CN112595521B - 车辆平顺性模拟测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆平顺性模拟测试方法。该车辆平顺性模拟测试方法包括以下步骤：(a)确定模拟目标信号Yt；(b)求解振动试验台架的响应函数；(c)迭代：得到等速扫频输入信号；(d)将车辆放在振动试验台架上，输入所述等速扫频输入信号，进行模拟振动输入，采集测量点的加速度信号。该方法为车辆平顺性的客观测试方法，输入的等速扫频信号可准确模拟真实的随机路面输入，所得测试结果精确可靠，有利于对车辆的平顺性能进行准确把控、缩短项目开发周期、降低成本和风险，特别是可实现车辆平顺性的前期虚拟分析和后期台架试验验证，以及汽车平顺性的弹性元件及阻尼元件的调校。

Description

车辆平顺性模拟测试方法
技术领域
本发明涉及汽车性能开发与测试领域，具体而言，涉及一种车辆平顺性模拟测试方法。
背景技术
汽车行驶时，由于路面不平整引起的车辆行驶过程中的冲击和振动，会对车辆构件材料的机械强度和疲劳强度产生影响，导致电气、电子和机械装置失灵，机械结构损伤或旋转部件的过分磨损。如果人体受到强烈激发，并且其频率接近某一器官的共振频率，由于振动放大，容易导致该器官受损伤，损害人体健康。因此，在汽车开发过程中，车辆行驶过程中的平顺性研究显得非常重要，提高平顺性有利于行车安全，保护乘员的身体健康，提高汽车综合性能。
目前汽车平顺性客观评价方法，包括以下几种：吸收功率法、总体乘坐值法(BS6841-1987)、VDI2057、ISO2631和GB/T4970等，以上是世界范围内几种主要的平顺性客观评价方法，虽然存在一些争议，但是各个标准都有自己的适用范围和地域，在汽车平顺性开发中仍没有建立起广泛采用的分析和试验方法。多数汽车企业采用平顺性主观评价的方法，即根据乘员主观感觉的乘坐舒适性来进行评价，匹配悬架系统参数完成平顺性能的提升，无法很好地在设计阶段进行平顺性能把控，精确性差，导致项目开发周期的延长、经费及风险的增加。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车辆平顺性模拟测试方法，该方法为车辆平顺性的客观测试方法，输入的等速扫频信号可准确模拟真实的随机路面输入，所得测试结果精确可靠，有利于对车辆的平顺性能进行准确把控、缩短项目开发周期、降低成本和风险，特别是可实现车辆平顺性的前期虚拟分析和后期台架试验验证，以及汽车平顺性的弹性元件及阻尼元件的调校。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供了一种车辆平顺性模拟测试方法，包括以下步骤：
(a)确定模拟目标信号Yt；
(b)求解振动试验台架的响应函数：加载随机信号X到振动试验台架，测量振动试验台架的输出信号Y，通过计算Y＝[H]X，得出振动试验台架传递函数H，求逆函数X＝[H]-1Y；
(c)迭代：根据模拟目标信号Yt和所述逆函数，计算第一次输入信号X0＝[H]-1Yt，加载X0到振动试验台架得到输出信号Y0，计算输出信号和模拟目标信号的误差并修正输入信号X1＝X0+α0[H]-1(Yt-Y0)，其中α0为修正系数，再依次重复加载、计算误差和修正输入信号的步骤，直到输出信号和模拟目标信号相吻合，得到等速扫频输入信号；
(d)将车辆放在振动试验台架上，输入所述等速扫频输入信号，进行模拟振动输入，采集测量点的加速度信号。
作为进一步优选的技术方案，所述振动试验台架包括四立柱振动试验台架。
作为进一步优选的技术方案，判断输出信号和模拟目标信号是否相吻合的方法包括：设定评分阈值，当输出信号的评分值大于或等于设定的评分阈值时，判断输出信号和模拟目标信号相吻合；当输出信号的评分值小于设定的评分阈值时，判断输出信号和模拟目标信号不吻合。
作为进一步优选的技术方案，所述测量点包括试验台台面、车轮轮毂、减振器车身安装点、驾驶员脚部地板或座椅导轨中的至少一种。
作为进一步优选的技术方案，在采集测量点的加速度信号后还包括数据处理的步骤。
作为进一步优选的技术方案，所述数据处理包括：采用所述等速扫频输入信号和实际输出信号的互功率谱Gxy除以所述等速扫频输入信号的自功率谱Gxx，计算得到传递特性的幅频特性曲线。
作为进一步优选的技术方案，所述数据处理包括：采用输出信号自功率谱Gyy和频率加权函数，计算加权加速度均方根值进行车辆平顺性的评价；
频率加权函数公式为：
Figure BDA0002645338750000031
其中f为频率；
加权加速度均方根值计算公式为：
Figure BDA0002645338750000032
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的车辆平顺性模拟测试方法中首先确定所需输入的模拟目标信号，然后求解振动试验台架的响应函数，再根据模拟目标信号和所述响应函数进行数据迭代，得到等速扫频输入信号，再以此信号输入到振动试验台架上进行振动试验，采集测量点的加速度信号，完成测试过程。
该方法为车辆平顺性的客观测试方法，输入的等速扫频信号可准确模拟真实的随机路面输入，所得测试结果精确可靠，有利于对车辆的平顺性能进行准确把控、缩短项目开发周期、降低成本和风险，特别是可实现车辆平顺性的前期虚拟分析和后期台架试验验证，以及汽车平顺性的弹性元件及阻尼元件的调校。
附图说明
图1为C级路面速度和速度功率谱的示意图；
图2为等速扫频输入速度和速度功率谱的示意图；
图3a为1/4车辆二自由度振动模型图；
图3b为整车七自由度振动模型图；
图4为传递特性的幅频特性曲线图；
图5为输出信号自功率谱Gyy示意图；
图6为频率加权函数图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
实施例1
本实施例提供了一种车辆平顺性模拟测试方法，包括以下步骤：
(a)确定模拟目标信号Yt；
(b)求解振动试验台架的响应函数：加载随机信号X到振动试验台架，测量振动试验台架的输出信号Y，通过计算Y＝[H]X，得出振动试验台架传递函数H，求逆函数X＝[H]-1Y；
(c)迭代：根据模拟目标信号Yt和所述逆函数，计算第一次输入信号X0＝[H]-1Yt，加载X0到振动试验台架得到输出信号Y0，计算输出信号和模拟目标信号的误差并修正输入信号X1＝X0+α0[H]-1(Yt-Y0)，其中α0为修正系数，再依次重复加载、计算误差和修正输入信号的步骤，直到输出信号和模拟目标信号相吻合，得到等速扫频输入信号；
(d)将车辆放在振动试验台架上，输入所述等速扫频输入信号，进行模拟振动输入，采集测量点的加速度信号。
上述车辆平顺性模拟测试方法中首先确定所需输入的模拟目标信号，然后求解振动试验台架的响应函数，再根据模拟目标信号和所述响应函数进行数据迭代，得到等速扫频输入信号，再以此信号输入到振动试验台架上进行振动试验，采集测量点的加速度信号，完成测试过程。
该方法为车辆平顺性的客观测试方法，输入的等速扫频信号可准确模拟真实的随机路面输入，所得测试结果精确可靠，有利于对车辆的平顺性能进行准确把控、缩短项目开发周期、降低成本和风险，特别是可实现车辆平顺性的前期虚拟分析和后期台架试验验证，以及汽车平顺性的弹性元件及阻尼元件的调校。
在以上测试方法中，本发明之所以创造性的采用了等速扫频输入信号来模拟真实的路面输入，是基于对路面输入和扫频输入的研究而来的。发明人经研究发现，路面的速度功率谱呈常数状态(如图1所示)，这与等速扫频输入形式的功率谱(如图2所示)非常接近，由此得出以等速扫频输入信号来模拟真实的路面输入的测试思路。
