通指車輛上裝設(shè)備可靠性等效振動(dòng)臺試驗(yàn)方法研究

楊明軍 惠毅 余云加 田昊 田哲文

摘? 要：為建立專門的通信指揮車上裝設(shè)備的等效振動(dòng)臺可靠性試驗(yàn)方法。首先，通過實(shí)車多工況道路試驗(yàn)得到真實(shí)路譜，對其進(jìn)行分析處理，根據(jù)不同工況下的最大峰值畫出功率譜密度曲線圖的包絡(luò)線即可得到規(guī)范功率譜。其次，與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的實(shí)車行駛里程及運(yùn)行工況相結(jié)合，制定出上裝設(shè)備振動(dòng)臺試驗(yàn)方案。最后，對上裝設(shè)備進(jìn)行了振動(dòng)臺試驗(yàn)。結(jié)果表明，振動(dòng)臺試驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)車道路試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合較好。研究顯示，通過等效振動(dòng)臺試驗(yàn)的方法能夠替代實(shí)車道路試驗(yàn)，符合通指車輛的實(shí)際車輛結(jié)構(gòu)減震特性。

關(guān)鍵詞：通指車輛；上裝設(shè)備；可靠性；等效振動(dòng)臺試驗(yàn)

中圖分類號：U466? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? 文章編號：1005-2550（2023）02-0084-06

Generally Refers to The Research on The Reliability Equivalent Shaker Test Method of Vehicle Bodywork Equipment

YANG Ming-jun1， HUI Yi2， YU Yun-jia1， TIAN Hao3， TIAN Zhe-wen3

（1.Radio and Television Metrology and Testing Co.， Ltd.， Wuhan 430074， China;

2. Military Representative Bureau of Equipment Development Department of the Military Commission，Beijing 100036， China; 3. School of Automotive Engineering，? Wuhan University of Technology， Wuhan 430070， China）

Abstract： To establish the equivalent vibration table reliability test method for the equipment installed on the communication command vehicle. First of all， the real road spectrum is obtained through the real vehicle multi-mode road test， and it is analyzed and processed. The standard power spectrum can be obtained by drawing the envelope of the power spectrum density curve according to the maximum peak value under different conditions. Secondly， combined with the actual vehicle mileage and operating conditions specified in the relevant standards， a vibration table test plan for the upper equipment was developed. Finally， the shaking table test is carried out for the upper equipment. The results show that the shaking table test data and the real vehicle road test data fit well. The research shows that the equivalent shaking table test method can replace the real vehicle road test， which is in line with the actual vehicle structural damping characteristics of generic vehicles.

Key Words： General Vehicle; Upper Equipment; Reliability; Equivalent Shaking Table Test

楊明軍

畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（武漢），碩士學(xué)歷，現(xiàn)就職于廣電計(jì)量檢測集團(tuán)股份有限公司，負(fù)責(zé)技術(shù)支持，研究方向整車測試及通用質(zhì)量特性。

引? ? 言

隨著通信技術(shù)和專用汽車技術(shù)的發(fā)展，適用于通信指揮的專用車輛得到了很大的發(fā)展[1]。但是有關(guān)通信指揮車上裝設(shè)備可靠性的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)卻沒有完善，大多數(shù)通指車輛上裝設(shè)備可靠性試驗(yàn)的考核仍延用了原方法，不能滿足日益發(fā)展的通指車輛上裝設(shè)備可靠性鑒定試驗(yàn)的需要，因此有必要對通指車輛上裝設(shè)備可靠性鑒定試驗(yàn)方法進(jìn)行研究，結(jié)合通指車輛的產(chǎn)品特點(diǎn)，形成一套通指車輛上裝設(shè)備可靠性鑒定試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)其可靠性鑒定工作，保證通指車輛上裝設(shè)備可靠性水平，適應(yīng)當(dāng)前通指車輛作戰(zhàn)需要。

各種新車型從設(shè)計(jì)開發(fā)到穩(wěn)定生產(chǎn)及整車改進(jìn)都要經(jīng)過各類型的試驗(yàn)，其中行駛可靠性試驗(yàn)是考核整車底盤及上裝設(shè)備可靠性的關(guān)鍵試驗(yàn)，在相關(guān)的國標(biāo)及國軍標(biāo)中均有相應(yīng)規(guī)定[2，3]。各類汽車行駛可靠性考核一般是通過實(shí)際道路行駛試驗(yàn)或汽車試驗(yàn)場試驗(yàn)進(jìn)行考核[4]。通信指揮車上裝設(shè)備可靠性道路試驗(yàn)通常需要很長時(shí)間，耗費(fèi)較多的人力與物力。因此需要開發(fā)一個(gè)時(shí)間短，重復(fù)性好，高效合理，同時(shí)受天氣影響較小，成本較低的方法來評價(jià)通信指揮車上裝設(shè)備可靠性[5]。對此，本文提出一種通指車輛上裝設(shè)備可靠性等效振動(dòng)臺試驗(yàn)方法。

首先駕駛通指車輛在高速環(huán)路、魚鱗坑路、綜合路面以及越野路面四種不同工況下進(jìn)行道路試驗(yàn)，在指定位置安裝對應(yīng)的三向加速度傳感器和應(yīng)變片，通過動(dòng)態(tài)信號測試分析系統(tǒng)采集道路試驗(yàn)過程中的振動(dòng)和應(yīng)變數(shù)據(jù)。對采集到的振動(dòng)時(shí)域信號進(jìn)行裁剪[6]，頻譜分析得到四種工況對應(yīng)的功率譜密度曲線。參考標(biāo)準(zhǔn)路譜時(shí)間測算中的組合輪式車輛振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（C.3）將魚鱗坑路、綜合路、越野路面匯總分析，得到不同方向的匯總功率譜密度曲線圖，根據(jù)高速公路卡車振動(dòng)環(huán)境（C.1）將高速環(huán)路工況單獨(dú)分析，得到高速環(huán)路不同方向的功率譜密度曲線[7]。根據(jù)不同工況下的最大峰值畫出功率譜密度曲線圖的包絡(luò)線即可得到規(guī)范功率譜。結(jié)合相關(guān)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)對振動(dòng)臺振動(dòng)時(shí)間進(jìn)行預(yù)估。將得到的規(guī)范功率譜數(shù)據(jù)輸入到電磁振動(dòng)臺上進(jìn)行模擬振動(dòng)試驗(yàn)，并按預(yù)估用時(shí)設(shè)定振動(dòng)時(shí)間。將在電磁振動(dòng)臺上得到的應(yīng)變數(shù)據(jù)與道路試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比后發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)臺試驗(yàn)可以很好的模擬道路試驗(yàn)。

1? ? 道路試驗(yàn)及路譜采集

首先對通信指揮車上裝設(shè)備進(jìn)行道路試驗(yàn)并進(jìn)行路譜采集，記錄采集的數(shù)據(jù)以便之后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析以及對比。

1.1? ?道路試驗(yàn)

在通信指揮車上裝設(shè)備對應(yīng)位置安裝固定三向加速度傳感器和應(yīng)變片，并與對應(yīng)的數(shù)采設(shè)備進(jìn)行連接。駕駛帶有上裝設(shè)備的通信指揮車在高速環(huán)路、魚鱗坑路、越野路面和綜合路面（如圖1）上以一定的車速行駛，通過動(dòng)態(tài)信號測試分析系統(tǒng)記錄振動(dòng)和應(yīng)變數(shù)據(jù)。

1.2? ?道路試驗(yàn)路譜采集

路譜采集過程中主要通過三向加速度傳感器測量振動(dòng)數(shù)據(jù)，通過應(yīng)變片采集應(yīng)變數(shù)據(jù)。三向加速度傳感器主要采集通信指揮車上裝設(shè)備X、Y、Z三個(gè)方向的振動(dòng)數(shù)據(jù)，4個(gè)應(yīng)變片分別通過4個(gè)通道與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，采集通信指揮車上裝設(shè)備道路試驗(yàn)應(yīng)變數(shù)據(jù)。

2? ? 路譜裁剪以及數(shù)據(jù)分析

對記錄的道路試驗(yàn)路譜進(jìn)行裁剪，同時(shí)對道路試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理得到振動(dòng)臺試驗(yàn)需要的輸入數(shù)據(jù)，從而進(jìn)一步擬定振動(dòng)臺試驗(yàn)方案。

2.1? ?路譜裁剪

樣車在高環(huán)、越野、綜合、魚鱗工況下工作，為確定其行駛過程樣車環(huán)境實(shí)驗(yàn)所需滿足的振動(dòng)條件，需對不同速度下振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定振動(dòng)規(guī)范譜。選擇的行駛振動(dòng)數(shù)據(jù)應(yīng)滿足以下條件：

（1）避免選擇沖擊、異常振動(dòng)時(shí)刻的數(shù)據(jù)，應(yīng)選擇平穩(wěn)行駛過程中振動(dòng)幅 值最大的振動(dòng)數(shù)據(jù)區(qū)間；

