CN113742842A - 一种悬架台架试验载荷谱的确定方法 - Google Patents

一种悬架台架试验载荷谱的确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种悬架台架试验载荷谱的确定方法，其包括如下步骤：步骤一，虚拟试验场仿真分析得到动态载荷数据和悬架系统的道路疲劳损伤；步骤二，雨流法统计得到各个行驶工况的载荷幅值和循环次数带宽；步骤三，确定载荷加载点，将载荷幅值同步分解到各载荷加载点形成载荷正弦时域谱；步骤四，依据载荷正弦时域谱作为输入信号进行悬架系统台架仿真分析，获取悬架系统的台架疲劳损伤，循环迭代直至各个关键单元的台架疲劳损伤之和与道路疲劳损伤的比值≤2，以循环迭代得到的载荷时域谱作为台架试验载荷谱。其能够正向建立整车道路耐久试验与悬架系统台架试验的相关性，保证悬架台架系统试验结果与整车道路耐久试验结果的一致性，缩短开发时间。

Description

一种悬架台架试验载荷谱的确定方法
技术领域
本发明涉及悬架系统的台架耐久试验，具体涉及悬架台架试验载荷谱的确定方法。
背景技术
汽车行业的产品开发常遵循V字形产品开发流程，即整车-系统-零部件性能逐级分解，逆序逐级开展试验验证的方式，达到用前期小规模试验规避整车性能风险的目的。目前行业内没有统一的整车道路耐久试验规范和悬架台架疲劳试验规范，各企业大多采用借用的方式开展整车道路耐久试验和悬架台架疲劳试验，由于整车和系统试验不同源、相关性差，实际产品开发中易出现整车道路疲劳产生开裂，而悬架台架试验通过，或悬架台架试验产生开裂，整车道路疲劳通过的问题，导致反复试验验证，增加了产品开发成本和时间。
发明内容
本发明的目的是提供一种悬架台架试验载荷谱的确定方法，其能够正向建立整车道路耐久试验与悬架台架试验的相关性，保证悬架台架系统试验结果与整车道路耐久试验结果的一致性，缩短开发时间，降低开发成本。
本发明所述的悬架台架试验载荷谱的确定方法，其包括如下步骤：
步骤一，基于车辆参数建立分析模型，将分析模型导入虚拟试验场进行仿真分析，获取动态载荷数据和悬架系统的道路疲劳损伤，依据道路疲劳损伤确定悬架系统的关键单元；
步骤二，采用雨流法对动态载荷数据进行统计，得到各个行驶工况的载荷幅值和循环次数带宽；
步骤三，根据悬架类型和行驶工况确定悬架台架试验的载荷加载点，将载荷幅值同步分解到各个行驶工况的载荷加载点，形成载荷正弦时域谱；
步骤四，依据步骤三得到的载荷正弦时域谱作为输入信号进行悬架台架仿真分析，获取悬架系统的台架疲劳损伤，在循环次数带宽内迭代各个行驶工况的循环次数，直至悬架台架仿真分析中各个关键单元的台架疲劳损伤之和与悬架系统的道路疲劳损伤的比值≤2，以循环迭代得到的载荷时域谱作为台架试验载荷谱。
进一步，所述步骤一中关键单元分布于悬架系统的不同区域，且关键单元的损伤值大于悬架系统的道路疲劳损伤最大值的五分之一。
进一步，所述步骤一中的动态载荷数据包括轮心载荷时域谱、整车制动加速度时域谱、整车侧向加速度时域谱、轮心垂向载荷时域谱以及悬架左右垂向载荷差的时域谱。
进一步，所述行驶工况包括制动工况、转弯工况、冲击工况和扭转工况，在进行悬架台架仿真分析，采用多通道加载方式，制动工况加载X向和Z向载荷，转弯工况加载Y向和Z向载荷，冲击工况加载Z向载荷，扭转工况加载Z向载荷。
进一步，所述步骤三中悬架载荷加载点默认为轮胎接地点，对于羊角或转向节与车身通过杆件相连的悬架系统，制动工况时X向通道载荷加载点为轮心，载荷幅值扩大一倍，其他加载通道的载荷加载点为轮胎接地点。
进一步，所述步骤三中载荷分配具体为：悬架系统处于制动工况时，X向的前、后悬载荷一致，Z向载荷分配的公式为：
前悬X向载荷+后悬X向载荷＝整车制动加速度×整车重力，前悬X向载荷＝后悬X向载荷，
前悬Z向载荷：后悬Z向载荷＝a，a＞1；
悬架系统处于转弯工况时，前、后悬同侧载荷幅值一致，外侧Y向载荷和Z向载荷分别高于内侧Y向载荷和Z向载荷，载荷分配公式为：
悬架外侧Y向载荷+悬架内侧Y向载荷＝整车侧向加速度×悬架轴荷，
悬架外侧Y向载荷：悬架内侧Y向载荷＝b，b＞1，
悬架外侧Z向载荷：悬架内侧Z向载荷＝b，b＞1；
悬架系统处于冲击工况和扭转工况的前、后悬载荷幅值一致；
a和b为常数，与悬架系统自身特性有关。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果。
1、本发明通过虚拟试验场进行仿真分析得到动态载荷数据和悬架系统的道路疲劳损伤，采用雨流法统计得到各个行驶工况的载荷幅值和循环次数带宽，根据悬架类型和行驶工况确定悬架台架试验的载荷加载点，将载荷幅值同步分解到悬架台架试验时各个行驶工况的载荷加载点，形成载荷正弦时域谱，以得到的载荷正弦时域谱作为输入信号进行悬架台架仿真分析，正向建立了整车道路耐久试验与悬架台架试验的相关性，保证了悬架台架系统试验结果与整车道路耐久试验结果的一致性，缩短了开发时间，降低了开发成本。
2、本发明基于整车运动姿态将悬架台架试验的工况分为制动工况、转弯工况、冲击工况、扭转工况，并根据悬架类型和行驶工况确定悬架台架试验的载荷加载点以及载荷分配量，采用多通道加载方式对不同行驶工况进行载荷加载，在循环次数带宽内迭代各个行驶工况的循环次数，直至悬架台架仿真分析中各个关键单元的台架疲劳损伤之和与悬架系统的道路疲劳损伤的比值≤2，以循环迭代得到的载荷时域谱作为台架试验载荷谱，保证了悬架台架系统试验结果与整车道路耐久试验结果的一致性，实现了整车道路耐久试验只跑一轮的目标，缩短了开发时间。
附图说明
图1是本发明的流程示意图；
图2是本发明所述悬架系统的仿真模型示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
参见图1，所示的悬架台架试验载荷谱的确定方法，其包括如下步骤：
步骤一，基于车辆参数建立分析模型，将分析模型导入虚拟试验场进行仿真分析，获取动态载荷数据，所述动态载荷数据包括轮心载荷时域谱，计算并输出整车制动加速度时域谱、整车侧向加速度时域谱、轮心垂向载荷时域谱以及悬架左右垂向载荷差的时域谱，其中：
Figure RE-GDA0003312093500000031
Figure RE-GDA0003312093500000032
输出悬架系统各零部件接附点道路载荷时域谱，进行多体动力学载荷分解，采用有限元软件计算得到悬架系统的道路疲劳损伤，依据道路疲劳损伤确定悬架系统的关键单元，所述关键单元分布于悬架系统的不同区域，且关键单元的损伤值大于悬架系统的道路疲劳损伤最大值的五分之一
步骤二，采用雨流法对动态载荷数据进行统计，得到各个行驶工况的载荷幅值和循环次数带宽；基于整车运动姿态将悬架台架试验的工况分为制动工况、转弯工况、冲击工况、扭转工况，以可靠性道路试验规范中的整车满载状态为初始状态，参见图2的载荷方向定义，采用多通道加载方式，制动工况加载X向和Z向载荷，转弯工况加载Y向和Z向载荷，冲击工况加载Z向载荷，扭转工况加载Z向载荷。值得注意的是制动工况分为前进制动和后退制动，前进制动时整车制动加速度为正，后退制动时整车制动加速度为负。雨流统计时需要统计前进制动和后退制动的循环次数比，最终的台架载荷谱中的循环次数比应与之一致。最后依据循环幅值大小和次数比例，为每种载荷选取至少两个梯度幅值，如整车制动加速度最大值和加权平均值，其中：
Figure RE-GDA0003312093500000033
步骤三，根据悬架类型和行驶工况确定悬架台架试验的载荷加载点，悬架载荷加载点默认为轮胎接地点，对于羊角或转向节与车身通过杆件相连的悬架系统，制动工况时X向通道载荷加载点为轮心，载荷幅值扩大一倍，其他加载通道的载荷加载点为轮胎接地点。
将载荷幅值同步分解到各个行驶工况的载荷加载点，形成载荷正弦时域谱；具体为：悬架系统处于制动工况时，X向的前、后悬载荷一致，Z向载荷分配的公式为：
前悬X向载荷+后悬X向载荷＝整车制动加速度×整车重力，前悬X向载荷＝后悬X向载荷，
前悬Z向载荷：后悬Z向载荷＝a，a＞1；
悬架系统处于转弯工况时，前、后悬同侧载荷幅值一致，外侧Y向载荷和Z向载荷分别高于内侧Y向载荷和Z向载荷，载荷分配公式为：
悬架外侧Y向载荷+悬架内侧Y向载荷＝整车侧向加速度×悬架轴荷，
悬架外侧Y向载荷：悬架内侧Y向载荷＝b，b＞1，
悬架外侧Z向载荷：悬架内侧Z向载荷＝b，b＞1；
悬架系统处于冲击工况和扭转工况的前、后悬载荷幅值一致；
a和b为常数，与悬架系统自身特性有关。参见表1，得到各个行驶工况的载荷谱信息。
表1各个行驶工况载荷幅值统计表
Figure RE-GDA0003312093500000041
表中，T表示转弯工况，BF表示前进制动，BR表示后退制动，Im表示冲击工况，A表示扭转工况，h表示高载荷，l表示低载荷，x、y、z表示加载方向。
步骤四，依据步骤三得到的载荷正弦时域谱作为输入信号进行悬架台架仿真分析，采用有限元软件计算悬架系统的台架疲劳损伤，在循环次数带宽内迭代各个行驶工况的循环次数，直至悬架台架仿真分析中各个关键单元的台架疲劳损伤之和与悬架系统的道路疲劳损伤的比值≤2，以循环迭代得到的载荷时域谱作为台架试验载荷谱，即作为台架试验作动器载荷输入信号。考虑试验周期，若迭代得到的工况循环总次数过多，可以适当提高工况载荷幅值，来减少循环次数，但需要保证调整前后该行驶工况总的疲劳损伤不变。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种悬架台架试验载荷谱的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，基于车辆参数建立分析模型，将分析模型导入虚拟试验场进行仿真分析，获取动态载荷数据和悬架系统的道路疲劳损伤，依据道路疲劳损伤确定悬架系统的关键单元；
步骤二，采用雨流法对动态载荷数据进行统计，得到各个行驶工况的载荷幅值和循环次数带宽；
步骤三，根据悬架类型和行驶工况确定悬架台架试验的载荷加载点，将载荷幅值同步分解到各个行驶工况的载荷加载点，形成载荷正弦时域谱；
步骤四，依据步骤三得到的载荷正弦时域谱作为输入信号进行悬架台架仿真分析，获取悬架系统的台架疲劳损伤，在循环次数带宽内迭代各个行驶工况的循环次数，直至悬架台架仿真分析中各个关键单元的台架疲劳损伤之和与悬架系统的道路疲劳损伤的比值≤2，以循环迭代得到的载荷时域谱作为台架试验载荷谱。
2.根据权利要求1所述的悬架台架试验载荷谱的确定方法，其特征在于：所述步骤一中关键单元分布于悬架系统的不同区域，且关键单元的损伤值大于悬架系统的道路疲劳损伤最大值的五分之一。
3.根据权利要求1或2所述的悬架台架试验载荷谱的确定方法，其特征在于：所述步骤一中的动态载荷数据包括轮心载荷时域谱、整车制动加速度时域谱、整车侧向加速度时域谱、轮心垂向载荷时域谱以及悬架左右垂向载荷差的时域谱。
4.根据权利要求1或2所述的悬架台架试验载荷谱的确定方法，其特征在于：所述行驶工况包括制动工况、转弯工况、冲击工况和扭转工况，在进行悬架台架仿真分析，采用多通道加载方式，制动工况加载X向和Z向载荷，转弯工况加载Y向和Z向载荷，冲击工况加载Z向载荷，扭转工况加载Z向载荷。
5.根据权利要求4所述的悬架台架试验载荷谱的确定方法，其特征在于：所述步骤三中悬架载荷加载点默认为轮胎接地点，对于羊角或转向节与车身通过杆件相连的悬架系统，制动工况时X向通道载荷加载点为轮心，载荷幅值扩大一倍，其他加载通道的载荷加载点为轮胎接地点。
6.根据权利要求4所述的悬架台架试验载荷谱的确定方法，其特征在于：所述步骤三中载荷分配具体为：悬架系统处于制动工况时，X向的前、后悬载荷一致，Z向载荷分配的公式为：
前悬X向载荷＋后悬X向载荷＝整车制动加速度×整车重力，前悬X向载荷＝后悬X向载荷，
前悬Z向载荷：后悬Z向载荷=a，a＞1；
悬架系统处于转弯工况时，前、后悬同侧载荷幅值一致，外侧Y向载荷和Z向载荷分别高于内侧Y向载荷和Z向载荷，载荷分配公式为：
悬架外侧Y向载荷＋悬架内侧Y向载荷＝整车侧向加速度×悬架轴荷，
悬架外侧Y向载荷：悬架内侧Y向载荷＝b，b＞1，
悬架外侧Z向载荷：悬架内侧Z向载荷＝b，b＞1；
悬架系统处于冲击工况和扭转工况的前、后悬载荷幅值一致；
a和b均为常数，与悬架系统自身特性有关。
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