进一步地，原始扫频输入信号在经振动试验台架后，所输出的信号往往与原始扫频输入信号不同，如果将原始扫频输入信号直接设定为模拟目标信号，则所输出的信号并非理想的信号，无法真实模拟出路面输入情况，因而，本发明通过采用特定的数据迭代过程，使得等速扫频输入信号在振动试验台架输出后的信号能够与模拟目标信号相吻合，从而模拟出真实的出路面输入情况，保证测试的可靠性。
需要说明的是，在进行数据迭代时，可采用模拟驱动文件进行数据迭代，提高迭代效率。
应当理解的是，模拟目标信号的确定根据路面输入来合理确定，只要能够模拟真实的路面输入即可，本发明对此不做特别限制。
在一种优选的实施方式中，所述振动试验台架包括四立柱振动试验台架。四立柱振动试验台架可利用四轮信号方向差异或时间延迟，在试验过程中模拟包括单轮跳动、俯仰运动、侧倾运动、扭曲运动、过减速带等使用工况。
可选地，等速扫频原始信号可由以下matlab程序获得：
t＝0:0.01:300
Vz＝200*chirp(t,0.5,300,30)
Dz＝cumtrapz(t,y)
其中t为数据时间信号，采样时间0.01s，数据总时间300s，Vz为垂直速度时间信号，幅值200mm/s，0时刻初始频率0.5Hz，t1(300s)时刻频率30Hz，Dz为垂直位移时间信号，单位为mm。
可选地，目标信号文件有几个方式：物理道路载荷谱采集；虚拟道路载荷谱提取；人工合成的道路驱动文件。
可选地，振动试验台架作动器位移低频复现能力为0.5Hz以上，作动器高频限值设置为50Hz。滤波器被使用过滤0.5Hz～50Hz之外的驱动和目标响应信号和传递函数。
可选地，以1/4车辆二自由度振动模型(如图3a所示)分析悬架系统相关参数对于振动特性的影响。m2为簧上质量；m1为簧下质量；K为悬架刚度；C为减振器阻尼系数；Kt为轮胎刚度；z1为车轮垂直位移；z2为车身垂直位移；q为路面不平度。车轮与车身垂直位移坐标分别为z1、z2，坐标原点选在各自的平衡位置，其运动方程为：
Figure BDA0002645338750000071
Figure BDA0002645338750000072
经推导，车身加速度对路面速度的频率特性为：
Figure BDA0002645338750000073
其中，A1＝jωC+K,A2＝-ω2m2+jωC+K,A3＝-ω2m1+jωC+K+Kt，N＝A3A2-A1 2。
图3b为整车七自由度振动模型图，其相关参数对振动特性的影响与1/4车辆二自由度振动模型的类似，因此不再赘述。
在一种优选的实施方式中，判断输出信号和模拟目标信号是否相吻合的方法包括：设定评分阈值，当输出信号的评分值大于或等于设定的评分阈值时，判断输出信号和模拟目标信号相吻合；当输出信号的评分值小于设定的评分阈值时，判断输出信号和模拟目标信号不吻合。本优选实施方式提供了一种具体的判断方法，需要提前预设评分阈值，然后判断输出信号的评分值与评分阈值的大小关系，进而判定输出信号与模拟目标信号是否相吻合。
在一种优选的实施方式中，所述测量点包括试验台台面、车轮轮毂、减振器车身安装点、驾驶员脚部地板或座椅导轨中的至少一种。上述测量点包括但不限于试验台台面，车轮轮毂，减振器车身安装点，驾驶员脚部地板，座椅导轨，试验台台面和车轮轮毂，减振器车身安装点和驾驶员脚部地板，驾驶员脚部地板和座椅导轨，试验台台面、车轮轮毂和减振器车身安装点，减振器车身安装点、驾驶员脚部地板和座椅导轨，或试验台台面、车轮轮毂、减振器车身安装点、驾驶员脚部地板和座椅导轨等。以上测量点的选择较为合理，可反映出真实全面的车辆振动的情况。
在一种优选的实施方式中，在采集测量点的加速度信号后还包括数据处理的步骤。对加速度信号进行数据处理后，可以直接来确定或评价车辆的平顺性好坏。
