CN114936421A - 一种基于虚拟试验场的液压衬套载荷谱的确定方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于虚拟试验场的液压衬套载荷谱的确定方法，属于车辆台架耐久试验技术领域，包括：一、对液压衬套进行静态刚度试验及动态刚度试验；二、建立液压衬套模型；三、建立基于多种耐久道路的数字路面；四、虚拟试验场仿真模型建立；五、虚拟液压衬套载荷谱的提取；六、载荷谱块确认。本发明根据液压衬套静态、动态刚度实验结果，进行模型参数识别，利用Adams软件建立液压衬套的非线性模型，并根据实测试验场路面，建立了包含液压衬套的路面‑整车耦合系统动力学模型，仿真得到各路面下的载荷谱数据，并基于时域损伤编辑方法，利用ncode软件建立载荷谱压缩处理流程，控制编辑前后载荷谱伪损伤、频域特征误差范围，为后期台架试验缩短时间。
Description
技术领域
本发明属于车辆台架耐久试验技术领域，具体涉及一种基于虚拟试验场的液压衬套载荷谱的确定方法及装置。
背景技术
液压衬套动态特性优异，有利于提高车辆操纵稳定性和行驶平顺性；液压衬套作为汽车的悬架控制臂、副车架与车身间重要的弹性连接元件，不断承受着经路面传至悬架的冲击载荷作用，处于交变多轴应力状态，因此在液压衬套设计中，其耐久性能尤为重要。此外，在汽车疲劳耐久路试中，波形路、搓板路等路面与车轮间的周期性激励，容易引发汽车悬架零部件共振，进一步降低液压衬套疲劳耐久使用寿命。
载荷谱为疲劳耐久计算的输入条件，是评价汽车零部件疲劳耐久性能的关键步骤；现有载荷谱开发中所建立的仿真模型将液压衬套仅考虑为线性模型，其刚度为固定值；而实际上，液压衬套的刚度与激励频率、振幅位移呈非线性关系，其动刚度、阻尼滞后角等参数对载荷仿真计算存在较大影响，因此线性模型所计算的载荷与实际情况差异较大，可能导致零部件耐久计算结果误差较大。
发明内容
针对现有技术中存在的线性模型所计算的载荷与实际情况差异较大，导致零部件耐久计算结果误差较大等问题，本发明提供了一种基于虚拟试验场的液压衬套载荷谱的确定方法，通过建立包含液压衬套的整车动力学模型，结合试验场路面进行载荷谱确定。
相比现有线性衬套模型，本发明考虑了振动疲劳对液压衬套耐久性能的影响，根据液压衬套静态、动态刚度实验结果，进行模型参数识别，利用Adams软件建立更为精确的液压衬套的非线性模型，并根据实测试验场路面，建立了包含液压衬套的路面-整车耦合系统动力学模型，仿真得到各路面下的载荷谱数据，并基于时域损伤编辑方法，利用ncode软件建立载荷谱压缩处理流程，控制编辑前后载荷谱伪损伤、频域特征误差范围，为后期台架试验缩短时间。
本发明通过如下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种基于虚拟试验场的液压衬套载荷谱的确定方法，具体包括如下步骤：
步骤一：分别对液压衬套进行静态刚度试验及动态刚度试验；
步骤二：建立液压衬套模型；
利用Adams Car/Ride模块的HPIT功能及IPIT功能依次进行参数识别，从而建立液压衬套模型；
步骤三：建立基于多种耐久道路的数字路面；
步骤四：虚拟试验场仿真模型建立；
在Adams Car软件中根据实际车型前、后悬架结构形式建立虚拟试验场仿真模型；
步骤五：虚拟液压衬套载荷谱的提取；
步骤六：载荷谱块确认。
进一步地，步骤一所述的静态刚度试验，具体如下：将液压衬套固定在试验台上，施加线性载荷，输出力和位移关系曲线，曲线斜率即为静态刚度；
所述的动态刚度试验，具体如下：将液压衬套一端固定，另一端连接试验台动作端，在动作端施加正弦位移信号激励，通过测量所得位移激励和力响应的数学关系，计算液压衬套动态刚度以及阻尼滞后角，且保证不同位移信号幅值在3组以上、每个幅值下试验频率在4组以上。
