随机振动复现_道路模拟

1、 在轿车结构动强度试验方面，一般进行三种 类型的试验，即：实际道路试验；试验场试验； 室内台架试验。显然，室内台架试验由于试验重 复性好、试验周期短，已经成为在汽车设计开发 中的主要手段。另一方面，随着计算机和控制技 术的发展，汽车生产厂家开始利用台架和远程参 数控制（RPC）技术来复现整车及零部件在实际 使用中的载荷。在这种试验中，关键问题就是道 路载荷谱的模拟技术，亦即利用RPC技术迭代所 得的加载谱到底能不能真实反映实际路面载荷的 情况。 由于实车行驶工况的复杂性，汽车及其零部件所受 的载荷大多是随机变化的，而且由于零部件的疲劳积 累实际上是非线性的、大小载荷的加载顺序对疲劳寿 命是有影

2、响的，因此在对汽车整车及其零部件进行试 验时，用等幅循环载荷或者静载荷进行加载试验是难 以得到与路试相同相近的结果的。同样，在对人体进 行平顺性试验时，用谐波激振的方法来分析实际人体 所受的复杂随机振动也是不适当的。因此，必须用电 液伺服道路模拟试验台进行随机振动试验。 道路模拟试验台是一套以液压为动力、用计算机进行控 制的有伺服功能的机械执行系统。按功能可分为五大部分： （1）信号产生系统。主要包括计算机应用远程控制软 件RPC来实现道路模拟试验系统的数据处理、结果分析， 并发出控制指令信号。 （2）电控系统。对指令信号加以处理变成电驱动信号， 并通过多重闭环严格地控制执行机构 （3）伺服控

3、制系统。将不断变化的电信号对应地转换 成动力液压油的流量及压力输出，主要部件是液压伺服阀。 （4）机械执行系统。将动力液压油的流量及压力转换 成机械运动，并将运动情况反馈到电控系统。 （5）动力供给系统。负责提供的液压驱动力，主要由 液压泵站、储能器、分油器和液压管道组成。 二十世纪五十年代，由于Moog二级伺服阀的出现，使得液 压作动器能够在较宽的频带内实现闭环控制，从而为汽车试验 提供了一个有力工具。早期的闭环控制液压作动器，一般只能 用来进行车辆的平顺性和结构的振动特性研究。在随后的十年 中，随着车辆液压疲劳试验技术的发展，开始进行可编程的疲 劳试验。美国福特公司的Willian J.

4、Sidelko提出了用液压伺服作 动器进行车架疲劳试验的方法，从而把车辆部件试验推进了一 大步。1975年，Styles和Dodds发展了有关路面模拟方面的理论， 并把一九六五年出现的快速傅立叶变换（FFT）技术用于道路 模拟方面。随着计算机技术的高速发展，在道路模拟试验台的 控制技术中出现了迭代控制软件。1977年美国MTS公司推出 RPC（Remote Parameter Control）软件，1979年德国Schenck公 司推出了ITFC系统（Iterative Transfer Function Compensation）， 1987年Fairburst公司推出了IDC软件。这三个软

5、件在道路模拟的 数学原理上基本相同，差异仅在操作功能、计算方法和计算机 硬件方面。 利用室内道路模拟系统进行可靠性等方面的试验具有多 方面的优点： 对于结构疲劳寿命试验，可以加速试验进程，节约时 间和费用，缩短开发周期； 试验不受外界条件限制，诸如气候、道路情况、驾驶 员主观感觉等； 试验可连续不中断进行； 可以比道路试验方便的测量更多感兴趣的参数； 可近距离观测整车车况，及时发现问题所在； 试验重复性好，对比性强。 道路模拟试验的发展道路模拟试验的发展 第一阶段：简单路面模拟 二十世纪六十年代汽车的设计和试验随着电液 伺服闭环技术的日趋成熟逐渐由静态力学分析为主要 试验模式发展到动态特性的研

