吳道俊

（廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司，福建 廈門 361023）

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三軸客車室內(nèi)道路模擬試驗研究

吳道俊

（廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司，福建 廈門 361023）

摘 要：對采集的道路載荷譜進(jìn)行分析處理得到道路模擬試驗的目標(biāo)信號。確定了道路模擬試驗系統(tǒng)的輸入和輸出的通道配置。采用白粉噪聲進(jìn)行系統(tǒng)識別。進(jìn)行了道路模擬中的第一次驅(qū)動信號計算以及循環(huán)迭代，最終達(dá)到預(yù)定的模擬精度，為整車室內(nèi)耐久試驗奠定基礎(chǔ)。結(jié)果表明，基于道路模擬技術(shù)，在室內(nèi)復(fù)現(xiàn)三軸客車的路面激勵工況，該方法可行、有效。

關(guān)鍵詞：三軸；客車；道路模擬；試驗；迭代

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.03.044

CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)03-132-03

前言

汽車室內(nèi)道路模擬試驗，不受駕駛員操作誤差的影響，重復(fù)性高；不受天氣的影響，可以連續(xù)不斷的運(yùn)行試驗[1]；可控性好；試驗周期較短；在汽車產(chǎn)品開發(fā)和可靠性驗證中發(fā)揮重要的作用，和道路試驗相比具有獨(dú)自的優(yōu)勢。目前，汽車道路模擬技術(shù)已得到了一定的發(fā)展和應(yīng)用[2-4]，而客車產(chǎn)品有其質(zhì)心高、質(zhì)量重等特殊性，對于客車道路模擬試驗領(lǐng)域的研究和應(yīng)用較少。本文以三軸客車（一層半）為研究對象，首先進(jìn)行道路載荷譜采集與處理，完成系統(tǒng)識別后，進(jìn)行道路模擬反求迭代，最終實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)進(jìn)行整車道路模擬試驗，積累了相關(guān)的經(jīng)驗。

1、道路載荷譜采集與分析處理

選取三軸的、一層半、滿載23噸的旅游客車，在6個車輪中心布置了6個單向加速度傳感器，方向盡量豎直，盡量布置在剛性較大的位置處。此外，布置應(yīng)變測點(diǎn)，可為監(jiān)控、疲勞計算奠定基礎(chǔ)?；赟omat eDAQ采集器，采集各類信號。

通過nCode Glyphworks進(jìn)行加速度等載荷譜進(jìn)行預(yù)處理，去除漂移、毛刺、偏置等異常信號，其中最重要的手段是濾波。通過加速疲勞編輯，將縮短載荷譜的時間長度，縮短試驗時間。對載荷譜進(jìn)行分段，起始和終止處削尖，區(qū)分路段，有利于避免過長的目標(biāo)載荷譜給道路模擬帶來困難。最終獲取道路譜的目標(biāo)信號。

2、道路模擬系統(tǒng)的通道選擇及頻率范圍確定

激勵通道（作動器）：左前、右前，左后1、右后1，左右2、右后2；由于車輪是整個試驗車輛系統(tǒng)的振動輸入的零部件，在道路模擬時選擇測量響應(yīng)為六個車輪中心加速度，測量位置及方向與路譜采集時應(yīng)一致。通過原始目標(biāo)載荷譜的PSD分布確定試驗系統(tǒng)的頻率范圍，本文確定為0.6-30Hz。

3、道路模擬系統(tǒng)識別與評價

在道路模擬系統(tǒng)識別時，道路模擬試驗臺及車輛組成的道路模擬試驗系統(tǒng)，可先視為一個線性時不變的多輸入多輸出系統(tǒng)。如圖1。

圖1　汽車道路模擬試驗系統(tǒng)

進(jìn)行系統(tǒng)識別，其原理具體如下[4]：

系統(tǒng)識別時，可利用白粉噪聲作為激勵信號。在白粉噪聲生成過程中，需確定頻域中拐角頻率、Power和標(biāo)準(zhǔn)差等參數(shù)，然后計算并生成時域激勵信號。結(jié)合經(jīng)驗值，本例中標(biāo)準(zhǔn)差確定為5mm，0.6-1Hz為白噪聲信號，1Hz-30Hz為粉噪聲，因此不僅覆蓋了各個頻率成分的激勵，同時避免了頻率較高的頻段的振動過大。

圖2　驅(qū)動信號--白粉噪聲（WPN）

利用生成的白粉噪聲驅(qū)動信號，基于電液伺服系統(tǒng)激勵試驗車輛，采集傳感器測點(diǎn)的響應(yīng)信號，通過計算獲取該系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)，隨后需進(jìn)行系統(tǒng)識別評價以確定是否合格。系統(tǒng)識別的評價指標(biāo)包括多重相干函數(shù)、后預(yù)估法等。多重相干函數(shù)通常要求大于0.8，此時系統(tǒng)識別質(zhì)量較好，對于線性差的系統(tǒng)，則可考慮放寬到0.6。三軸客車的道路模擬試驗系統(tǒng)的多重相干函數(shù)如圖3。相干函數(shù)基本都在0.8以上，從而說明系統(tǒng)識別質(zhì)量較好。

圖3　多重相干函數(shù)

后預(yù)估法評價，即利用測量響應(yīng)和所識別的系統(tǒng)（逆矩陣）反向計算驅(qū)動信號，如果與系統(tǒng)識別時的實(shí)際驅(qū)動信號相比重疊性較好，則系統(tǒng)識別質(zhì)量較好。從圖4可以看出，后預(yù)估獲取的計算驅(qū)動信號與實(shí)際驅(qū)動信號在時域和頻域都重疊較好，進(jìn)一步說明系統(tǒng)識別質(zhì)量較好。