进一步地，步骤二所述的建立液压衬套模型，具体如下：
将步骤一的液压衬套进行静态刚度试验及动态刚度试验的数据结果写入*.hbu文件中，利用Adams Car/Ride模块的HPIT功能对液压衬套进行参数识别，获得数学模型参数初始值，并保存；之后将*.hbu文件利用IPIT功能继续进行参数识别，不断调整数学模型参数并与试验动态刚度、阻尼滞后角结果进行对比，直至数学模型参数并与试验动态刚度、阻尼滞后角相同，并依此在Adams Car软件中建立液压衬套模型，并读入*.hbu文件；此外，在Adams Car/Ride模块中对建立的液压衬套模型进行频响分析，对比试验动态刚度结果，若一致进行下一步，若不一致，需要调整数学模型参数。
进一步地，步骤三所述的建立基于多种耐久道路的数字路面，具体如下：
根据试验场实测路面数据，其中，试验场包括波形路、搓板路或扭曲路，在Hypermesh软件中建立路面有限元网格模型，网格单元类型采用Abaqus中S3单元，网格尺寸根据路面特征进行局部细化，同时为兼顾计算效率，直线段网格尺寸稀疏化处理；最后，导出*.inp文件，并按照*.rdf文件格式编辑，定义网格路面中的节点编号、各网格单元的节点连接关系以及摩擦系数，以此类推，可生成基于多种耐久道路的数字路面。
进一步地，步骤四所述的虚拟试验场仿真模型建立，具体如下：
在Adams Car软件中根据实际车型前、后悬架结构形式建立虚拟试验场仿真模型；实际建模中，先将液压衬套模型建立为线性模型，然后在悬架子系统中利用Adams Car中replace功能将对应线性模型替换为步骤一的非线性模型；在仿真前，需对模型进行静态调试和动态调试。
进一步地，所述静态调试，具体如下：针对模型的簧下质量、弹簧预载及悬架行程，与设计值对比，对液压衬套、弹簧、缓冲块和复原弹簧弹性元件的刚度曲线进行微调，使得仿真值与设计值一致；
所述动态调试，具体如下：针对轮心力和轮心振动加速度，与正常路面下实验值数据进行对比，对模型弹性元件的阻尼参数进行微调，使得仿真值与试验值幅值一致。
进一步地，步骤五所述的虚拟液压衬套载荷谱的提取，具体如下：
在调试完成的虚拟试验场仿真模型中导入步骤三的*.rdf文件，创建虚拟试验路面及车辆-路面耦合动力学模型；虚拟试验场仿真时，须保证仿真与试验车速一致，提取液压衬套实时仿真载荷数据。
进一步地，步骤六所述的载荷谱块确认，具体如下：
首先，将仿真得到的虚拟时域载荷数据，通过计算器乘以系数1将载荷单位由牛顿转化为兆帕；然后，利用S-N曲线计算时域伪损伤分布，利用ncode软件中的damage editing模块，设置窗口长度、伪损伤保留百分比，删除对伪损伤贡献小于5％的数据段；最后，对时域载荷数据创建载荷谱块，得到液压衬套疲劳台架试验的载荷输入条件，为设计部门参数输入提供载荷数据。
进一步地，载荷谱块须满足如下条件：
(1)、伪损伤误差小于5％；
(2)、载荷频域特征无明显变化。
另一方面，本发明提供了一种基于虚拟试验场的液压衬套载荷谱的确定装置，包括：
试验模块，用于分别对液压衬套进行静态刚度试验及动态刚度试验；
第一建立模块，用于建立液压衬套模型；
第二建立模块，用于建立基于多种耐久道路的数字路面；
第三建立模块，用于建立虚拟试验场仿真模型；
提取模块，用于虚拟液压衬套载荷谱的提取；
确认模块，用于载荷谱块确认。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明的一种基于虚拟试验场的液压衬套载荷谱的确定方法及装置，根据液压衬套静态、动态刚度实验结果，进行模型参数识别，建立了更为精确的液压衬套非线性模型，并将其应用至车辆-道路耦合动力学模型，能够在仿真分析中，考虑车轮与路面间的周期性激励所可能导致的零部件弹性共振，即振动疲劳，对液压衬套载荷的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的一种基于虚拟试验场的液压衬套载荷谱的确定方法的流程示意图；
图2为步骤二中利用HPIT进行参数识别的示意图；
图3为步骤二中利用IPIT进行参数识别的示意图；
图4为液压衬套模型的示意图；
图5为路面有限元网格模型示意图；
图6为车辆-路面耦合动力学模型示意图；
图7为载荷谱确认的流程示意图。
具体实施方式
为清楚、完整地描述本发明所述技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
实施例1
本发明通过考虑振动疲劳对液压衬套耐久性能的影响，结合衬套的静态、动态试验，利用Adams软件建立更为精确的液压衬套的非线性模型，并根据实测试验场路面，建立了包含液压衬套的路面-整车耦合系统动力学模型，仿真得到各路面下的载荷谱数据。并基于时域损伤编辑方法，利用ncode软件建立载荷谱压缩处理流程，控制编辑前后载荷谱伪损伤、频域特征误差范围，为后期台架试验缩短时间。
如图1所示，为本实施例的一种基于虚拟试验场的液压衬套载荷谱的确定方法的流程示意图，具体包括如下步骤：
步骤一：分别对液压衬套进行静态刚度试验及动态刚度试验；
所述的静态刚度试验，具体如下：将液压衬套固定在试验台上，施加线性载荷，输出力和位移关系曲线，曲线斜率即为静态刚度；
所述的动态刚度试验，具体如下：将液压衬套一端固定，另一端连接试验台动作端，在动作端施加正弦位移信号激励，通过测量所得位移激励和力响应的数学关系，计算液压衬套动态刚度以及阻尼滞后角，且保证不同位移信号幅值在3组以上、每个幅值下试验频率在4组以上。
步骤二：建立液压衬套模型；
将步骤一的液压衬套进行静态刚度试验及动态刚度试验的数据结果写入*.hbu文件中，利用Adams Car/Ride模块的HPIT功能对液压衬套进行参数识别，获得数学模型参数初始值，并保存；之后将*.hbu文件利用IPIT功能继续进行参数识别，不断调整数学模型参数并与试验动态刚度、阻尼滞后角结果进行对比，直至数学模型参数并与试验动态刚度、阻尼滞后角相同，并依此在Adams Car软件中建立液压衬套模型，并读入*.hbu文件；此外，在Adams Car/Ride模块中对建立的液压衬套模型进行频响分析，对比试验动态刚度结果，若一致进行下一步，若不一致，需要调整数学模型参数。
步骤三：建立基于多种耐久道路的数字路面；
根据试验场实测路面数据，其中，试验场包括波形路、搓板路或扭曲路，在Hypermesh软件中建立路面有限元网格模型，如图5所示，网格单元类型采用Abaqus中S3单元，网格尺寸根据路面特征进行局部细化，同时为兼顾计算效率，直线段网格尺寸稀疏化处理；最后，导出*.inp文件，并按照*.rdf文件格式编辑，定义网格路面中的节点编号、各网格单元的节点连接关系以及摩擦系数，以此类推，可生成基于多种耐久道路的数字路面。
步骤四：虚拟试验场仿真模型建立；
在Adams Car软件中根据实际车型前、后悬架结构形式建立虚拟试验场仿真模型；此外，整车模型还包括动力总成、转向系统、稳定杆、制动系统、轮胎、车身等零部件结构，各个零部件以铰接或衬套连接；
实际建模中，先将液压衬套模型建立为线性模型，然后在悬架子系统中利用AdamsCar中replace功能将对应线性模型替换为步骤一的非线性模型；在仿真前，需对模型进行静态调试和动态调试。
所述静态调试，具体如下：针对模型的簧下质量、弹簧预载及悬架行程，与设计值对比，对液压衬套、弹簧、缓冲块和复原弹簧弹性元件的刚度曲线进行微调，使得仿真值与设计值一致；
所述动态调试，具体如下：针对轮心力和轮心振动加速度，与正常路面下实验值数据进行对比，对模型弹性元件的阻尼参数进行微调，使得仿真值与试验值幅值一致。
步骤五：虚拟液压衬套载荷谱的提取；
