CN113010964B - 一种基于虚拟试验场的车辆台架试验载荷谱分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于虚拟试验场的车辆台架试验载荷谱分析方法,包括建立数字化试验场耐久路面模型;建立数字化轮胎模型;建立车辆多体动力学模型,并进行调校;虚拟试验场仿真,并提取虚拟载荷信号;动态载荷预处理与统计;基于幅值累积频次的试验台荷载谱转化。通过本发明能够在汽车开发早期通过虚拟试验场仿真获取车身与底盘悬架等关键部件的动态载荷数据,对动态载荷做预处理,然后再对载荷进行压缩和伪损伤评估,最后等效转化多级等幅载荷谱,制作用于台架试验台的疲劳耐久试验的标准载荷谱,确保车辆台架疲劳耐久分析的充分验证,提高产品成型质量。

Description

一种基于虚拟试验场的车辆台架试验载荷谱分析方法
技术领域
本发明涉及车辆台架耐久试验技术领域,尤其是涉及一种基于虚拟试验场的车辆台架试验载荷谱分析方法。
背景技术
在汽车开发过程中,为了校核汽车结构件强度或使用寿命,道路试验和室内台架试验已成为底盘、车身等关键零部件结构耐久设计的重要环节。由于实车验证的周期长、费用高,故主机厂一般要求零部件厂完成台架试验,一些有实力的主机厂会提供路谱给零部件厂以便完成台架试验。传统方法是在第一台开发车装配完成后进行真实汽车试验场的路谱采集试验,获取轮心六分力、加速度等数据作为台架的输入信号,再开展零部件的疲劳试验验证。这种方法必须组装样车,并在真实的汽车试验场进行路谱采集试验,周期长,成本高,但是这种方法容易受到场地和气候环境的限制,而且导致耐久开发过程滞后,不便于车身和底盘零部件的结构调整与快速优化。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种基于虚拟试验场的车辆台架试验载荷谱分析方法。
为实现上述目的,本发明采用以下内容:
一种基于虚拟试验场的车辆台架试验载荷谱分析方法,包括:
步骤1,建立数字化试验场耐久路面模型:
将真实试验场耐久路面进行数字化,并生成耐久道路的数字路面;
步骤2,建立数字化轮胎模型:
通过真实轮胎试验与参数辨识,并生成Ftire或CDtire的模型属性文件;
步骤3,建立车辆多体动力学模型,并进行调校:
使用多体动力学软件,基于车辆参数建立整车多体动力学模型,并对模型进行调试验证;
步骤4,虚拟试验场仿真,并提取虚拟载荷信号:
将步骤3中调试验证后的整车多体动力学模型应用于步骤1中的数字路面,模拟试验场路试多种工况,并进行与实际行驶程序相同的路线和速度的动态仿真,利用软件仿真求解,提取关键部件连接处的动态载荷数据;
步骤5,动态载荷预处理与统计:
对步骤4中提取的动态载荷数据进行预处理,再采用雨流计算法进行统计,得到载荷分布图;
步骤6,基于幅值累积频次的试验台荷载谱转化:
将步骤5中的载荷分布图制作成用于疲劳耐久试验的标准载荷谱。
优选的是,步骤1中所述的将真实试验场耐久路面进行数字化的具体方法包括:
对于规则路面,直接根据路面设计图纸量取路面的三维离散点,再制作路面网格模型;
对于非规则路面,采用车载激光扫描的方法,获取路面点云数据,再对点云数据进行网格处理得到路面的网格模型。
优选的是,步骤2的具体过程包括:抽取一定数量的轮胎样件,根据轮胎工作胎压及荷载在实验室的试验台进行包括轮胎印记、各向刚度、凸块的静态与动态试验,从而获取多种工况下端轮胎测试数据,最后进行参数辨识并形成Ftire、CDtire耐久轮胎模型的属性文件。
优选的是,步骤3中所述的对模型进行调试验证的具体内容包括:对模型进行零部件质量、惯量、弹性部件的特性校核。
优选的是,步骤5的具体过程包括:首先对动态载荷数据进行滤波和去毛刺的预处理,然后对处理后的数据进行实验压缩,舍去始末处的小幅值载荷,评估压缩前后的伪损伤具有等效性,最后进行雨流统计,获得载荷分布图。
优选的是,步骤6的具体方法包括:根据损伤等效原理,采用基于幅值累积频次的块谱技术,将原实际路谱载荷谱等效为多级等幅载荷谱,且载荷谱的级数可根据实际情况进行调整,以平衡误差和数据复杂度之间的矛盾,从而完成用于试验台架的标准载荷谱转化。
本发明的有益效果在于:能够在汽车开发早期通过虚拟试验场仿真获取车身与底盘悬架等关键部件的动态载荷数据,对动态载荷做预处理,然后再对载荷进行压缩和伪损伤评估,最后等效转化多级等幅载荷谱,制作用于台架试验台的疲劳耐久试验的标准载荷谱,确保车辆台架疲劳耐久分析的充分验证,提高产品成型质量。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例的虚拟试验场仿真示意图;
图2是本发明实施例的载荷谱统计与等效转化图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明,下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解,下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的,不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示,为本发明虚拟试验场仿真示意图,本发明所述一种基于虚拟试验场的车辆台架试验载荷谱分析方法共包括有六方面的内容。
(1)建立数字化试验场耐久路面模型
将真实试验场耐久路面进行数字化,并生成耐久道路的数字路面,具体的:
对于规则路面,直接根据路面设计图纸量取路面的三维离散点,再制作路面网格模型;
对于非规则路面,采用车载激光扫描的方法,获取路面点云数据,再对点云数据进行网格处理得到路面的网格模型。
(2)建立数字化轮胎模型
通过真实轮胎试验与参数辨识,并生成Ftire或CDtire的模型属性文件,具体的:
抽取一定数量的轮胎样件,根据轮胎工作胎压及荷载在实验室的试验台进行包括轮胎印记、各向刚度、凸块的静态与动态试验,从而获取多种工况下端轮胎测试数据,最后进行参数辨识并形成Ftire、CDtire耐久轮胎模型的属性文件。
(3)建立车辆多体动力学模型,并进行调校
使用多体动力学软件,基于车辆参数建立整车多体动力学模型,并对模型进行调试验证,具体的:
基于车辆参数建立整车多体动力学模型,并对该模型进行零部件质量、惯量校核,弹性部件特性校核,另外考虑到部分部件的柔性化,如摆臂、扭梁等弹性变形较大的部件,例如竞标车,还可以对底盘进行K&C校核,如条件允许可增加四立柱试验台或者凸块平顺性试验等动态校核,上述措施的使用将进一步提升动力学模型的准确性。
(4)虚拟试验场仿真,并提取虚拟载荷信号
将调试验证后的整车多体动力学模型应用于数字路面,模拟试验场路试多种工况,并进行与实际行驶程序相同的路线和速度的动态仿真,利用软件仿真求解,提取关键部件连接处的动态载荷数据。
(5)动态载荷预处理与统计
对提取的动态载荷数据进行预处理,再采用雨流计算法进行统计,得到载荷分布图,具体的:
首先对动态载荷数据进行滤波和去毛刺的预处理,然后对处理后的数据进行实验压缩,舍去始末处的小幅值载荷,评估压缩前后的伪损伤具有等效性,最后进行雨流统计,获得载荷分布图(如图2所示)。
(6)基于幅值累积频次的试验台荷载谱转化
将上述载荷分布图制作成用于疲劳耐久试验的标准载荷谱,具体的:
根据损伤等效原理,采用基于幅值累积频次的BL0CKCYCLES块谱技术,将原实际路谱载荷谱等效为多级等幅载荷谱,且载荷谱的级数可根据实际情况进行调整,以平衡误差和数据复杂度之间的矛盾,从而完成用于试验台架的标准载荷谱转化。
通过本发明能够在汽车开发早期通过虚拟试验场仿真获取车身与底盘悬架等关键部件的动态载荷数据,对动态载荷做预处理,然后再对载荷进行压缩和伪损伤评估,最后等效转化多级等幅载荷谱,制作用于台架试验台的疲劳耐久试验的标准载荷谱,确保车辆台架疲劳耐久分析的充分验证,提高产品成型质量。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定,对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种基于虚拟试验场的车辆台架试验载荷谱分析方法,其特征在于,包括:
步骤1,建立数字化试验场耐久路面模型:
将真实试验场耐久路面进行数字化,并生成耐久道路的数字路面;
步骤2,建立数字化轮胎模型:
通过真实轮胎试验与参数辨识,并生成Ftire或CDtire的模型属性文件;
步骤3,建立车辆多体动力学模型,并进行调校:
使用多体动力学软件,基于车辆参数建立整车多体动力学模型,并对模型进行调试验证;
步骤4,虚拟试验场仿真,并提取虚拟载荷信号:
将步骤3中调试验证后的整车多体动力学模型应用于步骤1中的数字路面,模拟试验场路试多种工况,并进行与实际行驶程序相同的路线和速度的动态仿真,利用软件仿真求解,提取关键部件连接处的动态载荷数据;
步骤5,动态载荷预处理与统计:
对步骤4中提取的动态载荷数据进行滤波和去毛刺的预处理,然后对处理后的数据进行实验压缩,舍去始末处的小幅值载荷,评估压缩前后的伪损伤具有等效性,最后进行雨流统计,获得载荷分布图;
步骤6,基于幅值累积频次的试验台荷载谱转化:
将步骤5中的载荷分布图制作成用于疲劳耐久试验的标准载荷谱,根据损伤等效原理,采用基于幅值累积频次的块谱技术,将原实际路谱载荷谱等效为多级等幅载荷谱,且载荷谱的级数可根据实际情况进行调整,以平衡误差和数据复杂度之间的矛盾,从而完成用于试验台架的标准载荷谱转化。
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟试验场的车辆台架试验载荷谱分析方法,其特征在于,步骤1中所述的将真实试验场耐久路面进行数字化的具体方法包括:
对于规则路面,直接根据路面设计图纸量取路面的三维离散点,再制作路面网格模型;
对于非规则路面,采用车载激光扫描的方法,获取路面点云数据,再对点云数据进行网格处理得到路面的网格模型。
3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟试验场的车辆台架试验载荷谱分析方法,其特征在于,步骤2的具体过程包括:抽取一定数量的轮胎样件,根据轮胎工作胎压及荷载在实验室的试验台进行包括轮胎印记、各向刚度、凸块的静态与动态试验,从而获取多种工况下端轮胎测试数据,最后进行参数辨识并形成Ftire、CDtire耐久轮胎模型的属性文件。
4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟试验场的车辆台架试验载荷谱分析方法,其特征在于,步骤3中所述的对模型进行调试验证的具体内容包括:对模型进行零部件质量、惯量、弹性部件的特性校核。
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