新型零部件臺架試驗方法及策略

張博,姚烈,蔡慶住,王磊

(上海汽車集團股份有限公司技術中心，上海 201804)

新型零部件臺架試驗方法及策略

張博,姚烈,蔡慶住,王磊

(上海汽車集團股份有限公司技術中心，上海 201804)

隨著市場競爭越來越大，新車型投放頻率越來越快，開發時間要求越來越短，這就要求很多問題能前期發現、前期解決，盡量讓更少的問題留到開發后期，這就對目前現有的試驗方法及策略提出了挑戰。對液壓控制系統的原理進行了闡述，通過建立仿真模型和多通道臺架Admus模型，利用相似平臺的數據在模型中對前后橋進行迭代得到各種零件的邊界載荷，利用這些載荷搭建合理實際的物理臺架進行迭代，取得了很好的效果。

零部件臺架試驗；仿真模型；迭代

0 引言

很多零件優先形成于系統和整車，如果能在零件形成的時候就做大量相對準確的驗證性試驗，早期發現問題、早期解決就會節約大量時間和費用[1]。但是傳統的結構件試驗都是先要進行整車載荷數據采集準備，得到試車場的原始信號，然后給臺架試驗迭代使用，這需要大量的時間[2]，滿足不了項目開發要求。針對此，試驗認證部聯合多個相關部門，采用相似平臺載荷路譜，在仿真模型和多通道臺架Admus模型中裝夾新平臺的系統零件進行迭代，得到所需試驗零部件載荷環境，然后搭建針對性的臺架進行物理試驗。

1 新型零部件臺架試驗方法

1.1 試驗流程

在進行車輛系統零部件臺架耐久試驗認證前，要評估分析選擇合適的臺架試驗方案，通過分析自由度、頻率的影響大小來確定合適的試驗方案，如圖1(a)所示。

眾所周知系統零部件試驗分為塊譜(定頻定幅加載)和時域迭代或者隨機振動加載。采用塊譜加載方式確定該零部件疲勞試驗不受頻率影響，試驗完成快，效率高[3]。零部件臺架試驗開發流程如圖1(b)所示。

圖1 系統、零部件臺架試驗開發流程

1.2 理論基礎

1.2.1 作動缸工作原理

圖2為液壓系統作動缸原理圖，利到p1和p2的壓差推動柱塞往復運動。

圖2 作動缸示意圖

圖3 液壓系統工作示意圖

圖3為伺服閥控制液壓原理圖,通過控制電流對中間閥芯的運動進行控制來控制Po和Px對各閥口進行關閉和導通，進而控制作動缸左右兩腔壓差p1和p2，從而使柱塞循環往復運動[4]。

作動缸出力:Ffc=p1A1-p2A2

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：p1為液壓缸工作壓力，初算時可取系統工作壓力pp；p2為液壓缸回油腔背壓力，初算時無法準確計算，可根據液壓系統簡明手冊估計；d/D為活塞桿直徑與液壓缸內徑之比，可按液壓系統簡明手冊選??；F為工作循環中最大的外負載；Ffc為液壓缸密封處摩擦力，其精確值不易求得，常用液壓缸的機械效率ηcm進行估算，一般ηcm=0.9～0.95[6]。

將ηcm帶入，可求得D為

(5)

活塞桿直徑可由d/D值算出。

1.2.2 建立仿真系統

通過對液壓系統、臺架系統的工作原理進行分析進而建立整個液壓伺服控制系統的仿真模型圖，如圖4—圖6所示。

由式(1)—(4)可得作動缸柱塞運動特性與其兩腔壓差和進出該兩腔液壓油的流量有關，該流量的變化可以由伺服閥電流來控制，進而得到液壓仿真模型[7]。

圖4 液壓仿真系統

圖5 臺架系統原理圖

圖6 多通道前橋臺架試驗

而臺架系統由機械子系統、電氣子系統、傳感器和液壓子系統構成，各子系統之間的工作原理如圖5所示。

通過和美國MTS公司合作得到Admus多通道臺架試驗模型，如圖6所示，其優點是易于裝配迭代，速度快，效率高而且不會有危險發生[8]。

1.2.3 試驗臺架驅動路譜求解機制

圖7 試驗臺架系統原理

對于臺架試驗，液壓系統、試件和傳感器是一個大的灰箱系統，通過白噪聲求取傳遞函數H后，通過試車場數據采集系統采集得到y，進而得到臺架的驅動路譜x，如圖7[9]及式(6)所示。