在调试完成的虚拟试验场仿真模型中导入步骤三的*.rdf文件，创建虚拟试验路面及车辆-路面耦合动力学模型，如图6所示；虚拟试验场仿真时，须保证仿真与试验车速一致，提取液压衬套实时仿真载荷数据。
步骤六：载荷谱块确认，为缩短液压衬套台架试验时间，加快零部件开发进程，须对载荷谱进行压缩，在ncode软件中建立时域载荷数据压缩流程，如图7所示，具体如下：
首先，将仿真得到的虚拟时域载荷数据，通过计算器乘以系数1将载荷单位由牛顿转化为兆帕；然后，利用S-N曲线计算时域伪损伤分布，利用ncode软件中的damage editing模块，设置窗口长度、伪损伤保留百分比，删除对伪损伤贡献小于5％的数据段；最后，对时域载荷数据创建载荷谱块，得到液压衬套疲劳台架试验的载荷输入条件，为设计部门参数输入提供载荷数据。
所示载荷谱块须满足如下条件：
(1)、伪损伤误差小于5％；
(2)、载荷频域特征无明显变化。
实施例2
本实施例提供了一种基于虚拟试验场的液压衬套载荷谱的确定装置，包括：
试验模块，用于分别对液压衬套进行静态刚度试验及动态刚度试验；
第一建立模块，用于建立液压衬套模型；
第二建立模块，用于建立基于多种耐久道路的数字路面；
第三建立模块，用于建立虚拟试验场仿真模型；
提取模块，用于虚拟液压衬套载荷谱的提取；
确认模块，用于载荷谱块确认。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种基于虚拟试验场的液压衬套载荷谱的确定方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤一：分别对液压衬套进行静态刚度试验及动态刚度试验；
步骤二：建立液压衬套模型；
利用Adams Car/Ride模块的HPIT功能及IPIT功能依次进行参数识别，从而建立液压衬套模型；
步骤三：建立基于多种耐久道路的数字路面；
步骤四：虚拟试验场仿真模型建立；
在Adams Car软件中根据实际车型前、后悬架结构形式建立虚拟试验场仿真模型；
步骤五：虚拟液压衬套载荷谱的提取；
步骤六：载荷谱块确认。
2.如权利要求1所述的一种基于虚拟试验场的液压衬套载荷谱的确定方法，其特征在于，步骤一所述的静态刚度试验，具体如下：将液压衬套固定在试验台上，施加线性载荷，输出力和位移关系曲线，曲线斜率即为静态刚度；
所述的动态刚度试验，具体如下：将液压衬套一端固定，另一端连接试验台动作端，在动作端施加正弦位移信号激励，通过测量所得位移激励和力响应的数学关系，计算液压衬套动态刚度以及阻尼滞后角，且保证不同位移信号幅值在3组以上、每个幅值下试验频率在4组以上。
3.如权利要求1所述的一种基于虚拟试验场的液压衬套载荷谱的确定方法，其特征在于，步骤二所述的建立液压衬套模型，具体如下：
将步骤一的液压衬套进行静态刚度试验及动态刚度试验的数据结果写入*.hbu文件中，利用Adams Car/Ride模块的HPIT功能对液压衬套进行参数识别，获得数学模型参数初始值，并保存；之后将*.hbu文件利用IPIT功能继续进行参数识别，不断调整数学模型参数并与试验动态刚度、阻尼滞后角结果进行对比，直至数学模型参数并与试验动态刚度、阻尼滞后角相同，并依此在Adams Car软件中建立液压衬套模型，并读入*.hbu文件；此外，在Adams Car/Ride模块中对建立的液压衬套模型进行频响分析，对比试验动态刚度结果，若一致进行下一步，若不一致，需要调整数学模型参数。
4.如权利要求1所述的一种基于虚拟试验场的液压衬套载荷谱的确定方法，其特征在于，步骤三所述的建立基于多种耐久道路的数字路面，具体如下：
