱密度幅值；t为输入振动激励功率谱密度的持续时间；
判断极限响应谱ERS是否小于冲击响应谱的最大值；
若极限响应谱ERS小于冲击响应谱的最大值，则判定振动激励功率谱密度曲线有效。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010604655.5A CN111797749B (zh) | 2020-06-29 | 2020-06-29 | 电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010604655.5A CN111797749B (zh) | 2020-06-29 | 2020-06-29 | 电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111797749A true CN111797749A (zh) | 2020-10-20 |
| CN111797749B CN111797749B (zh) | 2024-04-02 |
Family
ID=72803831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010604655.5A Active CN111797749B (zh) | 2020-06-29 | 2020-06-29 | 电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111797749B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113420452A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-09-21 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 地基微振动设计载荷确定方法 |
| CN114034494A (zh) * | 2021-11-08 | 2022-02-11 | 江铃汽车股份有限公司 | 一种电驱动桥mast台架振动耐久试验方法 |
| CN114065547A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-02-18 | 北京机电工程研究所 | 一种固支梁多自由度系统的振动响应谱计算方法 |
| CN115950613A (zh) * | 2023-03-10 | 2023-04-11 | 西安航天动力研究所 | 一种机械结构的频域载荷谱确定方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170039906A (ko) * | 2015-10-02 | 2017-04-12 | 부경대학교 산학협력단 | 다양한 진동 스펙트럼 패턴에 대응 가능한 주파수 영역의 피로 손상도 계산방법 |
| CN108036908A (zh) * | 2017-10-20 | 2018-05-15 | 开沃新能源汽车集团有限公司 | 一种基于真实路谱的电动汽车电池包随机振动疲劳加速方法 |
| CN109580151A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-04-05 | 北斗航天汽车（北京）有限公司 | 一种基于cae的新能源汽车电池包的振动疲劳性模拟测试方法 |
| US20190145855A1 (en) * | 2016-04-29 | 2019-05-16 | Siemens Industry Software Nv | Method and System for Accelerated Fatigue Damage Testing of an Object |
| CN110119577A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-08-13 | 江铃汽车股份有限公司 | 一种提取纯电动卡车电池包支架结构道路载荷谱的方法 |
| CN111076935A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-28 | 苏州长菱测试技术有限公司 | 轮边电机轴承动态冲击载荷的测量方法及装置 |
-
2020
- 2020-06-29 CN CN202010604655.5A patent/CN111797749B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170039906A (ko) * | 2015-10-02 | 2017-04-12 | 부경대학교 산학협력단 | 다양한 진동 스펙트럼 패턴에 대응 가능한 주파수 영역의 피로 손상도 계산방법 |
| US20190145855A1 (en) * | 2016-04-29 | 2019-05-16 | Siemens Industry Software Nv | Method and System for Accelerated Fatigue Damage Testing of an Object |
| CN108036908A (zh) * | 2017-10-20 | 2018-05-15 | 开沃新能源汽车集团有限公司 | 一种基于真实路谱的电动汽车电池包随机振动疲劳加速方法 |
| CN109580151A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-04-05 | 北斗航天汽车（北京）有限公司 | 一种基于cae的新能源汽车电池包的振动疲劳性模拟测试方法 |
| CN110119577A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-08-13 | 江铃汽车股份有限公司 | 一种提取纯电动卡车电池包支架结构道路载荷谱的方法 |
| CN111076935A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-28 | 苏州长菱测试技术有限公司 | 轮边电机轴承动态冲击载荷的测量方法及装置 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113420452A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-09-21 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 地基微振动设计载荷确定方法 |
| CN113420452B (zh) * | 2021-06-30 | 2022-04-01 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 地基微振动设计载荷确定方法 |
| CN114034494A (zh) * | 2021-11-08 | 2022-02-11 | 江铃汽车股份有限公司 | 一种电驱动桥mast台架振动耐久试验方法 |
| CN114065547A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-02-18 | 北京机电工程研究所 | 一种固支梁多自由度系统的振动响应谱计算方法 |
| CN115950613A (zh) * | 2023-03-10 | 2023-04-11 | 西安航天动力研究所 | 一种机械结构的频域载荷谱确定方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111797749B (zh) | 2024-04-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111797749A (zh) | 电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算方法及系统 | |
| CN108036908A (zh) | 一种基于真实路谱的电动汽车电池包随机振动疲劳加速方法 | |
| CN107991103A (zh) | 一种基于真实路谱的电动汽车电池包结构疲劳寿命预测方法 | |
| CN111198102B (zh) | 一种集成式电驱系统台架振动工况拟合方法 | |
| CN112257320B (zh) | 一种机载机箱振动疲劳特性分析的方法 | |
| CN106644499B (zh) | 电动汽车动力总成强度测试方法和系统 | |
| CN114491825B (zh) | 一种汽车翼子板振动强度分析方法 | |
| CN112163351A (zh) | 电池支架的仿真分析方法及装置 | |
| CN115391913A (zh) | 基于无网格有限元的仿真方法、装置、电子设备及介质 | |
| CN115270296A (zh) | 一种商用车驾驶室疲劳耐久性分析方法及系统 | |
| CN110411757A (zh) | 轴头动态载荷计算方法、装置、设备及存储介质 | |
| CN102184306A (zh) | 增压器压气机叶轮超速破坏可靠度和失效率的计算方法 | |
| CN110147643B (zh) | 车钩钩体剩余寿命确定方法和装置 | |
| CN115204020B (zh) | 电驱桥系统强度分析方法、系统、存储介质及测试设备 | |
| CN112711887A (zh) | 电池包疲劳测试方法 | |
| CN104517012A (zh) | 一种计算非线性结构的应变时间历程的方法和装置 | |
| CN109388833A (zh) | 一种基于疲劳寿命的弹性元件结构优化设计方法 | |
| CN112560162A (zh) | 一种动力总成悬置路谱载荷的缩减方法及装置 | |
| CN105068973A (zh) | 一种频响函数计算中的矩阵分解奇异值取舍方法 | |
| CN115408893A (zh) | 一种基于疲劳寿命预测的电池包设计方法 | |
| CN113884264A (zh) | 一种电动汽车用薄膜电容器的复合振动和冲击试验方法 | |
| CN118817268A (zh) | 一种压缩机支架疲劳分析方法、电子设备及存储介质 | |
| Jung et al. | Reliability achievement of the driving system parts through development of vibration-fatigue evaluation method | |
| CN114136572B (zh) | 一种试验振动工装、车辆设备疲劳试验装置及方法 | |
| CN115048828A (zh) | 一种车载式充电桩的性能检测方法、装置及存储介质 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |