1、汽车整车耐久性试验室道路模拟试验2009.102道路模拟技术简介 什么是道路模拟技术什么是道路模拟技术 道路模拟基本过程道路模拟基本过程 道路模拟试验类型道路模拟试验类型 道路模拟应用举例道路模拟应用举例 整车道路模拟整车道路模拟2009.103道路模拟-远程参数控制 远程参数控制是一种先进的模拟技术。它利用试验室结构动力学试验和环境控制系统，再现和分析机械实际运行的力学和运动状态。控制：控制：时域分布 频域分布 多轴相位关系参数：参数：l 加速度l 应变l 载荷 .远程远程响应测量传感器响应测量传感器l 加速度计l WFTl 应变片时域时域频域频域试验车辆试验车辆2009.104道路模拟基本
2、过程道路数据采集道路数据采集数据编辑缩减数据编辑缩减相关分析检验相关分析检验疲劳耐久性试验疲劳耐久性试验失效统计失效统计疲劳耐久性疲劳耐久性评价报告评价报告-nSofte台架驱动载荷台架驱动载荷产生产生-RPC道路数据采集道路数据采集数据编辑缩减数据编辑缩减相关分析检验相关分析检验疲劳耐久性试验疲劳耐久性试验失效统计失效统计疲劳耐久性疲劳耐久性评价报告评价报告-nSofte台架驱动载荷台架驱动载荷产生产生-RPC2009.105道路模拟基本过程 数据采集系统传递函数测量-FRF数据编辑和分析迭代-计算驱动信号系统传递函数求逆-FRF-1执行耐久试验步骤步骤 1 1步骤步骤 2 2步骤步骤 3
3、3步骤步骤 4 4步骤步骤 5 5步骤步骤 6 62009.106道路模拟基本过程步骤步骤 1 1：道路：道路/运行载荷数据测量运行载荷数据测量耐久试验耐久试验 规范规范 采样参数设采样参数设置系统标定置系统标定步骤步骤 2 2：编辑分析数据：编辑分析数据 -产生期望响应产生期望响应软件和工具：RPC/nCode/TecWare Des2009.107道路模拟基本过程步骤步骤 3 3：系统传递函数测量：系统传递函数测量步骤步骤 4 4：系统传递函数求逆及产生初次驱动：系统传递函数求逆及产生初次驱动伺服控制器及数据采集接口期望响应(G,ue,KN)传递函数逆(mm/G,ue,KN)初次驱动(mm
4、,KN)GAIN:(0-1)道路模拟软件系统 FRFD/AA/D驱动 Drv响应 Rsp2009.108道路模拟基本过程步骤步骤 5 5：迭代：迭代-计算产生最终驱动信号计算产生最终驱动信号x初次驱动 Drv-=驱动响应 Rsp期望响应 Des误差 Err传递函数逆FRF-1驱动修正 Corx(GAIN:0-1)xx+=下次驱动 Drv迭代收敛2009.109步骤步骤 6 6：执行耐久试验：执行耐久试验x N1道路 1x N2道路 2x Nk道路 k试验监控试验监控误差趋势道路模拟基本过程2009.1010道路模拟试验类型轮耦合-垂直载荷输入轴耦合-多轴载荷输入2009.1011惯性反力惯性反
5、力开放的力回路；车身在垂直方向自由；不能模拟低频加速度或载荷响 应；通常模拟频带：0.6 50 Hz (上限取决于作动器性能）惯性固定混合反力惯性固定混合反力不同方向上开放和封闭的 力回路同时存在；各个方向上模拟频带不 同；固定反力固定反力各个方向形成封闭的力回 路；车身再三方向固定；能模拟静（0频率）载荷；通常模拟频带：0-50 Hz(上限取决于作动器性能）道路模拟试验类型2009.1012整车道路模拟试验应用整车垂直 4 通道道路模拟整车多轴惯性反力道路模拟2009.1013整车道路模拟试验应用高频 MAST 结构 MAST 2009.1014整车道路模拟试验应用子系统-多轴固定反力模拟部