根据试验场实测路面数据，其中，试验场包括波形路、搓板路或扭曲路，在Hypermesh软件中建立路面有限元网格模型，网格单元类型采用Abaqus中S3单元，网格尺寸根据路面特征进行局部细化，同时为兼顾计算效率，直线段网格尺寸稀疏化处理；最后，导出*.inp文件，并按照*.rdf文件格式编辑，定义网格路面中的节点编号、各网格单元的节点连接关系以及摩擦系数，以此类推，可生成基于多种耐久道路的数字路面。
5.如权利要求1所述的一种基于虚拟试验场的液压衬套载荷谱的确定方法，其特征在于，步骤四所述的虚拟试验场仿真模型建立，具体如下：
在Adams Car软件中根据实际车型前、后悬架结构形式建立虚拟试验场仿真模型；实际建模中，先将液压衬套模型建立为线性模型，然后在悬架子系统中利用Adams Car中replace功能将对应线性模型替换为步骤一的非线性模型；在仿真前，需对模型进行静态调试和动态调试。
6.如权利要求5所述的一种基于虚拟试验场的液压衬套载荷谱的确定方法，其特征在于，所述静态调试，具体如下：针对模型的簧下质量、弹簧预载及悬架行程，与设计值对比，对液压衬套、弹簧、缓冲块和复原弹簧弹性元件的刚度曲线进行微调，使得仿真值与设计值一致；
所述动态调试，具体如下：针对轮心力和轮心振动加速度，与正常路面下实验值数据进行对比，对模型弹性元件的阻尼参数进行微调，使得仿真值与试验值幅值一致。
7.如权利要求1所述的一种基于虚拟试验场的液压衬套载荷谱的确定方法，其特征在于，步骤五所述的虚拟液压衬套载荷谱的提取，具体如下：
在调试完成的虚拟试验场仿真模型中导入步骤三的*.rdf文件，创建虚拟试验路面及车辆-路面耦合动力学模型；虚拟试验场仿真时，须保证仿真与试验车速一致，提取液压衬套实时仿真载荷数据。
8.如权利要求1所述的一种基于虚拟试验场的液压衬套载荷谱的确定方法，其特征在于，步骤六所述的载荷谱块确认，具体如下：
首先，将仿真得到的虚拟时域载荷数据，通过计算器乘以系数1将载荷单位由牛顿转化为兆帕；然后，利用S-N曲线计算时域伪损伤分布，利用ncode软件中的damage editing模块，设置窗口长度、伪损伤保留百分比，删除对伪损伤贡献小于5％的数据段；最后，对时域载荷数据创建载荷谱块，得到液压衬套疲劳台架试验的载荷输入条件，为设计部门参数输入提供载荷数据。
9.如权利要求8所述的一种基于虚拟试验场的液压衬套载荷谱的确定方法，其特征在于，载荷谱块须满足如下条件：
(1)、伪损伤误差小于5％；
(2)、载荷频域特征无明显变化。
10.一种基于虚拟试验场的液压衬套载荷谱的确定装置，其特征在于，包括：
试验模块，用于分别对液压衬套进行静态刚度试验及动态刚度试验；
第一建立模块，用于建立液压衬套模型；
第二建立模块，用于建立基于多种耐久道路的数字路面；
第三建立模块，用于建立虚拟试验场仿真模型；
提取模块，用于虚拟液压衬套载荷谱的提取；
确认模块，用于载荷谱块确认。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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| CN108829985A (zh) * | 2018-06-21 | 2018-11-16 | 上海理工大学 | 一种悬架动态k&c试验台单向加载谱的编制方法 |
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-
2022
- 2022-05-05 CN CN202210479378.9A patent/CN114936421A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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| Title |
|---|
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