矩形凸塊轉鼓路面的仿真與試驗 *（續 2）

孫曉幫李艾靜陳雙田雪

（1.遼寧工業大學；2.重慶長安汽車股份有限公司；3.沈陽金杯錦恒汽車安全系統有限公司）

2.3 矩形凸塊轉鼓路面動力學仿真

2.3.1 仿真參數設定

在ADAMS中將矩形凸塊轉鼓路面和懸架進行聯合仿真，仿真中需要保證轉鼓表面的線速度和實車試驗的車速相同，選擇試驗車速為10 km/h，經過換算仿真試驗所采用的轉鼓轉速為44.21 r/min。圖5示出懸架與矩形凸塊轉鼓路面的動力學模型。

圖5 懸架與矩形凸塊轉鼓路面動力學模型圖

2.3.2 仿真結果分析

在ADAMS后處理模塊調用車輪垂向加速度數據進行時域分析，通過FFT變換工具進行頻域分析，得到虛擬轉鼓路面的車輪垂向加速度響應曲線，如圖6所示。

圖6 虛擬矩形凸塊轉鼓路面的車輪垂向加速度響應曲線

從圖6a可以看出約有13個振動周期，每個周期車輪正向加速度最大值為26.81 m/s2（13個周期取平均），負向加速度最大值為-27.12 m/s2（13個周期取平均）；從圖6b可以看出，1階中心頻率為6.09 Hz。

3 試驗場路面試驗驗證

3.1 試驗場路面測試系統框架

圖7示出試驗場路面測試系統框圖。數據采集過程為：加速度傳感器將振動信號轉化成電荷信號，經電荷放大器電荷電壓濾波積分放大后轉化電壓信號，智能信號采集處理分析儀把電壓信號轉換成數字量傳輸給計算機，計算機通過DASP軟件系統對數據進行處理、分析及儲存[4]。

圖7 試驗場路面測試系統框圖

3.2 矩形凸塊試驗場路面實車試驗

3.2.1 試驗器材與場地

1）器材。YD-62型加速度傳感器、CA-2型電荷放大器、INV306型智能信號采集處理分析、DASP計算機、逆變器、磁座。

2）場地。試驗場地選擇在某公司的矩形凸塊路面試驗場，如圖8所示。試驗車選用怠速較高的某型SUV，其后懸架為扭力梁式半獨立懸架。

圖8 矩形凸塊試驗路面

3.2.2 試驗過程

1）將加速度傳感器用磁座固定于車身和車輪2個測點處，連接電荷放大器、智能信號采集處理分析儀及計算機。

2）將逆變器正負極分別連接試驗車蓄電池的正負極，開啟轉換器開關。

3）設置DASP采集儀參數，由于路面的激勵信號通常是0～25 Hz低頻信號[5]，采樣頻率一般為目標信號最高頻率的5～10倍，因此采樣頻率設定為1 000 Hz，通道數目設定為2，程控放大倍數設定為1.0，工程單位設定為m/s2。

4）將試驗車加速到試驗車速（10 km/h）后勻速通過矩形凸塊路面。測試數據為車輪和車身垂向振動加速度，多次采集試驗數據，取速度較為均勻的試驗組。

3.2.3 實車路面試驗結果

在DASP計算機上分別調取多次路面試驗結果進行分析，矩形凸塊試驗場路面的車輪振動加速度響應曲線，如圖9所示。從圖9a可以看出，正向加速度最大值為23.82 m/s2（多周期取平均），負向加速度最大值為-15.43 m/s2（多周期取平均）；從圖9b可以看出，加速度的1階中心頻率為4.88 Hz。

圖9 矩形凸塊試驗場路面的車輪振動加速度響應曲線

4 矩形凸塊轉鼓路面實車試驗

4.1 矩形凸塊轉鼓路面試驗布置

加速度傳感器布置于車輪和車身2個測點，將試驗車后懸停置于轉鼓中心處，前輪用束縛裝置固定，如圖10所示。設置轉鼓轉速為44.21 r/min（相當于試驗車速10 km/h），檢查完好后，運行轉鼓試驗臺，待轉鼓轉速穩定后啟動DASP數據采集儀以測量車輪和車身垂向加速度時間歷程，分析車輪振動加速度響應曲線。

圖10 矩形凸塊轉鼓試驗裝置圖

4.2 矩形凸塊轉鼓路面試驗結果

在DASP計算機上分別調取多次轉鼓試驗結果進行分析，矩形凸塊轉鼓路面的車輪振動加速度響應曲線，如圖11所示。從圖11a可以看出，最大正向加速度為25.13 m/s2，最大負向加速度為-25.93 m/s2；從圖11b可以看出，1階中心頻率為6.71 Hz。

圖11 矩形凸塊轉鼓路面的車輪振動加速度響應曲線

5 矩形凸塊路面仿真與試驗對比分析

矩形凸塊路面仿真與試驗對比，如表3所示。由表3可以看出：轉鼓路面仿真值和試驗值相對比，正負向加速度最大值的相對誤差分別為6.7%和4.6%，1階中心頻率的相對誤差為9.2%，轉鼓路面仿真值和試驗值結果接近，說明矩形凸塊轉鼓路面仿真模型的有效性。試驗場路面和轉鼓路面試驗值相對比，正負向加速度最大值的相對誤差分別為5.2%和40.4%，1階中心頻率的相對誤差為27.2%，試驗場路面和轉鼓路面試驗值由于路面簡化等原因雖存在一定誤差，但仍能說明轉鼓路面通過布置矩形凸塊的排列方式可復現矩形凸塊試驗場路面。

表3 矩形凸塊路面仿真與試驗對比

6 結論

1）本研究采用矩形凸塊鑲嵌到轉鼓上形成矩形凸塊轉鼓路面，基于ADAMS建立懸架與轉鼓試驗系統的動力學模型，經仿真分析得到車輪振動加速度響應曲線。通過搭建測試系統，將矩形凸塊試驗場路面和矩形凸塊轉鼓路面試驗進行對比分析與驗證，驗證了矩形凸塊轉鼓路面復現試驗場路面的合理性和有效性，利用轉鼓路面方法可實現室外試驗向室內試驗轉化。

2）本研究中轉鼓直徑越大越接近真實路面工況，但受到加工方式和安裝空間等限制，一般乘用車和商用車轉鼓直徑不超過2 m。在設計轉鼓凸塊時既要考慮轉鼓的周期性，又要考慮凸塊表面的曲率和排布，因此轉鼓凸塊的設計和排布直接影響試驗場路面的復現程度。