圖4　后預(yù)估法評價（藍(lán)色-實(shí)際激勵，綠色-后預(yù)估）

4、道路模擬迭代理論、過程與評價

由于道路模擬試驗臺及試驗車輛系統(tǒng)的非線性[5]，必須通過迭代的方式，確保室內(nèi)測量的響應(yīng)信號逐步逼近目標(biāo)信號。

首先進(jìn)行第一次驅(qū)動信號計算，利用目標(biāo)信號與頻響函數(shù)逆矩陣求得初次驅(qū)動信號。即

式中，X0為初始驅(qū)動信號；gain為反饋系數(shù)；H為系統(tǒng)的頻響函數(shù)；Y為目標(biāo)信號。

播放驅(qū)動文件X0，激勵試驗系統(tǒng)，測量室內(nèi)響應(yīng)，比較傳感器測得的響應(yīng)信號Y1與目標(biāo)信號Y，計算其誤差，即

式中，Y1為播放驅(qū)動信號測量的響應(yīng)信號；ΔY1為測量的響應(yīng)信號與目標(biāo)信號的誤差。

利用上述的響應(yīng)誤差ΔY1及頻響函數(shù)信息計算驅(qū)動信號的修正量ΔX1，從而修正驅(qū)動信號，即

式中，ΔX1為驅(qū)動信號的修正量；X1為修正后的驅(qū)動信號。

利用修正后的驅(qū)動信號再次激勵系統(tǒng)，再一次計算測量響應(yīng)信號與目標(biāo)信號Y的誤差，如式（3）（4），如此循環(huán)迭代下去。

道路模擬迭代精度的評價標(biāo)準(zhǔn)包括：均方根誤差百分比（RMS error/RMS target），即目標(biāo)信號與測量響應(yīng)信號的誤差均方根與目標(biāo)信號均方根的比值；均方根比值（RMS measure/RMS target），即測量響應(yīng)信號的均方根與目標(biāo)信號的均方根的比值。如果RMS error/RMS target <10%，則為較理想的迭代效果，對于客車等重型車輛，可以適當(dāng)放寬至15%。如果RMS measure/RMS target在95%和105%之間，為理想的迭代效果，對于重型車輛可以適當(dāng)放寬至90%-110%。

道路模擬過程中反饋系數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際收斂情況進(jìn)行調(diào)整。各個通道的收斂速度盡量同步。本次三軸客車道路模擬迭代精度收斂過程如圖5，其中第三步是由于設(shè)置了零反饋，故收斂較第二步?jīng)]有進(jìn)展。迭代完成后，最終道路模擬的效果如圖6。

圖5　迭代中誤差縮小過程（藍(lán)色-目標(biāo)，綠色-測量）

圖6　迭代后加速度響應(yīng)對比（藍(lán)色-目標(biāo)，綠色-測量）

從圖5、圖6可以看出，測量響應(yīng)信號很好地接近目標(biāo)信號，達(dá)到預(yù)定的評價指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了在室內(nèi)復(fù)現(xiàn)道路實(shí)際工況。

5、注意點(diǎn)

由于客車整車質(zhì)心較高，試驗過程中需安裝防護(hù)支架，防止試驗車側(cè)翻，并具備足夠的強(qiáng)度和可靠性。

室內(nèi)試驗不具備實(shí)車行駛中有外界空氣流動對減振器的散熱作用，且由于工況劇烈客車室內(nèi)耐久試驗過程中減振器產(chǎn)熱量大，容易造成減振器過熱而失效。因此設(shè)計制作減振器水套工裝，讓冷卻水循環(huán)流過水套進(jìn)行充分熱交換，散熱效果良好。

對于穩(wěn)定桿襯套、發(fā)動機(jī)襯套等橡膠件，為了模擬實(shí)車情況、盡量保持其服役壽命，可以通過風(fēng)機(jī)進(jìn)行散熱。

6、結(jié)束語

基于道路模擬技術(shù)，在室內(nèi)復(fù)現(xiàn)了三軸客車的路面激勵，并達(dá)到良好的精度，該方法可行、有效。迭代結(jié)果將為后續(xù)整車室內(nèi)耐久試驗奠定了基礎(chǔ)。

對三軸客車道路模擬試驗過程中遇到的問題點(diǎn)進(jìn)行分析解決并最終完成試驗，形成了三軸客車室內(nèi)道路模擬的流程，積累了相關(guān)的經(jīng)驗。

研究和應(yīng)用了道路模擬過程中各個環(huán)節(jié)的精度評價方法，促進(jìn)道路模擬試驗正確、有效地進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

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[5] 江浩斌, 戴云,于林濤.基于六通道道路模擬機(jī)的重型汽車路面激勵再現(xiàn)試驗[J].汽車技術(shù),2008(9):46-49.

Research on Indoor Road Simulation Test of Tri-axial Bus

Wu Daojun
( Xiamen King Long United Automotive Industry Co., Ltd., Fujian Xiamen 361023 )

Abstract:The target signal for road simulation is obtained after the road load spectrum is disposed.The schedule of the drive and acquisition channels is determined.Using the white pink noise signal, the system identification is finished.Then the first drive and the iteration are carried out and the expectant accuracy of simulation is achieved.The bus durability test will be realized with the drive signals.It is proved by the results that it is valid and available to replicate the road drive for tri-axial bus by the road simulation technology.

Keywords:tri-axial; bus; road simulation; test; iteration

作者簡介：吳道俊，工程師，就職于廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司。主要從事：汽車道路載荷譜采集與分析、道路模擬與耐久試驗、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗與疲勞分析。

中圖分類號：U467.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)03-132-03