隨機(jī)振動(dòng)復(fù)現(xiàn)_道路模擬

1、 在轎車結(jié)構(gòu)動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)方面，一般進(jìn)行三種類型的試驗(yàn)，即：實(shí)際道路試驗(yàn)；試驗(yàn)場(chǎng)試驗(yàn)；室內(nèi)臺(tái)架試驗(yàn)。顯然，室內(nèi)臺(tái)架試驗(yàn)由于試驗(yàn)重復(fù)性好、試驗(yàn)周期短，已經(jīng)成為在汽車設(shè)計(jì)開發(fā)中的主要手段。另一方面，隨著計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)的發(fā)展，汽車生產(chǎn)廠家開始利用臺(tái)架和遠(yuǎn)程參數(shù)控制（RPC）技術(shù)來復(fù)現(xiàn)整車及零部件在實(shí)際使用中的載荷。在這種試驗(yàn)中，關(guān)鍵問題就是道路載荷譜的模擬技術(shù)，亦即利用RPC技術(shù)迭代所得的加載譜到底能不能真實(shí)反映實(shí)際路面載荷的情況。 由于實(shí)車行駛工況的復(fù)雜性，汽車及其零部件所受的載荷大多是隨機(jī)變化的，而且由于零部件的疲勞積累實(shí)際上是非線性的、大小載荷的加載順序?qū)ζ趬勖怯杏绊懙?，因此在?duì)汽車整車及其

2、零部件進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，用等幅循環(huán)載荷或者靜載荷進(jìn)行加載試驗(yàn)是難以得到與路試相同相近的結(jié)果的。同樣，在對(duì)人體進(jìn)行平順性試驗(yàn)時(shí)，用諧波激振的方法來分析實(shí)際人體所受的復(fù)雜隨機(jī)振動(dòng)也是不適當(dāng)?shù)?。因此，必須用電液伺服道路模擬試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)。道路模擬試驗(yàn)臺(tái)是一套以液壓為動(dòng)力、用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的有伺服功能的機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)。按功能可分為五大部分：（1）信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)。主要包括計(jì)算機(jī)應(yīng)用遠(yuǎn)程控制軟件RPC來實(shí)現(xiàn)道路模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析，并發(fā)出控制指令信號(hào)。（2）電控系統(tǒng)。對(duì)指令信號(hào)加以處理變成電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并通過多重閉環(huán)嚴(yán)格地控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)（3）伺服控制系統(tǒng)。將不斷變化的電信號(hào)對(duì)應(yīng)地轉(zhuǎn)換成動(dòng)力液壓油的流

3、量及壓力輸出，主要部件是液壓伺服閥。（4）機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)。將動(dòng)力液壓油的流量及壓力轉(zhuǎn)換成機(jī)械運(yùn)動(dòng)，并將運(yùn)動(dòng)情況反饋到電控系統(tǒng)。（5）動(dòng)力供給系統(tǒng)。負(fù)責(zé)提供的液壓驅(qū)動(dòng)力，主要由液壓泵站、儲(chǔ)能器、分油器和液壓管道組成。 二十世紀(jì)五十年代，由于Moog二級(jí)伺服閥的出現(xiàn)，使得液壓作動(dòng)器能夠在較寬的頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，從而為汽車試驗(yàn)提供了一個(gè)有力工具。早期的閉環(huán)控制液壓作動(dòng)器，一般只能用來進(jìn)行車輛的平順性和結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性研究。在隨后的十年中，隨著車輛液壓疲勞試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，開始進(jìn)行可編程的疲勞試驗(yàn)。美國(guó)福特公司的Willian J. Sidelko提出了用液壓伺服作動(dòng)器進(jìn)行車架疲勞試驗(yàn)的方法，從而把車輛部

4、件試驗(yàn)推進(jìn)了一大步。1975年，Styles和Dodds發(fā)展了有關(guān)路面模擬方面的理論，并把一九六五年出現(xiàn)的快速傅立葉變換（FFT）技術(shù)用于道路模擬方面。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，在道路模擬試驗(yàn)臺(tái)的控制技術(shù)中出現(xiàn)了迭代控制軟件。1977年美國(guó)MTS公司推出RPC（Remote Parameter Control）軟件，1979年德國(guó)Schenck公司推出了ITFC系統(tǒng)（Iterative Transfer Function Compensation），1987年Fairburst公司推出了IDC軟件。這三個(gè)軟件在道路模擬的數(shù)學(xué)原理上基本相同，差異僅在操作功能、計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)硬件方面。 利用室內(nèi)

5、道路模擬系統(tǒng)進(jìn)行可靠性等方面的試驗(yàn)具有多方面的優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于結(jié)構(gòu)疲勞壽命試驗(yàn)，可以加速試驗(yàn)進(jìn)程，節(jié)約時(shí)間和費(fèi)用，縮短開發(fā)周期；試驗(yàn)不受外界條件限制，諸如氣候、道路情況、駕駛員主觀感覺等；試驗(yàn)可連續(xù)不中斷進(jìn)行；可以比道路試驗(yàn)方便的測(cè)量更多感興趣的參數(shù)；可近距離觀測(cè)整車車況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題所在； 試驗(yàn)重復(fù)性好，對(duì)比性強(qiáng)。道路模擬試驗(yàn)的發(fā)展道路模擬試驗(yàn)的發(fā)展第一階段：簡(jiǎn)單路面模擬 二十世紀(jì)六十年代汽車的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)隨著電液伺服閉環(huán)技術(shù)的日趨成熟逐漸由靜態(tài)力學(xué)分析為主要試驗(yàn)?zāi)Ｊ桨l(fā)展到動(dòng)態(tài)特性的研究。1962年美國(guó)通用汽車公司凱迪拉克轎車部提出并委托美國(guó)MTS公司設(shè)計(jì)制造一臺(tái)汽車道路模擬機(jī)的計(jì)劃，經(jīng)過雙方密切合

