2011年第3期仪表技术与传感器Instrument Technique and Sensor20ll No.3道路模拟试验载荷谱的采集、处理与应用宋勤1,姜丁2,赵晓鹏2,张强2,冯树兴2(1.沈阳理工大学,辽宁沈阳110159;2.总后勤部军事交通运输研究所,天津300161摘要:对实测的某型越野车辆在试验场采集的载荷谱,应用随机振动和谱分析理论等进行了剔除异常点、消除趋势项、平稳性检验、样本选择和低通滤波等处理,然后基于雨流统计对我荷谱进行了压缩,对压缩后的雨流均幅值矩阵进行了强化外推和基于目标关联模型的比例叠加,最后对叠加后的雨流均幅值矩阵进行了时域重构,得到了用于试验室的道路模拟试验目标载荷谱,为进行试验室车辆道路模拟试验奠定了技术基础。
关键词:试验室车辆道路模拟试验;车辆可靠性;载荷谱;预处理;雨流计数中图分类号:U467.11文献标识码:A 文章编号:1002—1841(201103—0104—03 Acquisition,Processing and Application of LoadSpectrum for Road Simulation TestSONG Qinl,JIANG Din92,ZHAO Xiao—pen92,ZHANG Qian92,FENG Shu.xin92(1.Shenyang Ligong University,Shenyang 110159,China;2.Institute of Military Transportation,Tianjin 300161.ChinaAbstract:This paper presented the load spectrum of an off-mad vehicle obtained from a standard proving ground testing,using random vibration and spectral analysis theory.The pretreatment included outliem excluding,tendency eliminating,stability test, sample selection and low pass filtering,etc.Then,it gave examples of the compression and extrapolation of load spectrum,based on rain-flow counting.Finally,based on target association model,superposition and reconstruction WaS finished.This research result Call prepare the ground for laboratory road simulation test in further step.Key words:laboratory road simulation test;vehicle reliability;load-・spectrum;pretreatment;rain・-flow counting method0引言试验室车辆道路模拟试验是近年来发展起来的研究整车可靠性的重要手段之一¨j。
试验室车辆道路模拟试验不受环境等因素的影响,可显著地缩短试验周期并节省经费,同时具有安全、节能、试验精度高、可控性和可重复性好等特点。
文中通过对实车道路采集后的路谱进行预处理和强化处理,得到了试验室车辆道路模拟试验所用的目标载荷谱。
1道路载荷谱采集试验道路载荷谱采集试验就是为了得到车辆在实际道路行驶中的载荷信息,在该车实际使用地区的公共道路或者试验场进行实车道路试验,以获取道路载荷谱旧J。
试验车辆是一部装备齐全、经过磨合期且车况良好的某型越野车。
试验前,对减振器、汽车钢板弹簧限位块进行了检查,确保它们处于正常的状态,试验车辆加满燃油,并按照要求配重,轮胎气压保持在6.5个标准气压。
考虑到车桥结构的复杂和可用空间的限制,根据该次道路试验的目的和六通道道路模拟系统的垂向激励特性, 所以选择6个车轮轮轴、车轮垂向车梁上对应位置的垂向加速度为目标测量信号。
选取的信号采集点应对路面不平度比较敏感,这样有利于提高信号的信噪比,同时还应靠近室内试验振动台上的作动器位置,将来有利于进行道路模拟试验。
根据经验选择车身上敏感点处的应变作为辅助测量点。
加速度测收稿日期:2010—12—15收修改稿日期:2011一Ol一15 点及应变辅助测点的布置如表1所示。