6、件多轴模拟2009.1015整车道路模拟数据采集系统传递函数测量-FRF数据分析和编辑迭代-计算驱动信号系统传递函数求逆-FRF-1运行耐久试验步骤步骤 1 1步骤步骤 2 2步骤步骤 3 3步骤步骤 4 4步骤步骤 5 5步骤步骤 6 62009.1016道路数据采集一般的道路数据采集流程数据采集的目的-用途根据数据用途选择测量参数配置测量系统选择合适的传感器和调理器根据数采目的选择运行规范采集、提交数据设置采样参数、调试测量系统l 控制通道l 相关通道l 备份通道l GBXXXXl QTXXXXl XXXX PG2009.1017单轴向模拟多轴向模拟试验室道 路垂直侧向纵向刹车垂直道路数据
7、采集2009.1018道路数据采集2009.1019道路数据采集试件传感器常用道路数据采集传感器加速度计车轮力传感器位移传感器悬置力传感器电阻应变片零件改造：零件改造：1、通过减小结构尺寸、孔、槽等增加应变灵敏度；2、前提是不改变零件及相关系统子系统的结构动力特性.2009.1020道路数据采集配置测量系统WFT 接口盒模拟信号记录数字信号记录信号调理器采样车或部件模拟信号记录仪数字信号记录仪2009.1021 轮胎气压并进行车辆四轮定位；测试前车辆磨合；正确配置载荷，不同载荷下状态下轮荷/轴荷，Z/D 高度测量；采样参数设置；l采样频率-采样定理l抗混滤波器截至频率l测量上、下限l通道标定l
8、计算通道设置l记录数据模式l规范的通道命名 信号极性-载荷方向和极性规一化 路沿、减速坎、转弯、加速/刹车、减速坎等具有确定载荷特征的工况和道路输入进行预采样确认。设置采样参数、调试测量系统道路数据采集2009.1022数据格式转换删除连接道路并按照道路事件和运行工况划分数据数据预处理处理扭曲路甲石路乙石路卵石路丙石路数据分析和编辑2009.1023采样频率调整 204.8Hz（最高感兴趣频率的3-4倍）选择帧长度-数据平均长度 1024 点uSampling rate=204.8 Hzut=1/Sample rate=0.0048 secuT=Frame size/Sample rate=5
9、 secuf=1/T=0.2 HzuSampling rate=409.6 Hzut=1/Sample rate=0.00244 secuT=Frame size/Sample rate=2,5 secuf=1/T=0.4 Hz数据分析和编辑模拟试验程序载荷2009.1024数据分析数据分析和编辑时间域 结合车辆的运行工况，通过信号的幅值特征和通道间相位关系判断评价信号是否正确。饱和削波毛刺中断跌落均值漂移相同转向角不对称噪 声均值漂移WFT Ripple2009.1025数据分析和编辑频率域 通过频谱等评价、判断信号频率特性（共振、能量水平）是否正确，确认是否超过台架性能范围。共振3共振1共
10、振2试验频率范围相差500倍以上共振3对称通道具有不同的频谱2009.1026数据分析和编辑滤波低通滤波高通滤波带通滤波带阻滤波惯性反力试验惯性反力试验带通滤波：0.6 50 Hz固定反力试验固定反力试验低通滤波：0 50 Hz固定支架2009.1027最大/小值 Max/Min：平均值 Mean：均方根值 RMS：数据分析和编辑NjjjxNRMS121方差/标准差（中心）:峰值因数 Crest:大于7意味着数据中可能存在毛刺或其他不规则干扰NjjjxNMean11MinorMaxCrest211NjjjMeanNx 幅值域 根据信号的统计特征值评价判断信号的变化趋势。统计参数:2009.10