6、作于1965年制造完畢并投入使用，這就是世界上第一臺(tái)汽車道路模擬機(jī)。其輸入信號(hào)是這樣獲得的：對(duì)安裝在車身上的加速度傳感器測(cè)得的加速度信號(hào)進(jìn)行兩次積分獲得車身對(duì)路面的絕對(duì)位移，通過安裝在車身兩側(cè)的測(cè)試輪測(cè)量測(cè)試輪與汽車車身的相對(duì)位移，二者的差就是路面高程在時(shí)間歷程上的波形，即汽車道路模擬機(jī)的輸入信號(hào)，但這種方式存在其很大的缺點(diǎn)：輪胎的包容性未能被模擬，存在軌跡誤差。 rLYSYdtdtYYY )(0 第二階段：有效路面模擬 為了克服簡(jiǎn)單路面模擬試驗(yàn)技術(shù)上的缺點(diǎn)，汽車試驗(yàn)技術(shù)工程師們經(jīng)過分析和研究，提出了有效路面模擬技術(shù)，其原理是：將汽車看作是由輪胎包容特性的車輪懸上和懸下串聯(lián)組成的二自由度系統(tǒng)，

7、如下圖所示：0)()(SWWWRETWRETFZMZZCZZK TSTWWTTWREWREKFKZMKCZZZZ/)( 與簡(jiǎn)單路面模擬相同，上式表達(dá)的微分方程也是通過計(jì)算機(jī)求解，將輸出的有效道路信號(hào)作為道路模擬機(jī)的激勵(lì)信號(hào)。有效路面模擬克服了簡(jiǎn)單路面模擬技術(shù)的缺點(diǎn)，使汽車道路模擬技術(shù)前進(jìn)了一大步，在七十年代得到了廣泛的應(yīng)用。但是這種技術(shù)仍然存在其缺點(diǎn)：不能模擬車輛在實(shí)際行駛條件下的非線性，不能模擬車軸之間的耦合特性，不能模擬來自路面六自由度的受力情況。 為了進(jìn)一步克服有效路面模擬技術(shù)的缺點(diǎn)，七十年代中期美國(guó)MTS公司與美國(guó)通用汽車公司在著名數(shù)學(xué)家CJDodds的指導(dǎo)下聯(lián)合推出了著名的現(xiàn)代試驗(yàn)技

8、術(shù)遠(yuǎn)程參數(shù)控制技術(shù)(RPCRemote Parameter Control)，這種模擬技術(shù)不是模擬路面，而是模擬在路面激勵(lì)下被試驗(yàn)車輛上任何感興趣點(diǎn)的響應(yīng)，能夠模擬來自路面六自由度的受力情況，這在模擬試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域是一個(gè)質(zhì)的飛躍。在MTS公司推出這一技術(shù)不久，世界上著名試驗(yàn)機(jī)公司SCHENCK公司和日本鴛宮公司分別推出了類似這一技術(shù)的ITFC和RFC。INSTRON公司也推出了類似的技術(shù)。RPC技術(shù)包括以下五個(gè)步驟：第三階段：遠(yuǎn)程參數(shù)控制技術(shù) 采集并記錄有限實(shí)際道路行駛時(shí)車輛的原始響應(yīng)信號(hào)；對(duì)原始響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行分析與編輯得到室內(nèi)道路模擬試驗(yàn)所需要的期望響應(yīng)信號(hào)。用白噪聲信號(hào)通過電液伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)

9、機(jī)械液壓裝置，對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)加載，據(jù)此計(jì)算輸入譜、輸出譜及互譜，求得試驗(yàn)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)。根據(jù)逆頻率響應(yīng)函數(shù)和期望響應(yīng)，計(jì)算生成初始道路模擬試驗(yàn)的初始驅(qū)動(dòng)信號(hào)。迭代過程：由于整個(gè)被試驗(yàn)系統(tǒng)是非線性的，而上述頻響函數(shù)矩陣的測(cè)定是基于系統(tǒng)為線性的，因此通過迭代逐漸修正初始驅(qū)動(dòng)信號(hào)得到模擬路面行駛所需的最終驅(qū)動(dòng)信號(hào)。道路模擬試驗(yàn)：用第4步得到的信號(hào)反復(fù)激勵(lì)試件，進(jìn)行以疲勞耐久性或振動(dòng)噪聲為測(cè)試目標(biāo)的不同試驗(yàn)。10( )( )dXfHYf )()()(00fYfYfEd100( )( )XfHEf 道路模擬實(shí)例5 . 01fA 載荷譜數(shù)采儀應(yīng)變信號(hào)位移信號(hào)測(cè)量輪信號(hào)后橋道路模擬試驗(yàn) 道路模擬試驗(yàn)在MTS 329 八通道軸耦合道路模擬試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行。力控制信號(hào)包括縱向、側(cè)向、垂直力和制動(dòng)（驅(qū)動(dòng)）力矩，共計(jì)4自由度，左右共8個(gè)通道。用道路實(shí)測(cè)的作用于后橋軸頭的3個(gè)力和1個(gè)力矩作為期望信號(hào)。后橋總成響應(yīng)按實(shí)車實(shí)際安裝約束條件安裝于MTS 329八通道道路模擬試驗(yàn)臺(tái)上，并根據(jù)試驗(yàn)前測(cè)得的各車輪垂直載荷對(duì)其進(jìn)行預(yù)加載。 先求出從液壓系統(tǒng)到后橋軸頭間的頻響函數(shù)，再對(duì)8個(gè)力通道進(jìn)