表1加速度测点和应变辅助测点布置表名义上各试验路段每一循环的载荷是一样的,实际上是不可能完全一致的,因此在理论上为了精确地获得载荷信号的平均值,需进行无限次测量,但实际上这是不现实的,所以由3名试车员各测5次,目标是以尽可能少的测量次数,达到足够的万方数据第3期宋勤等:道路模拟试验载荷谱的采集、处理与应用 105精度。
该次试验的测试系统采用LMS SCADAS Mobile SCM05便携式动态信号采集仪结合LMS Test.1ab实时数采分析软件。
每段加速度信号和应变信号采集之后,当即检查各通道的一致性和信号是否有奇异值,然后利用LMSTest.1ab数据采集软件的时频分析功能对加速度信号进行频域分析,对比分析信号是否有异常,然后再对加速度信号进行两次积分,求得位移信号。
如果位移信号多处存在突变,意味着未来的道路模拟试验中作动器将无法响应这类失真信号,则此次采集的信号就无效,必须重新采集。
2载荷谱的处理整车载荷谱的采集及预处理完成后,整车室内道路模拟试验时,为强化试验效果,需对载荷谱进行压缩、外推和叠加处理。
2.1载荷谱的预处理数据采集中得到的原始信号经A/D转换后常包含着不利于分析的成分,如在采集数据时会混入各种噪声,测壁仪器的非线性失真等,这些不必要的成分可能对最终的分析结果产生很大的影响p’。
因此,载荷谱采集完成后,利用改进的莱因达准则进行了异值剔除,利崩最常用ffli精度义高的最小二乘法消除了趋势项。
然后利用轮次检验法对信号进行了平稳性检验, 在样本选择完成后进行了傅里叶低通滤波H。
5J。
2.2基于雨流计数的压缩与外推载荷谱的采集过程中,一般只能进行短时间(距离的采集,如果考虑到试验里程与实际使用里程的差异,就需将短距离的载荷谱向长距离外推。
以该型越野车配载80%、速度为 20km/h在大鹅卵石路试验时右中轮轴头载荷谱为例,外推10倍前后累计循环计数对比如图2所示,循环总数从1139增加到 1l 452,而且最大载荷幅值也从171.27m/s2增加到 187.4m/s2.10倍外推后时域重构信号与原载荷谱时域信号对比如图3所示,外推前的载荷谱幅值均值为18.352m/s2,外推后载荷谱均值为78.264m/s2.:100r扣:P尝骂掣学竺堂尝等氅 (a原栽荷谱时域信号垂一1…00。
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景时间/s(b删幅度2%后时域重构信号铲兰100,缸0。
脞掣与i手i;乒;i。
(C删幅度5%后时域重构信号e毒100￡盖o■■卜———————————————一 -100一呷单昌一倒嘏景(d删幅度8%后时域重构信号图1小载荷删减前后时域信号对比图2lO倍外推前后累计计数循环对比图主一嚣如‰川蝴蛳“蝴州岫㈨誊_120l卜——前厂——赤——1占——叫矿——茜r——南__—1旨—一oo 120单 8fg 40、.,¨麟-4时阗/8(a原载荷时城信号0lO 20304050607080时阆/s(blO倍外推后时域信号圈310倍外推前后时域信号对比2.3基于目标用户关联的比例叠加载荷谱压缩只是对试验场各路段的载荷谱进行了删小量, 要进行室内道路模拟试验还需对压缩载荷谱进行强化外推和叠加以得到满足可靠性试验里程要求的目标载荷谱。
根据疲劳理论,疲劳损伤主要由循环载荷引起。
如果车辆的输入载荷相同,那么所引起的疲劳损伤理论上也应该一样"J。
根据这一原理,已知车辆在使用环境中所受的载荷输入,可以按一定的比例混合试验场里各种路面或事件的载荷谱,在室内道路模拟万方数据106Instrument Technique and Sensor Mar.20llⅢ曩;;i:]㈩Ⅲ《2]㈤f毕昌、一谊耀曩圈4叠加后累积损伤与各路况原累积损伤对比图一薰黼㈧龇————一 --OUL-.------L---.—-—-J---....—J-.......JL—-------●........』....-...J.-..—.-.JL......—-L-.......‘........・.--—-—..J-....一1208040fJ一40-80时间/s(a大鹅卵石路面外推前时域信号时阅/s(b石板路外推前时域信号(c外推并比例叠加后时域信号圈5叠加后时域信号与各叠加信号时域信号对比2.4台架应用试验基于目标用户关联的比例叠加形成目标载荷谱后,在室内道路模拟试验台上经过多次迭代形成试验台驱动信号,台架试验时试验台最终输出的激励谱和实际路面载荷谱对车辆的贡献基本一致,可以用该激励谱作为路面谱对车辆进行台架道路模拟试验。