11、28目的l缩短试验周期（时间/里程）；l按照保留损伤要求，去掉信号中无/小损伤成分-保持损伤相等/相近；l去除毛刺等异常数据。要求l不产生附加损伤；l保持通道间向相位关系。断点连接方式和平滑：l半正弦、l 线性、l连接到两点平均值、l直接连接数据分析和编辑数据编辑2009.1029 编辑方法-1 时间历程删除-根据目视方法进行手动删除，主要用于：l快速、瞬态道路和工况。l特征已于识别的道路和工况。l包含足够高的损伤密度的道路和工况数据分析和编辑多轴试验 And单轴试验 Or例1、删除城市规范中无损伤数据2009.1030数据分析和编辑例2、删除快速/瞬态规范中的辅助连接道路2009.1031
12、编辑方法-2 基于统计删除-根据下列统特征参数门坎准则删除。ABSMAX、CREST、MAX、MEAN、MIN、RMS、STD、VAR、MAX&MINl基于统计参数的绝对值门槛l基于统计参数的百分比门槛l删除逻辑方法 不改变通道间相位关系uAND uOR l删除原则u删除时必须注意保留必要的极端(瞬态)路面；u删除后的路面总长度不应少于原路面长度的一定比例，以避免过分取舍和强化而引起信号失真。数据分析和编辑2009.1032数据分析和编辑例4、l试 验：整车垂直4通道模拟，l期望响应/控制信号：车轮轴头垂直加速度车轮轴头垂直加速度l编辑准则：ABSMAX 10 删除，删除含有绝对最大加速度超过
13、10g的帧l逻辑关系：OR（删除超过设备能力/安全隐患的信号）2009.1033数据分析和编辑例5、l试 验：整车垂直4通道模拟，l期望响应/控制信号：车轮轴头垂直加速度车轮轴头垂直加速度l编辑准则：删除 Std 总体标准差75%的帧l逻辑关系：AND2009.1034损伤：线性累积损伤：数据分析和编辑编辑方法-3 基于疲劳损伤删除-根据保留百分比疲劳损伤删除准则删除。(RPC Pro:Damage Time History)目标：一般90%-95%损伤保留。SNSnNndkikiiii000123412345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
14、Classes124356789diD2009.1035数据分析和编辑t 对于每个雨流循环计算其疲劳损伤，疲劳损伤被赋予该循环的拐点及其左、右时刻。由此形成损伤时间历程。按照选定的损伤累积时间周期t，计算每一累积分段的累积损伤值。然后按照总保留损伤要求对各个周期进行删除或保留取舍。2009.1036数据分析和编辑例6、l试 验：整车12通道道路模拟，l期望响应/控制信号：车轮三方向力车轮三方向力l编辑准则：各个WFT通道保留90%损伤l逻辑关系：ANDt=0.5 sec.t=0.1 sec.原始 t=0.5 sec t=0.1 sec2009.1037数据分析和编辑例7、l试 验：整车三轴向道
15、路模拟，l期望响应/控制信号：悬架应变悬架应变/车轮三方向力车轮三方向力l编辑准则：各个应变通道保留90%损伤l逻辑关系：ANDt=0.5 sec.t=0.1 sec.原始 t=0.5 sec t=0.1 sec 可以看出：在保留同样百分比损伤的前提下，不同的累积分段长度，会得到不同的压缩效果。过小的累积长度分段将会引入过多的连接，从而改变信号的频率特性。实际应用时应当兼顾压缩效率和频率特性。2009.1038 编辑方法-4 损伤-频率关联(RPC Pro:Damage Frequency)随机过程数据分析和编辑窄带随机过程宽带随机过程白噪声随机过程窄带随机过程宽带随机过程白噪声随机过程200
16、9.1039数据分析和编辑)12()2(*)0()(01mMATESEAnDmmakiNB002)()()0(dffWdffWfE 均值为0，均方根值为s的稳态窄带高斯随机过程的峰值、变程（Range）或振幅符合瑞利分布：m=-1/b、b-是材料的疲劳强度指数；0MS随机过程振幅的概率密度分布随机过程的功率谱密度2009.1040数据分析和编辑滤波滤波2009.1041编辑方法-5（特殊信号的编辑处理）l超低频率信号-时基压缩对时域低频信号进行时基压缩，利用试件的惯性反作用获得超过设备能力的模拟。数据分析和编辑2009.1042数据分析和编辑 上图所示：将超低频期望相应-悬架位移信号进行3倍的
