应用LMS测试系统进行整车道路模拟疲劳
耐久试验载荷谱研究
1 前言
道路模拟试验是一种室内试验技术，随着随机理论、控制技术和计算机的发展，整车道路模拟试验设备也日趋完善，是考察车辆道路可靠性试验的重要手段之一，且具有试验周期短、重复性和可控性好、不受天气限制等优点，能够满足各种波形再现振动试验，是汽车开发的一项重要技术[1]。

室内道路模拟试验的主要原理是：根据用户实际道路和试验场道路对车辆的等效损伤，选择合适的试验场路面，采集汽车轴头或者车身加速度等响应信号，将采集的信号进行编辑处理，获得合适的载荷谱原始信号；运用远程控制技术，将载荷谱原始响应信号作为期望信号，利用控制软件设置白噪声驱动信号，计算出台架的频率响应函数；由采集的原始信号，经过迭代，最终求出与路面激励等效的驱动信号；最后分析原始响应信号与试验台架得出的响应信号损伤比较，从而得到试验场道路最终循环次数，将驱动信号输入，进行整车疲劳耐久试验[2]。

近年来，对乘用车道路模拟强化坏路研究相对较少，且不同的设备的技术性能都有着较大的差别，试验准备要求较高，对于试验过程中的一些问题缺乏经验。

本文详细说明了试验准备的要求；应用LMS系统中的Xpress进行路谱的采集，并介绍运用Tecware编辑和处理原始信号的技巧方法及原则；并且在迭代完毕后对载荷谱原始信号与台架目标响应信号进行损伤对比，确定最终的试验循环次数。

2载荷谱的采集
要进行台架试验首选要进行载荷谱的采集，实验台为四通道道路模拟试验台，因此需要采集汽车轴头位置处的加速度信号，以轴头对应的车身的侧位置作为过程辅助参考点，如图1、2所示：
图1左前轴头加速度传感器安装位置图2车身加速度传感器安装位置
传感器的安装原则是不论在车身还是在车轮上，传感器尽量布置在汽车的刚体位置，能够准确反映路面不平度；传感器的测量方向要尽量与车轮或车身的振动方向保持一致；确保传感器固定牢固，传感器及传感器走线不与车辆各部位产生干涉；对各传感器布置位置进行拍照，以便与台架试验时传感器保持一致[3]。

动态信号数据采集分析系统为LMS公司生产的SCD09，试验软件为Test.Xpress模块，传感器布置完毕后，将传感器与数据采集器连接，在project 中设置试验名称“D015项目”，在VB8-E中将各个通道激活，并在properties 对参数进行设置，为了最大的保留数据，采集频率选择为512Hz，在Balancing 中设置为always，因为传感器的类型为应变式，选择传感器类型为Sensor with excitation differential，将各个传感器的灵敏度在Calibration valve中设置，并在measurement 中的setup栏里的measurement time 设置采样时间为5个小时。

为将数据采集器与试验软件相连，采用车用蓄电池对数据采集器进行供电；去试验场采集路谱前，要按照相应的可靠性试验标准，进行配重（包括轴荷、整车质量），进行台架试验时的配重要与采集路谱时的配重一致；对考查的重点零部件螺栓的扭矩值进行校正，并在螺栓上作标记，方便检查和试验后比较[4]；进行采集时，必要时要记录试验场各个路面情况，开始采集和结束的时间，采集完之后以便对各路面进行提取和标记。

信号的采集地点是海南国家汽车试验场，主要采集了四号车道的7种路面，按照试验场的顺序分为石板路、卵石路、条石路、搓板路（乙）、石块路、波形路、鱼鳞坑路。

如图3所示，为采集的汽车轴头原始加速度信号。

图3采集到的原始加速度信号
3载荷谱的处理
路谱采集完成之后，并不能直接进行迭代试验，而是要对路谱进行编辑和处理，进行一定的剪辑、滤波等处理，运用LMS.Tecware软件对其滤波、剪辑等操作。

