虛擬迭代技術(shù)在臺(tái)架試驗(yàn)中的應(yīng)?

艾正冬　王?東　??倫　李赫

摘要：在ADAMS/CAR中建?了六?由度1/2前懸架系統(tǒng)臺(tái)架多體動(dòng)?學(xué)模型，以?輛試驗(yàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)?輪六分?作為?標(biāo)信號(hào)， 以臺(tái)架線性作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)（ ?、位移） 作為輸?信號(hào)， 在FEMTAT_Lab虛擬迭代軟件中建?六分?信號(hào)與臺(tái)架試驗(yàn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)間的傳遞函數(shù)，通過傳遞函數(shù)反求臺(tái)架試驗(yàn)驅(qū)動(dòng)并作為輸?載荷。通過系統(tǒng)級(jí)輸?（輪端）提取底盤關(guān)鍵零部件動(dòng)態(tài)載荷譜，為后期零部件臺(tái)架試驗(yàn)提供試驗(yàn)參數(shù)。

關(guān)鍵詞：虛擬迭代;多體動(dòng)?學(xué);臺(tái)架試驗(yàn);載荷譜;ADAMS;FEMTAT_Lab

中圖分類號(hào)： U463 收稿?期：2022-03-26

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.06.023

1 前?

系統(tǒng)級(jí)的臺(tái)架驗(yàn)證是新平臺(tái)?型可靠性驗(yàn)證的重要?段。當(dāng)前系統(tǒng)級(jí)臺(tái)架復(fù)現(xiàn)整?道路試驗(yàn)?況的主要?段為：采集道路試驗(yàn)六分?載荷譜，并以其為?標(biāo)信號(hào)作為臺(tái)架試驗(yàn)輸?，臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)安裝六分?儀（ 如KISTLER、MSC等），以六分?為迭代信號(hào)進(jìn)?臺(tái)架試驗(yàn)。?般主機(jī)?采?軸耦合道路模擬試驗(yàn)機(jī)（如MTS329）配合WFT六分?儀實(shí)現(xiàn)以上臺(tái)架過程，該?法對(duì)硬件要求極?，成本巨?，設(shè)備投?約2 000萬元。

本?采?臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)合虛擬仿真的?法，以線性作動(dòng)器代替軸耦合道路模擬試驗(yàn)機(jī)，搭建六?由度1/2前懸架系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，以虛擬迭代的?法代替六分?儀，最終求解出線性做動(dòng)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)。多體仿真中載荷獲取主要有兩種?式：半解析法和完全解析法[1]，本?采?半解析法中的虛擬迭代法。

2 采集載荷譜針對(duì)某獨(dú)?懸架商??進(jìn)?試驗(yàn)場(chǎng)載荷譜測(cè)試?作。試驗(yàn)初期，在確保試驗(yàn)?狀態(tài)滿?GB/T 12534《汽?道路試驗(yàn)?法通則》規(guī)定的條件下，測(cè)試如下信號(hào)：a.輪端六分?;b.輪?位移;c.減振器軸向?。以?春某試驗(yàn)場(chǎng)為道路輸?，測(cè)試以上8個(gè)相關(guān)信號(hào)（WFT信號(hào)6個(gè)，拉線信號(hào)1個(gè)，應(yīng)變信號(hào)1個(gè)）。

3 建?多體動(dòng)?學(xué)模型

1/2前懸架系統(tǒng)多體動(dòng)?學(xué)模型包含的?般部件主要有上控制臂、下控制臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、輪轂、轉(zhuǎn)向拉桿，其包含的?學(xué)元件主要有螺旋彈簧、減振器、橡膠襯套、緩沖塊。?學(xué)元件的特性均由臺(tái)架測(cè)試得出，并以屬性?件的?式賦值到ADAMS軟件中[2]，如：彈簧的剛度特性、減振器的?功特性、橡膠襯套的四向（徑向、軸向、翹曲、扭轉(zhuǎn)）剛度特性、緩沖塊的垂向剛度特性等。

臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)多體動(dòng)?學(xué)模型包含的?般部件主要有：2個(gè)線性作動(dòng)器Z向、3個(gè)線性做動(dòng)器Y向，4個(gè)?導(dǎo)向桿、線性作動(dòng)器X向，輪邊適配器。

1/2前懸架系統(tǒng)與臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)裝配后的多體動(dòng)?學(xué)模型如圖1所?。系統(tǒng)中零部件的質(zhì)量、質(zhì)?位置、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)由三維設(shè)計(jì)軟件Creo測(cè)算得出。

4 虛擬迭代與結(jié)果分析

4.1 虛擬迭代?法

本?采?FEMTAT_Lab軟件中VI模塊進(jìn)?虛擬迭代?作。它能夠調(diào)?外部多體仿真軟件（ A D A M S 、RecurDyn、simpack）求解器，通過迭代原理?限趨近?標(biāo)信號(hào)，最終求解驅(qū)動(dòng)信號(hào)并計(jì)算零部件內(nèi)部載荷。VI模塊的主要部分包括：a.設(shè)置求解器及調(diào)??件（adm）;b.輸?、響應(yīng)信號(hào)通道設(shè)置;c.?噪聲?成;d.傳遞函數(shù)、逆函數(shù)?成;e.附加的評(píng)估條件;f.迭代計(jì)算[3]。

4.2 虛擬迭代原理

虛擬迭代法以實(shí)測(cè)的信號(hào)為?標(biāo)信號(hào)，通過多體模型反求系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，迭代原理[4-5]如下：

a.在輸?通道以?噪聲u （s）驅(qū)動(dòng)多體模型，在輸出通0道計(jì)算輸出響應(yīng)y（s），求得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：F（s）= y（s）/ 0 0u （s），進(jìn)而求得逆函數(shù)F（-1 s）。

b.設(shè)?標(biāo)信號(hào)y（s），根據(jù)u （s）= F（-1 s）×y（s）反求驅(qū)動(dòng) d 1 d信號(hào)。

c.初始驅(qū)動(dòng)信號(hào)u （s）激勵(lì)多體模型得到響應(yīng)信號(hào)y（s）， 1 1因傳遞函數(shù)的精確性及系統(tǒng)的?線性，?標(biāo)信號(hào)y（s）與y d 1（s）必然存在?定誤差。

d.?修正算法將逆函數(shù)F（-1 s）固定，通過以下公式反復(fù)迭代，直到?標(biāo)信號(hào)與響應(yīng)信號(hào)之間的誤差滿?精度要求，停?迭代。

4.3 響應(yīng)、輸?信號(hào)設(shè)置

在ADAMS中通過Request的形式建?8個(gè)響應(yīng)信號(hào)（6個(gè)?分量信號(hào)，1個(gè)輪?位移信號(hào)，1個(gè)減振器軸向?信號(hào)）。其中Ch1?Ch6為迭代信號(hào)參與迭代計(jì)算;Ch7、Ch8為監(jiān)控信號(hào)，不參與迭代計(jì)算，?以驗(yàn)證模型，如表1所?。

在ADAMS中通過Gforce、motion的形式建?6個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)（4個(gè)載荷驅(qū)動(dòng)，2個(gè)位移驅(qū)動(dòng)），模擬線性作動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)輸?，如表2所?。

4.4 仿真結(jié)果

虛擬迭代反求的驅(qū)動(dòng)信號(hào)將作為試驗(yàn)輸?提供給臺(tái)架迭代系統(tǒng)，虛擬迭代準(zhǔn)確性不?將直接導(dǎo)致臺(tái)架試驗(yàn)輸?不準(zhǔn)確。?般當(dāng)偽損傷之?在0.5?2范圍內(nèi)就可以認(rèn)為迭代精度滿?需求[3]。取實(shí)測(cè)載荷譜30s搓板路段信號(hào)作為?標(biāo)信號(hào)，虛擬迭代過程中各通道偽損傷之?變化曲線如圖2所?。