17、时间/频率压缩，使原来超过设备能力的信号成为可能。非悬挂质量的惯性力：压缩前:压缩后:可见：保持采样速率不变的情况下删除波形中的部分点，相当于原来波形时间被压缩(因此原波形的频率被提高了)，其惯性力将会以压缩后和压缩前频率比的平方倍数增加，相应地系统的变形亦会增加，从而获得大变形的效果。由于疲劳仅仅取决于载荷大小，不考虑频率因素。从而使原来不可模拟的载荷成为可能。注意：采用时基压缩方法时应当充分考虑到各个子系统的结构动力特性，防止由于引起系统共振而引起附加载荷。)()(2tSinDMtf)3()(92tSinDMtf2009.1043l转向角影响修正p 转向角的影响：u测量参数是测量前在整车静
18、态坐标（即车辆定置在水平面、各个系统都处于零位/中间状态）下进行平衡和标定的；u实际的车轮六分力传感器测量是在旋转坐标下完成的。车轮力传感器提供从车轮柱坐标到固定的整车总体坐标的变换，并不考虑其轴坐标的变化（即认为其与整车侧向恒一致的），这近似反映了严格的平直行驶工况。实际行驶中由于转向和路面不平等原因，轴坐标的方向并不恒定；u对于数模分析和不具备转向自由度的道路模拟设备，在对含有转向角变化、尤其是以施加侧向载荷为主的规范和操作进行模拟时，将使的纵向和侧向力产生较大的误差；数据分析和编辑2009.1044数据分析和编辑n对于不具备转向角测量并进行转向修正的车轮六分力传感器（或利用主球销测量两个
19、水平力）。数据采集时应当增加转向角信号，通过后处理对于两个水平力进行修正。p 转向角修正n坐标变换矩阵 ：WFT 局部旋转坐标系 ：整车总体固定坐标系 ：纵向单位矢量 ：侧向单位矢量 ：转向角KJI,kji,Jj,Ii,cossinsincosJIjJIi2009.1045数据分析和编辑n 局部旋转坐标系下的力n转向角修正转化 到整车固定坐标系FjFiFFjiFJFFIFFJIFJIFjFiFFjijijiji)cossin()sincos()cossin()sincos(2009.1046l 制动信号识别和处理按照减速度制动可分为：轻制动：0.9 0.6 m/s/s 中制动：2.7 0.6
20、m/s/s重制动：4.6 0.6 m/s/s 全制动：5.5 m/s/s轻制动的损伤贡献可以忽略，因此不予模拟。实际制动时的制动距离超过了模拟设备的位移能力因此：p 如果模拟设备不具备车身纵向约束系统，采用以下方法模拟制动载荷：u识别并去掉信号中的制动事件；通过LF WFT My 和Fxu综合产生反映制动的峰值纵向力和峰值制动力矩，并且不超过设备的位移能力；p如果模拟设备具有车身纵向约束系统，则直接进行模拟。数据分析和编辑2009.1047数据分析和编辑编辑方法-6（根据损伤贡献忽略无/小损伤子规范）忽略累计百分比等效损伤强度小于1-2%的子规范；极端(瞬态)和考核路面 必须保留。子规范子规范
21、等效损伤强度等效损伤强度/循环循环运行运行重复次数重复次数累计等效累计等效损伤强度损伤强度累计百分比累计百分比等效损伤强度等效损伤强度Test_M016.736E-018005.389E+0262.1%62.1%Test_M027.089E-042001.418E-010.0%Test_M039.557E-012001.911E+0222.0%22.0%Test_M041.389E-035006.945E-010.1%Test_M058.410E-033002.523E+000.3%Test_M064.998E-04209.996E-030.0%Test_M071.155E-022002.31