6、究。1962年美国通用汽 车公司凯迪拉克轿车部提出并委托美国MTS公司设计 制造一台汽车道路模拟机的计划，经过双方密切合作 于1965年制造完毕并投入使用，这就是世界上第一台 汽车道路模拟机。其输入信号是这样获得的：对安装 在车身上的加速度传感器测得的加速度信号进行两次 积分获得车身对路面的绝对位移，通过安装在车身两 侧的测试轮测量测试轮与汽车车身的相对位移，二者 的差就是路面高程在时间历程上的波形，即汽车道路 模拟机的输入信号，但这种方式存在其很大的缺点： 轮胎的包容性未能被模拟，存在轨迹误差。 rLYS YdtdtYYY )( 0 第二阶段：有效路面模拟 为了克服简单路面模拟试验技术上的缺

7、点，汽 车试验技术工程师们经过分析和研究，提出了有 效路面模拟技术，其原理是：将汽车看作是由轮 胎包容特性的车轮悬上和悬下串联组成的二自由 度系统，如下图所示： 0)()( SWWWRETWRET FZMZZCZZK TSTWWTTWREWRE KFKZMKCZZZZ/)( 与简单路面模拟相同，上式表达的微分方程也是通过 计算机求解，将输出的有效道路信号作为道路模拟机的 激励信号。有效路面模拟克服了简单路面模拟技术的缺 点，使汽车道路模拟技术前进了一大步，在七十年代得 到了广泛的应用。但是这种技术仍然存在其缺点：不能 模拟车辆在实际行驶条件下的非线性，不能模拟车轴之 间的耦合特性，不能模拟来自

8、路面六自由度的受力情况。 为了进一步克服有效路面模拟技术的缺点，七十年代 中期美国MTS公司与美国通用汽车公司在著名数学家 CJDodds的指导下联合推出了著名的现代试验技术 远程参数控制技术(RPCRemote Parameter Control)， 这种模拟技术不是模拟路面，而是模拟在路面激励下被试 验车辆上任何感兴趣点的响应，能够模拟来自路面六自由 度的受力情况，这在模拟试验技术领域是一个质的飞跃。 在MTS公司推出这一技术不久，世界上著名试验机公司 SCHENCK公司和日本鸳宫公司分别推出了类似这一技术 的ITFC和RFC。INSTRON公司也推出了类似的技术。 RPC技术包括以下五个

9、步骤： 第三阶段：远程参数控制技术 1. 采集并记录有限实际道路行驶时车辆的原始响应信号； 对原始响应信号进行分析与编辑得到室内道路模拟试 验所需要的期望响应信号。 2. 用白噪声信号通过电液伺服控制系统驱动机械液压装 置，对试验系统加载，据此计算输入谱、输出谱及互 谱，求得试验系统的频率响应函数。 3. 根据逆频率响应函数和期望响应，计算生成初始道路 模拟试验的初始驱动信号。 4. 迭代过程：由于整个被试验系统是非线性的，而上述 频响函数矩阵的测定是基于系统为线性的，因此通过 迭代逐渐修正初始驱动信号得到模拟路面行驶所需的 最终驱动信号。 5. 道路模拟试验：用第4步得到的信号反复激励试件，

10、进 行以疲劳耐久性或振动噪声为测试目标的不同试验。 1 0( ) ( ) d XfHYf )()()( 00 fYfYfE d 1 00 ( )( )XfHEf 道路模拟实例 5 . 0 1 f A 载荷谱 数采仪 应变信号 位移信号 测量轮信号 后桥道路模拟试验 道路模拟试验在MTS 329 八通道轴耦合道路模 拟试验台上进行。力控制信号包括纵向、侧向、垂 直力和制动（驱动）力矩，共计4自由度，左右共8 个通道。用道路实测的作用于后桥轴头的3个力和1 个力矩作为期望信号。后桥总成响应按实车实际安 装约束条件安装于MTS 329八通道道路模拟试验台 上，并根据试验前测得的各车轮垂直载荷对其进行 预加载。 先求出从液压系统到后桥轴头间的频响函数， 再对8个力通道