道路模拟试验

可见：保持采样速率不变的情况下删除波形中的部分点，相当
于原来波形时间被压缩(因此原波形的频率被提高了)，其惯性力将会
以压缩后和压缩前频率比的平方倍数增加，相应地系统的变形亦会
增加，从而获得大变形的效果 。由于疲劳仅仅取决于载荷大小，不
考虑频率因素。从而使原来不可模拟的载荷成为可能。
注意：采用时基压缩方法时应当充分考虑到各个子系统的结构动力
整车多轴惯性反力道路模拟
整车垂直 4 通道道路模拟
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整车道路模拟试验应用
结构 MAST
高频 MAST
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整车道路模拟试验应用
子系统-多轴固定反力模拟
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部件多轴模拟
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整车道路模拟
数据采集
步骤 1
数据分析和编辑
步骤 2
系统传递函数测量
- FRF
步骤 3
系统传递函数求逆
Damage Time History )
目标：一般90%-95% 损伤保留。
Classes
4
3
1
2
1
4 2
3
6 5
8
9
7
01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
损伤：
n n S d N N S i
i
i
k
i
0
k
0
i
线性累积损伤：
数据采集
步骤 1
数据编辑和分析
步骤 2
系统传递函数测量
- FRF
步骤 3
系统传递函数求逆
- FRF-1
步骤 4
迭代 -计算驱动信号
步骤 5
执行耐久试验
步骤 6
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5
道路模拟基本过程
步骤 1：道路/运行载荷数据测量
耐久试验 规范
采样参数设 置系统标定
步骤 2：编辑分析数据 -产生期望响应
软件和工具：RPC/nCode/TecWare ……
采样频率 -采样定理 抗混滤波器截至频率 测量上、下限 通道标定 计算通道设置 记录数据模式 规范的通道命名 ➢ 信号极性 - 载荷方向和极性规一化
路沿、减速坎、转弯、加速/刹车、减速坎等具有确定载荷特征的工况 和道路输入进行预采样确认。
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数据分析和编辑
数据预处理处理
Sampling rate = 409.6 Hz Δt = 1/Sample rate = 0.00244 sec T = Frame size/Sample rate = 2,5 sec Δf = 1/T = 0.4 Hz
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模拟试验
程序载荷 23
数据分析和编辑
数据分析
➢ 时间域 结合车辆的运行工况，通过信号的幅值特征和通道间相位关
- FRF-1
迭代 -计算驱动信号
步骤 4 步骤 5
运行耐久试验
步骤 6
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道路数据采集
一般的道路数据采集流程
数据采集的目的-用途 根据数据用途选择测量参数
控制通道 相关通道 备份通道
选择合适的传感器和调理器
根据数采目的选择运行规范
GBXXXX QTXXXX XXXX PG
汽车整车耐久性试验室道路模拟试验
道路模拟技术简介
➢ 什么是道路模拟技术 ➢ 道路模拟基本过程 ➢ 道路模拟试验类型 ➢ 道路模拟应用举例 ➢ 整车道路模拟
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道路模拟 - 远程参数控制
远程参数控制是一种先进的模拟技术。它利用试验室结构动力学 试验和环境控制系统，再现和分析机械实际运行的力学和运动状态。
得超过设备能力的模拟。
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数据分析和编辑
上图所示：将超低频期望相应-悬架位移信号进行3倍的时间/频
率压缩，使原来超过设备能力的信号成为可能。
非悬挂质量的惯性力：
压缩前: 压缩后:
f (t) 2 M D Sin( t) f (t) 9 2 M D Sin(3 t)
(上限取决于作动器性能）
惯性固定混合反力 •不同方向上开放和封闭的 力回路同时存在； •各个方向上模拟频带不
同；
固定反力 •各个方向形成封闭的力回 路； •车身再三方向固定； •能模拟静（0频率）载荷； •通常模拟频带：0-50 Hz (上限取决于作动器性能）
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整车道路模拟试验应用
D di
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数据分析和编辑
对于每个雨流循环计算其疲劳损伤，疲劳损伤被赋予该循环的拐点 及其左、右时刻。由此形成损伤时间历程。
t
按照选定的损伤累积时间周期t，计算每一累积分段的累积损伤值。 然后按照总保留损伤要求对各个周期进行删除或保留取舍。
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数据分析和编辑
例6、
试 验：整车12通道道路模拟， 期望响应/控制信号：车轮三方向力 编辑准则：各个WFT通道保留90%损伤 逻辑关系：AND
特性，防止由于引起系统共振而引起附加载荷。
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数据分析和编辑
转向角影响修正
转向角的影响：
➢ 编辑方法-1
时间历程删除-根据目视方法进行手动删除，主要用于： 快速、瞬态道路和工况。 特征已于识别的道路和工况。 包含足够高的损伤密度的道路和工况
例1、删除城市规 范中无损伤数据
多轴试验 And
单轴试验 Or
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数据分析和编辑
例2、删除快速/瞬态规 范中的辅助连接道路
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平均值 Mean：
x 1 jN
Mean
N j 1
j
均方根值 RMS：
x 1 jN
RMS
2
N j 1
j
方差/标准差（中心）:
x 1 jN N j 1
2
Mean
j
峰值因数 Crest:
Crest Maxor Min
大于7意味着数据中可能存在毛刺 或其他不规则干扰
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数据分析和编辑
试验 监控
试 验 监 控
误差 趋势
x N1 道路 1
道路 2
x N2 ……
x Nk 道路 k
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道路模拟试验类型
轮耦合-垂直载荷输入
轴耦合-多轴载荷输入
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道路模拟试验类型
惯性反力 •开放的力回路； •车身在垂直方向自由； •不能模拟低频加速度或载荷响 应； •通常模拟频带：0.6 – 50 Hz
原始 t =0.5 sec t =0.1 sec
可以看出：在保留同样百分比损伤的前提下，不同的累积分段长度，会 得到不同的压缩效果。过小的累积长度分段将会引入过多的连接，从而改 变信号的频率特性。实际应用时应当兼顾压缩效率和频率特性。
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数据分析和编辑
➢ 编辑方法-4
损伤-频率关联 (RPC Pro: Damage Frequency) 随机过程
删除时必须注意保留必要的极端(瞬态)路面；
删除后的路面总长度不应少于原路面长度的一定比例，以避 免过分取舍和强化而引起信号失真。
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数据分析和编辑
例4、
试 验：整车垂直4通道模拟， 期望响应/控制信号：车轮轴头垂直加速度 编辑准则：ABSMAX ＞10 删除，删除含有绝对最大加速度超过10g的帧 逻辑关系：OR（删除超过设备能力/安全隐患的信号）
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t=0.5 sec. t=0.1 sec.
原始 t =0.5 sec t =0.1 sec
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数据分析和编辑
例7、
试 验：整车三轴向道路模拟， 期望响应/控制信号：悬架应变/车轮三方向力 编辑准则：各个应变通道保留90%损伤 逻辑关系：AND
t=0.5 sec. t=0.1 sec.
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Des 6
道路模拟基本过程
步骤 3：系统传递函数测量
A/D
响应 Rsp
系统 FRF
D/A
伺服控制器及 数据采集接口
步骤 4：系统传递函数求逆及产生初次驱动
道路模拟软件
期望响应 (G, ue, KN)
传递函数逆 ( mm/G, ue, KN )
×
＝
驱动 Drv
初次驱动 (mm, KN)
系判断评价信号是否正确。
饱和削波
中断跌落
均值漂移
均值漂移
毛刺
相同转向角不对称
噪声
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WΒιβλιοθήκη BaiduT Ripple
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数据分析和编辑
➢ 频率域 通过频谱等评价、判断信号频率特性（共振、能量水平）是
否正确，确认是否超过台架性能范围。
试验频率范围
共振2 共振3 共振3
对称通道具有不同的频谱
共振1
相差500倍以 上
➢ 数据格式转换 ➢ 删除连接道路并按照道路事件和运行工况划分数据
扭曲路
甲石路
乙石路 卵石路
丙石路
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数据分析和编辑
➢ 采样频率调整 204.8Hz （最高感兴趣频率的3-4倍）
➢ 选择帧长度-数据平均长度 1024 点
Sampling rate = 204.8 Hz Δt = 1/Sample rate = 0.0048 sec T = Frame size/Sample rate = 5 sec Δf = 1/T = 0.2 Hz
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数据分析和编辑
➢ 滤波
低通滤波
高通滤波
惯性反力试验 带通滤波：0.6 – 50 Hz
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带通滤波
带阻滤波
固定 支架
固定反力试验 低通滤波：0 – 50 Hz
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数据分析和编辑
➢ 幅值域
根据信号的统计特征值评价判断信号的变化趋势。 统计参数:
最大/小值 Max/Min：
配置测量系统
设置采样参数、调试测量系统
采集、提交数据
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道路数据采集
试验室
单轴向模拟
垂直
垂直 侧向 纵向 刹车
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多轴向模拟
道路
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道路数据采集
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道路数据采集
常用道路数据采集传感器
加速度计
车轮力传感器
位移传感器
悬置力传感器
电阻应变片
试件传感器
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(
2M
0
)m
(
m 2
1)
m=-1/b、b-是材料的疲劳强度指数；
E(0 )
f 2W ( f )df 0 0 W ( f )df
S M0
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数据分析和编辑
滤波
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数据分析和编辑
➢编辑方法-5 （特殊信号的编辑处理） 超低频率信号-时基压缩 对时域低频信号进行时基压缩，利用试件的惯性反作用获
响应测量传感器
加速度计
WFT
应变片 ……
试验车辆
远程
参数：
加速度 应变 载荷
...