在一种优选的实施方式中，所述数据处理包括：采用所述等速扫频输入信号和实际输出信号的互功率谱Gxy除以所述等速扫频输入信号的自功率谱Gxx，计算得到传递特性的幅频特性曲线(如图4所示)。根据该幅频特性曲线，结合车辆不同系统的振动频率和传递特性，可以来确定平顺性好坏和优化方案。
在一种优选的实施方式中，所述数据处理包括：采用输出信号自功率谱Gyy(如图5所示)和频率加权函数(如图6所示)，计算加权加速度均方根值进行车辆平顺性的评价；
频率加权函数公式为：
Figure BDA0002645338750000081
其中f为频率；
加权加速度均方根值计算公式为：
Figure BDA0002645338750000082
本优选实施方式通过特定公式计算加权加速度均方根值进行车辆平顺性的评价，准确性更高。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (7)

1.一种车辆平顺性模拟测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)确定模拟目标信号Yt；
(b)求解振动试验台架的响应函数：加载随机信号X到振动试验台架，测量振动试验台架的输出信号Y，通过计算Y＝[H]X，得出振动试验台架传递函数H，求逆函数X＝[H]-1Y；
(c)迭代：根据模拟目标信号Yt和所述逆函数，计算第一次输入信号X0＝[H]-1Yt，加载X0到振动试验台架得到输出信号Y0，计算输出信号和模拟目标信号的误差并修正输入信号X1＝X0+α0[H]t1(Yt-Y0)，其中α0为修正系数，再依次重复加载、计算误差和修正输入信号的步骤，直到输出信号和模拟目标信号相吻合，得到等速扫频输入信号；
(d)将车辆放在振动试验台架上，输入所述等速扫频输入信号，进行模拟振动输入，采集测量点的加速度信号；
等速扫频原始信号可由以下matlab程序获得：
t＝0:0.01:300
Vz＝200*chirp(t,0.5,300,30)
Dz＝cumtrapz(t,y)
其中t为数据时间信号，采样时间0.01s，数据总时间300s，Vz为垂直速度时间信号，幅值200mm/s，0时刻初始频率0.5Hz，t1(300s)时刻频率30Hz，Dz为垂直位移时间信号，单位为mm。
2.根据权利要求1所述的车辆平顺性模拟测试方法，其特征在于，所述振动试验台架包括四立柱振动试验台架。
3.根据权利要求1所述的车辆平顺性模拟测试方法，其特征在于，判断输出信号和模拟目标信号是否相吻合的方法包括：设定评分阈值，当输出信号的评分值大于或等于设定的评分阈值时，判断输出信号和模拟目标信号相吻合；当输出信号的评分值小于设定的评分阈值时，判断输出信号和模拟目标信号不吻合。
4.根据权利要求1所述的车辆平顺性模拟测试方法，其特征在于，所述测量点包括试验台台面、车轮轮毂、减振器车身安装点、驾驶员脚部地板或座椅导轨中的至少一种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的车辆平顺性模拟测试方法，其特征在于，在采集测量点的加速度信号后还包括数据处理的步骤。
6.根据权利要求5所述的车辆平顺性模拟测试方法，其特征在于，所述数据处理包括：采用所述等速扫频输入信号和实际输出信号的互功率谱Gxy除以所述等速扫频输入信号的自功率谱Gxx，计算得到传递特性的幅频特性曲线。
7.根据权利要求5所述的车辆平顺性模拟测试方法，其特征在于，所述数据处理包括：采用输出信号自功率谱Gyy和频率加权函数，计算加权加速度均方根值进行车辆平顺性的评价；
频率加权函数公式为：
Figure FDA0003814717220000021
其中f为频率；
加权加速度均方根值计算公式为：
Figure FDA0003814717220000022
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