轎車前橋道路模擬臺架疲勞試驗設(shè)計及應用

韓峰，李國峰，于翠

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

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轎車前橋道路模擬臺架疲勞試驗設(shè)計及應用

韓峰，李國峰，于翠

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

摘 要：文章基于前橋軸頭垂直力、縱向力、側(cè)向力和MTS液壓系統(tǒng)，以及某車型在試驗場實測得到的前橋載荷譜，單純對前橋進行臺架道路模擬耐久試驗設(shè)計。降低設(shè)計成本，縮短設(shè)計周期，產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：道路模擬；載荷譜；迭代；臺架試驗

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.03.039

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)03-116-02

前言

前橋的副車架、三角搖臂、轉(zhuǎn)向橫拉桿、穩(wěn)定桿、擺動支承等各部件都是關(guān)鍵的安全部件，因此對其疲勞可靠性有極高的要求。相對于用戶道路和試車場道路試驗而言, 試驗室道路模擬試驗是最為高效快捷的疲勞試驗方法,其成功的關(guān)鍵因素是保證試件在試驗臺架上的受力特性與實車道路上保持一致。本文通過貼應變片來測出在試驗場道路中前橋軸頭的垂直力、縱向力、側(cè)向力，并通過RPC軟件和MTS液壓系統(tǒng)進行迭代，模擬試驗場道路對前橋加載。

1、路譜采集

路譜采集的方式有很多種，例如采集軸頭的加速度。這種方式只能采集到汽車在垂直方向所受到的力狀況，不能完全地反映出汽車所受到的力的具體情況，而且無法采集到低頻信號。本文是通過采集金屬零部件的應變來得到路面對汽車作用的力，不僅能夠得到汽車三個方向所受到的力，而且還能得到汽車零部件的應變情況，為設(shè)計人員提供參考數(shù)據(jù)。

在前橋軸頭球鉸處均勻分布地貼四個應變片，沒相對的兩個應變片為一組組成半橋，可以補償?shù)魷囟群屠瓑簩?shù)值的影響，準確地反映出前橋在縱向和側(cè)向受到的力的情況，如圖1所示。

圖1

在螺旋彈簧上貼一組半橋應變片測出彈簧的剪切力，同時能反映出汽車前橋在垂直方向所收到的力。如圖 2所示：

圖2

另外在減震器、穩(wěn)定桿連桿和危險截面處貼應變片采集數(shù)據(jù)，作為迭代時的監(jiān)測信號。

將貼好應變片的零部件安裝在一臺經(jīng)過磨合期后且車況良好的中華A級轎車上，調(diào)整球鉸，使其上的兩組應變片在準確的向位置上，能夠準確地測出縱向和側(cè)向的應變。如圖 3所示。

圖3

道路載荷譜采集試驗選擇在某汽車試驗場的壞路強化試驗路段，試驗道路一個循環(huán)（包括連接路面）總長為7.95km，共有8種特殊路面。做數(shù)據(jù)采集試驗時按要求進行配重和充入相應胎壓，采用Somat eDAQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集道路載荷數(shù)據(jù)，每種配重最少要采集三次，在之后的迭代中選擇最好的數(shù)據(jù)進行迭代。

2、臺架試驗設(shè)計及迭代

在臺架試驗中，夾具的設(shè)計是十分重要的，夾具的固有頻率要避開試驗頻率。道路模擬試驗中的頻率是0～50Hz，所以要是夾具的固有頻率盡量超過50Hz。為了盡可能的增加夾具的固有頻率，在設(shè)計夾具時盡可能地增大夾具的剛度，減少質(zhì)量。路面對汽車的作用力是通過車輪傳遞到車身上的，所以通過車輪加載更能真實的模擬汽車受力狀況。

首先將前橋總成按照在車上的安裝方式安裝到特制夾具上，并固定住轉(zhuǎn)向拉桿。為了節(jié)省空間，液壓作動缸通過傳動系統(tǒng)作用在輪轂上，垂直方向和側(cè)向的施力點在輪轂的下沿，縱向力作用在輪轂的前沿，構(gòu)成三通道道路模擬臺架。前橋總成的固定方式以及加載方式見圖4：

圖4

臺架搭建好后利用，RPC軟件對其進行迭代加載，球鉸的上的縱向和側(cè)向應變信號和螺旋彈簧上的應變信號作為目標信號。首先括去除奇異值， 修正零漂和溫漂， 刪除小信號等, 獲得臺架模擬的目標信號。 定義系統(tǒng)的輸入和輸出，即控制液壓系統(tǒng)的激勵信號和試件上響應信號，通過一定帶寬噪聲的激勵，自動求解系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。接著，系統(tǒng)產(chǎn)生一個初始激勵信號，驅(qū)動試驗系統(tǒng)，并采集系統(tǒng)響應，比較得到的響應信號與道路測量時得到的響應之間的差別，求得下一步驅(qū)動信號的增量，再次驅(qū)動試驗系統(tǒng)采集響應。如此循環(huán)迭代，直到期望響應和實際響應的誤差在允許范圍內(nèi)，最后，得到試驗所需的驅(qū)動信號, 并認為在迭代控制點上，實際道路載荷在臺架上得到了再現(xiàn)。在迭代過程中，得到各控制通道對危險截面的影響關(guān)系（三角臂、穩(wěn)定桿連桿等），然后根據(jù)影響關(guān)系以及實測應變載荷的特征，對加載譜進行合理修正。

3、結(jié)論

本文是建立了前橋總成的道路模擬臺架試驗以及其方法和流程，本文所介紹的方法可以推廣到其它汽車零部件的臺架試驗，具有很大的工程價值。

Design and application of the car front axle road simulation test

Han Feng, Li Guofeng, Yu Cui
( Huachen Auto Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141 )

Abstract:This paper based on the vertical force, vertical force, lateral force of automobile front axle head and the hydraulic system (MTS), and one vehicle model in the proving ground of front axle load spectrum to design bench test for fatigue.Road simulation was carried out on the front axle.To reduce the design cost, shorten the design time, produce good economic benefit.

Keywords:Road simulation; Road load dataIteration; Bench test

作者簡介：韓峰，就職于華晨汽車工程研究院。

中圖分類號：U467.3

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)03-116-02