（2）所有 X 向振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、Y向數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、Z 向數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定驗(yàn)證車需滿足的X 向規(guī)范譜、Y 向的規(guī)范譜、Z 向規(guī)范譜；根據(jù)驗(yàn)證車振動(dòng)數(shù)據(jù)的時(shí)域圖譜，選取的樣本數(shù)據(jù)區(qū)間分別如下圖所示（綠色是裁剪部分，紅色是保留部分）：

由上圖可知，高環(huán)60碼工況下X向裁剪為46s信號數(shù)據(jù)，Y向裁剪為38s信號數(shù)據(jù)，Z向裁剪為51s信號數(shù)據(jù)。

由上圖可知，高環(huán)80碼工況下X向裁剪為62s信號數(shù)據(jù)，Y向裁剪為62s信號數(shù)據(jù)，Z向裁剪為54s信號數(shù)據(jù)。

由于高環(huán)100碼數(shù)據(jù)編輯壓縮前后變化不大，不再裁剪，結(jié)果如下圖所示：

由上圖可知，魚鱗工況下X向裁剪為20s信號數(shù)據(jù)，Y向裁剪為19s信號數(shù)據(jù)，Z向裁剪為25s信號數(shù)據(jù)。

由上圖可知，越野10碼工況下X向裁剪為110s信號數(shù)據(jù)，Y向裁剪為110s信號數(shù)據(jù)，Z向裁剪為110s信號數(shù)據(jù)。

由上圖可知，越野15碼工況下X向裁剪為63s信號數(shù)據(jù)，Y向裁剪為56s信號數(shù)據(jù)，Z向裁剪為46s信號數(shù)據(jù)。

由上圖可知，綜合工況下X向裁剪為67s信號數(shù)據(jù)，Y向裁剪為65s信號數(shù)據(jù)，Z向裁剪為66s信號數(shù)據(jù)。

2.2? ? 數(shù)據(jù)分析處理

將采集到的振動(dòng)時(shí)域信號轉(zhuǎn)為頻域信號，參考相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)將四種工況轉(zhuǎn)換為兩部分來分析，畫出頻域圖的包絡(luò)線，即規(guī)范功率譜。參考組合輪式車輛振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（C.3）將魚鱗坑路、綜合路、越野路面匯總分析，得到不同方向的匯總功率譜密度曲線圖，根據(jù)高速公路卡車振動(dòng)環(huán)境（C.1）將高速環(huán)路工況單獨(dú)分析，得到高速環(huán)路不同方向的功率譜密度曲線圖。根據(jù)不同工況下的最大峰值畫出功率譜密度曲線圖的包絡(luò)線即可得到規(guī)范功率譜。結(jié)果如下圖所示。

3? ? 振動(dòng)臺試驗(yàn)方案擬定

根據(jù)路譜裁剪結(jié)果結(jié)合相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)制定等效振動(dòng)臺試驗(yàn)時(shí)間如表1所示：

根據(jù)上表分析，原本需要7200km道路試驗(yàn)縮減為38h的等效振動(dòng)臺試驗(yàn)，該等效振動(dòng)臺試驗(yàn)時(shí)間短，重復(fù)性好，高效合理，同時(shí)受天氣影響較小，成本較低。

4? ? 結(jié)論

采用該試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)得出規(guī)范功率譜作為電磁振動(dòng)臺輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)，從電磁振動(dòng)臺得到的數(shù)據(jù)與道路試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，可以用電磁振動(dòng)臺試驗(yàn)來代替道路試驗(yàn)。本文提出的通指車輛上裝設(shè)備可靠性等效振動(dòng)臺試驗(yàn)方法可以滿足日益發(fā)展的通指車輛上裝設(shè)備可靠性鑒定試驗(yàn)的需要，指導(dǎo)通指車輛上裝設(shè)備可靠性鑒定工作，保證其可靠性水平，適應(yīng)當(dāng)前通指車輛作戰(zhàn)需要。

參考文獻(xiàn)：

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專家推薦語

秦? ?嶺

武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院

車輛工程專業(yè)? 副教授

本文通過實(shí)車多工況道路試驗(yàn)得到真實(shí)路譜，經(jīng)過對數(shù)據(jù)的分析處理，制定出相應(yīng)的試驗(yàn)方法。基本彌補(bǔ)目前國內(nèi)通指車上裝設(shè)備的可靠性試驗(yàn)方法不完善以及專用標(biāo)準(zhǔn)缺失的問題。該文章內(nèi)容具有一定的創(chuàng)新性。文章結(jié)構(gòu)較為合理，邏輯思路觀點(diǎn)清晰。