3结束语对试验场采集的车辆载荷信号进行了各通道同步、异值剔除与趋势项消除、数据平稳性检验、样本选择和滤波等一系列处理,完成了基于雨流计数统计分析的载荷谱压缩、外推和用户关联比例叠加等强化处理,形成了用于试验室车辆道路模拟试验的目标载荷谱。
通过在车辆道路模拟试验室的验证和应用,证明研究成果可用于在试验室考核车辆的可靠性,具有显著的意义和效益。
参考文献:[1]梁映珍,周铉,王二兵.LMS系统在整车室内台架道路模拟试验中的应用.首届LMS用户大会,苏州,2006.作者简介:宋勤(1960一,副教授,研究方向为控制理论及应用。
8642246, 一 \越煅蕞一,9,毒i万方数据道路模拟试验载荷谱的采集、处理与应用作者:宋勤 , 姜丁 , 赵晓鹏 , 张强 , 冯树兴 , SONG Qin, JIANG Ding, ZHAO Xiao-peng, ZHANG Qiang, FENG Shu-xing作者单位:宋勤,SONG Qin(沈阳理工大学,辽宁沈阳,110159 , 姜丁,赵晓鹏,张强,冯树兴,JIANG Ding,ZHAO Xiao-peng,ZHANG Qiang,FENG Shu-xing(总后勤部军事交通运输研究所,天津 ,300161刊名:仪表技术与传感器英文刊名:INSTRUMENT TECHNIQUE AND SENSOR年,卷(期:2011(3被引用次数:4次参考文献(7条1. 梁映珍;周鋐;王二兵 LMS系统在整车室内台架道路模拟试验中的应用 20062. 格兰汉J A;孟少农零件疲劳设计手册 19843. 王霄锋汽车可靠性工程基础 20074. 高镇同疲劳应用统计学 19865. 张觉慧;金锋;余卓平道路模拟试验用载荷谱样本选择方法 [期刊论文]-汽车工程 2004(026. 柴春正;王政;林涛重型车整车道路模拟试验 2008(037. ENSOR D F;林晓斌关联用户用途的试车技术 [期刊论文]-中国机械工程1998(11本文读者也读过(10条1. 周洪峰 . Zhou Hongfeng 低载强化特性在轿车后桥耐久性试验载荷谱处理中的应用 [期刊论文]-上海汽车 2010(122. 李珊珊 . 黄志博 . 崔维成 . LI Shan-shan. HUANG Zhi-bo. CUI Wei-cheng 从短期测量数据来生成疲劳载荷的一种实用算法的开发 [期刊论文]-船舶力学 2011,15(33. 陶丹丹 . 董德军 . 孟庆福 . TAO Dan-dan. DONG De-jun. MENG Qing-fu4SSL-1型笼式薯类收耕机的研究设计 [期刊论文]-农机化研究 2007(24. 武滢 . 谢里阳 . WU Ying. XIE Li-yang 随机载荷作用下疲劳寿命分布预测模型 [期刊论文]-工程设计学报 2010,17(65. 武滢 . 谢里阳 . Wu Ying. Xie Liyang 基于二维载荷谱的疲劳寿命估算 [期刊论文]-机械制造 2011,49(26. 李玲 . 李江全 . 李新荣 . 黄勇 . 王艳云耕深电子测试系统的设计与试验研究[期刊论文]-石河子大学学报(自然科学版 2001,5(37. 姜开明摩擦纺抗静电地毯的研制 [学位论文]20008. 陈敏 . CHEN Min 某汽车悬架耐久性实验载荷谱的采集 [期刊论文]-制造业自动化 2010,32(119. 韦金城 . 王林 . 辛星 . WEI Jin-cheng. WANG Lin. XIN Xing 基于动态称重系统的轴载谱数据采集及处理 [期刊论文 ]-交通标准化 2009(510. 郭小锋 . 陈建 . 李祥 . 谢守勇微耕机旋耕刀组的分类与选用 [期刊论文]-四川农机 2010(6引证文献(4条1. 李建康 . 周宏月 . 宋向荣车辆道路载荷谱的Hilbert边际谱分析方法及应用[期刊论文]-汽车技术 2013(102. 李建康 . 周宏月 . 宋向荣 . 王望良基于Hilbert边际谱的道路载荷谱特征分析 [期刊论文]-河南理工大学学报(自然科学版 2013(23. 王铁 . 陈伟波 . 李晨阳乘用车道路耐久性试验规范开发方法浅析 [期刊论文]-汽车工程学报 2014(24. 张雨 . 王玉国 . 韩东景构建列车自动门振动谱的基本措施 [期刊论文]-武汉理工大学学报(交通科学与工程版 2013(5引用本文格式:宋勤 . 姜丁 . 赵晓鹏 . 张强 . 冯树兴 . SONG Qin. JIANG Ding. ZHAO Xiao-peng. ZHANG Qiang. FENG Shu-xing 道路模拟试验载荷谱的采集、处理与应用 [期刊论文]-仪表技术与传感器 2011(3。