在迭代?第15次時(shí)，各通道的偽損傷值已趨于穩(wěn)定，如表3所?，Ch1?Ch6的偽損傷?值在0.9?1.2之間，精度很?;Ch7、Ch8的偽損傷?值為0.77、1.45，精度低于Ch1?Ch6，但也位于0.5?2范圍內(nèi)，可以接受。Ch1?Ch6是迭代信號(hào)參與迭代計(jì)算，其修正過程是閉環(huán)的，為使其趨近?標(biāo)信號(hào)FEMTAT_Lab軟件會(huì)不斷調(diào)整輸?驅(qū)動(dòng);Ch7、Ch8是監(jiān)控信號(hào)不參與迭代計(jì)算，其修正過程是開環(huán)的，它的作?是與實(shí)測(cè)信號(hào)對(duì)?，綜合評(píng)估虛擬迭代的準(zhǔn)確性。

FEMTAT_Lab?成的第15次驅(qū)動(dòng)信號(hào)即可當(dāng)做臺(tái)架的輸?信號(hào)，提供給線性作動(dòng)器的迭代軟件（如MTS的Rpc、Servotest的ISC等），?以在現(xiàn)實(shí)臺(tái)架上驅(qū)動(dòng)懸架系統(tǒng)進(jìn)?可靠性驗(yàn)證。

5 提取關(guān)鍵零部件載荷譜

以第15次求得的驅(qū)動(dòng)作為輸?，驅(qū)動(dòng)多體仿真模型，在關(guān)鍵零部件處建?輸出請(qǐng)求，提取零部件外聯(lián)點(diǎn)處的載荷譜。提取的載荷譜可作為零部件級(jí)臺(tái)架驗(yàn)證的輸?條件，也可?作零部件的FAE仿真分析。以轉(zhuǎn)向節(jié)上球鉸點(diǎn)為例，提取的載荷譜如圖3所?，后三個(gè)通道的輸出始終為零，這是由于球鉸只能傳遞3個(gè)?向的?而不能傳遞3個(gè)?向的扭矩，這與實(shí)際情況是完全吻合的。

6 結(jié)語

本?通過臺(tái)架試驗(yàn)與仿真分析相結(jié)合的?法，在ADAMS軟件中搭建了六?由度1/2前懸架系統(tǒng)臺(tái)架多體動(dòng)?學(xué)模型，利?FEMTAT_Lab軟件調(diào)?ADAMS求解器，獲得了產(chǎn)?所需?輪六分?的線性作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，?以在現(xiàn)實(shí)臺(tái)架上驅(qū)動(dòng)懸架系統(tǒng)進(jìn)?可靠性驗(yàn)證。提取了底盤關(guān)鍵零部件外聯(lián)點(diǎn)處的載荷譜，?以開展零部件級(jí)臺(tái)架驗(yàn)證及零部件FAE仿真分析。該?法對(duì)降低臺(tái)架試驗(yàn)投?、縮短驗(yàn)證周期、提升臺(tái)架試驗(yàn)準(zhǔn)確度具有重要意義。

參考?獻(xiàn)：

[1] 李?，郭孔輝，丁海濤，等.汽?耐久性分析底盤載荷預(yù)測(cè)?法研究綜述[J].科學(xué)技術(shù)與?程，2010，10（24）：5960-5964.

[2] 陳軍.MSC.ADAMS技術(shù)與?程分析實(shí)例[M].北京：中國(guó)?利?電出版，2008.

[3] 李鵬宇，尹輝俊，官勇健，等.基于整?動(dòng)?學(xué)模型的虛擬迭代技術(shù)分析[J].汽?使?技術(shù)，2019（8）：70-73.

[4] 孟科委，王啟棟，胡?芳，等.基于虛擬迭代的某重型商??駕駛室疲勞分析[J].合肥?業(yè)?學(xué)學(xué)報(bào)（?然科學(xué)），2021，44（2）：158-163.

[5] 付春?，曾超，劉宏杰，等.基于虛擬迭代的裝載機(jī)后處理?架載荷譜獲取?法[J].現(xiàn)代制造?程，2021（1）：17-21.

作者簡(jiǎn)介：

艾正冬，男，1989年?，底盤試驗(yàn)?程師，研究?向?yàn)樯??底盤臺(tái)架試驗(yàn)。614304DE-6094-4355-AE27-CC9F428BDFB9