傳遞函數與輸入輸入的關系[3]：

(6)

(7)

2 新型副車架兩通道臺架試驗

傳統扭轉梁試驗首先要進行數據采集，然后在臺架上進行迭代，獲得數據處理形成塊譜后進行試驗，這需要幾個月的時間，如果針對扭轉梁的受力環境分析，發現其兩端輪跳差是導致失效的主要原因，然后用相近平臺的試車場載荷數據及新平臺的零件模型到Admus臺架模型上進行迭代，得到該扭轉梁輪心處的載荷數據，然后通過計算簡化為兩通道扭轉梁臺架試驗如圖8所示，大幅度壓縮了開發的試驗周期，且試驗結果故障模式與整車一致。

通過對Admus多通道臺架的垂向和縱向施加載荷，得到和垂直方向呈20°夾角的合力的路譜；然后搭建車后橋零部件臺架，如圖8(a)所示，對前面得到的路譜進行迭代，效果如圖8(b)所示。結果表明：故障模式和后續整車失效模式一致，等效里程數相當。

圖8 后橋兩通道動載荷耐久試驗

3 新型轉向節四通道臺架試驗

通過Admus多通道臺架試驗獲得轉向節4個連接點的路譜；然后模仿整車約束條件搭建轉向節四通道件臺架，如圖9(a)、(b)所示，對獲得的路譜進行迭代，效果如圖9(c)所示。

圖9 轉向節四通道動載荷耐久試驗

依據試驗結果發布零件硬模件數據，有效地壓縮了車輛開發成本。

4 結論

隨著計算機仿真技術和試驗技術的日益完善，利用相近平臺的載荷數據，能早期得到真實的零部件邊界數據條件，搭建有針對性的零部件臺架，就可以早期發現問題、早期解決問題，會大大縮短車輛研發周期，有效提高整車的上市節奏，提高企業的自身競爭力。

【1】顧柏良.汽車工程手冊-試驗篇[M].北京:人民交通出版社,2001:699-705.

【2】張博，姚烈，孫明.整車道路試驗和整車臺架試驗的相關分析[J].測試技術學報，2012,26(4)：348-353. ZHANG B,YAO L,SUN M.Correlation Analysis Between Rig Test and Road Test for Vehicles SAIC MOTOR Technological Center[J].Journal of Test and Measurement Technology,2012,26(4)：348-353.

【3】成大先.機械設計手冊-液壓控制[M].北京:化學工業出版社,2004:85-89.

【4】左建民.液壓與氣壓傳動[M].3版.北京:機械工業出版社，2005：23-36.

【5】王守城.液壓傳動[M].北京:北京大學出版社,2008：91-94.

【6】賈銘新.液壓傳動與控制[M].北京：國防工業出版社,2001:55-68.

【7】王能超.計算方法-算法設計及其MATLAB實現[M].2版.武漢：華中科技大學出版社,2010:249-256.

【8】MOHAND M,MICHEL M.MATLAB與SIMULINK工程應用[M].趙彥玲,吳淑紅,譯.北京: 電子工業出版社,2002：3-11.

【9】OGATA K.現代控制工程[M].盧伯英,于海勛,譯.3版.北京:電子工業出版社,2001:235-242.

New Components Rig Test Method and Strategy

ZHANG Bo，YAO Lie，CAI Qingzhu，WANG Lei

(Technological Center, SAIC Motor, Shanghai 201804,China)

Along with the market competition is more and more fierce,launch frequency of new models is more and more fast, which requires that a lot of problems should be discovered and solved early and less problems are flowed to the late stage of development. Thus challenges are presented to existing test methods and strategies. A hydraulic control system principle was described. Through the simulation model and multi channel bench Admus model, the boundary loads on the front and rear axle various parts were obtained through iteration,then the loads were applied in the actual physical bench and good effect was achieved.

Component rig test;Simulation model;Iteration

2016-05-31

張博(1980—)，男，博士，工程師，研究方向為疲勞耐久臺架試驗和振動臺架試驗。E-mail：zhangbo03@saicmotor.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.03.011

U467.3

A

1674-1986(2017)03-044-04