1）剪除奇异点
奇异点是指路谱中一些不符合规律的点。

一般是在采集信号过程中出现的干扰或者偶然的因素造成的，这些错误点如果大量存在于采集信号中，会造成迭代结果较大误差，导致试验不能顺利进行，因此必须在数据处理时将其删除。

2）静态值统计特性
为了保证采集的路谱信号能够反映实际的车辆对路面响应，需要多次采集信号并对每次采集的信号进行静态幅值统计比较，利用Tecware软件的static values对静态特性值进行统计，选择有效信号，如表1所示对两次采集的石块路信号进行比较，最大值、最小值、平均值、标准差都很接近，说明重复性好，为有效数据。

即可几次采集的信号中选取一组进行后续处理。

表1石块路加速度静态值比较
3）删除损伤太小的路面
试验场中有一些过渡路面和损伤很小的路面，它的伪损伤值微乎其微，对整车及零部件的损伤贡献很小，而占用的时间却较长，为了节省试验时间，加快试验进程，需要删除过渡路面，删除时要删除起始点要接近水平0点，四个车轮信号同时进行删除，删除后对比如图所示4所示，比删除前的信号（如图3）缩短了近一倍的时间。

图4删除损伤很小的路面的加速度信号
4）滤波
工程实践证明，对乘用车振疲劳寿命影响较大的路面信号主要集中在低中频部分，一般不高于50HZ，甚至更小，低损伤的高频信号一般认为是噪音信号引起的，需要将其滤掉。

以左前轮的搓板路加速度信号为例，采用Tecware软件查看其功率谱密度，发现能量主要集中在50Hz以下，因此以1到50Hz的频率低通滤波，去除干扰噪声信号，如图5所示为滤波之前左前轮搓板路加速度信号，图6为滤波后的加速度信号，可以看出滤波后，基本波形保持不变；图7为滤波前后功率谱密度对比，发现主要能量的功率谱密度相近；以滤波前后损伤来进行对比，如图8所示，根据Minner疲劳法则, 应用双参数range pair，设原始信号损伤为百分之百，滤波之后信号的伪损伤占滤波信号总损伤的90%以上，说明能量损伤衰减很小，证明滤波前后能量基本不变的情况下，去除了噪声信号，有利于迭代的精度。

载荷谱经过以上的编辑处理之后，即可进行系统识别和迭代。

图5滤波前的左前轮搓板路信号
图6滤波后的左前轮搓板路加速度信号
滤波前原始信号
滤波后的信号图7滤波前后的功率谱密度对比
图 8滤波前后的伪损伤对比
4 伪损伤比较
当迭代达到相应的精度要求之后，就会得到通过台架试验得出的最终汽车轴头加速度响应信号，迭代之后的损伤会有衰减，如果迭代达不到要求，则损伤会衰减比较大，用Tecware 软件比较目标响应信号与原始目标信号的伪损伤，将衰减的损伤以乘以损伤系数，得到合适的疲劳耐久循环数[5]，如图9所示，台架的目标响应信号与原始的目标响应信号伪损伤之比如图所示，二者之比为1:1.04，因此可以增加相应的循环数，使损伤达到与原来损伤相同的数值。

图9原始响应信号与迭代后汽车轴头目标响应信号伪损伤比
通过迭代得到最终的驱动信号，用驱动信号激励试验台，并输入循环次数，就可进行整车道路模拟疲劳耐久加速试验。

5 结论 本文应用LMS 软件中的Xpress 测试系统对道路模拟载荷谱进行了采集，并详细说明了Tecware 软件对载荷谱进行编辑和处理技巧原则，以及用range pair 双参数发对载荷谱的伪损伤进行了计算，进而完成道路模拟疲劳耐久试验。

编辑后的原始信号
迭代后的加速度响应信号滤波前原始信号
滤波后的原始信号。