22、0E+000.3%Test_M084.017E-042008.034E-020.0%Test_M096.925E-0642.770E-050.0%Test_M105.909E-0222001.300E+0215.0%15.0%Test_M116.886E-032501.722E+000.2%Test_M121.894E-031001.894E-010.0%2009.1048系统传递函数测量-FRF系统、输入和输出：伺服控制器作动系统信号测量系统试验对象试件H(t)或 H(f)D/A，PID作动器，伺服阀轮胎，车轮，悬架结构传感器输入:X(t)或 X(f)输出:Y(t)或 Y(f)Y(t)=H(
23、t)*X(t)或 Y(f)=H(f)*X(f)H输入 X输出 Y道路模拟系统2009.1049系统传递函数测量-FRF单输入单输出系统：多输入多输出系统：xHy xHyxxxHHHHHHHHHyyynnnnnnnn2111222211121121xHxHxHynnnnnn2211 yxH1xyxxxxyxyH2)()()(fffHGGxxyx对于每根谱线/频率对于所有谱线/频率yxH 1)(fGxx)(fGyx-ASD 输入自功率谱密度-CSD 输入与输出的互功率谱密度 传递函数计算)()()()(22ffffGGGyyxxxy)(fGyy-ASD 输出自功率谱密度xHinini12009.1
24、050系统传递函数测量-FRF通道设置通道设置.Dsetup建立谱型建立谱型白噪声白噪声.WHT.SHP标定谱型标定谱型分解谱型分解谱型卷积卷积.SCL.TRI.DRV.Rsetup2009.1051滤波响应滤波响应计算自谱计算自谱.DRV.Dsetup驱动驱动/回收回收.Rsetup计算互谱计算互谱.RSP.RFL.RSD.DSD.CSD计算传函计算传函计算相干计算相干.FRF.COH系统传递函数测量-FRFxy2009.1052系统传递函数求逆-FRF-1.FRF方阵方阵求逆求逆非方阵非方阵求逆求逆.CND.RNK.INV扩展扩展逆传函逆传函FRF.EXP2009.1053迭代-计算驱动信
25、号卷积.EXP.DES.DRV统计.STA 产生驱动信号、迭代2009.1054yes迭代-计算驱动信号开始开始4.卷积1.驱动/回收.DRV.RSP2.响应滤波.RFL.FIL3.计算误差.DESRSP.ERRDRV.DER.EXP5.驱动修正NEW.DRV统计DRV.STAERR.STA误差结束结束no*Gain2009.1055 相关性检验和评价：原始道路响应和最终台架驱动响应的比较。l时间历程比较：幅值误差（最大值/最小值，RMS值）适用于各种信号lRMS/均方根值比较：适用于各种信号l总体能量比较：适用于加速度信号迭代-计算驱动信号2009.1056l相对疲劳损伤计算：适用于应力、应变、载荷及与载荷成比例关系的信号（原始道路响应损伤=1）迭代-计算驱动信号雨流和损伤计算RAW.RSP水平穿越.RFLRSP.DMGRFL.DMGRSP.LVLRFL.LV1相对疲劳损伤计算2009.1057运行耐久试验 产生驱动顺序表 确定试验监控模式：目的是保护试件l趋势上、下极限2009.1058l时间历程监控 设定监控参数发生时系统反应l 保持试验 Hold l 停止试验 Stop 执行试验 失效寿命（时间/里程）及现场详细信息记录。运行耐久试验Low warnLow abortUp warnUp abort