时域
控制：
• 时域分布 • 频域分布 • 多轴相位关系
频域
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道路模拟基本过程
道路数据采集
数据编辑缩减
台架驱动载荷 产生
相关分析检验
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疲劳耐久性试验
失效统计
疲劳耐久性 评价报告
4
道路模拟基本过程
数据编辑
➢目的 缩短试验周期（时间/里程）； 按照保留损伤要求，去掉信号中无/小损伤成分-保持损伤相等/相近； 去除毛刺等异常数据。
➢要求 不产生附加损伤； 保持通道间向相位关系。
➢断点连接方式和平滑： 半正弦、 线性、 连接到两点平均值、 直接连接
2009.10
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数据分析和编辑
GAIN: (0-1)
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7
下次驱动 Drv 初次驱动 Drv
x (GAIN: 0-1) x
道路模拟基本过程
步骤 5：迭代-计算产生最终驱动信号
-
=
x
驱动响应 Rsp
期望响应 Des
误差 Err
x
=
+=
传递函数逆 FRF-1
驱动修正 Cor
迭代收敛
2009.10
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道路模拟基本过程
步骤 6：执行耐久试验
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数据分析和编辑
➢ 编辑方法-2
基于统计删除-根据下列统特征参数门坎准则删除。
ABSMAX、 MEAN、 STD、
CREST、 MIN、 VAR、
MAX、 RMS、 MAX&MIN
基于统计参数的绝对值门槛
基于统计参数的百分比门槛
删除逻辑方法 – 不改变通道间相位关系
AND
OR
删除原则
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数据分析和编辑
例5、
试 验：整车垂直4通道模拟， 期望响应/控制信号：车轮轴头垂直加速度 编辑准则：删除 Std ＜总体标准差75%的帧 逻辑关系：AND
2009.10
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数据分析和编辑
➢编辑方法-3
基于疲劳损伤删除-根据保留百分比疲劳损伤删除准则删除。( RPC Pro:
零件改造：
1、通过减小结构尺寸、 孔、槽等增加应变灵敏 度； 2、前提是不改变零件 及相关系统子系统的结 构动力特性.
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道路数据采集
配置测量系统
模拟信号记录
模拟信号记录仪
信号调理器
数字信号记录
采样车或部件
数字信号记录仪
WFT 接口盒
2009.10
20
道路数据采集
设置采样参数、调试测量系统
➢ 轮胎气压并进行车辆四轮定位； ➢ 测试前车辆磨合； ➢ 正确配置载荷，不同载荷下状态下轮荷/轴荷，Z/D 高度测量； ➢ 采样参数设置；
2009.10
窄带随机过程 宽带随机过程 白噪声随机过程
窄带随机过程 宽带随机过程 白噪声随机过程
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数据分析和编辑
随机过程振幅的概率密度分布
随机过程的功率谱密度
均值为0，均方根值为σs的稳态窄带高斯随机过程的峰值、变 程（Range）或振幅符合瑞利分布：
k
DNB
ni
1
A
E
(S
m a
)
E(0 ) *T A