汽车道路模拟试验路谱迭代

汽车道路模拟试验路谱迭代

“实车道路采谱试验就是为了得到汽车在实际道路行驶中的载

荷（应变、加速度、力等信息），在该车的实际运用地区的公路以

及试验场进行的实车道路试验。实车道路试验在汽车开发过程中占

有十分重要的地位，通过道路试验可以分别评价汽车的耐久性、舒

适性和安全性等个方面，同时考察各个系统和总成的性能。”

实车道路采谱试验就是为了得到汽车在实际道路行驶中的载荷（应变、加速度、力等信息），在该车的实际运用地区的公路以及

试验场进行的实车道路试验。实车道路试验在汽车开发过程中占有

十分重要的地位，通过道路试验可以分别评价汽车的耐久性、舒适

性和安全性等个方面，同时考察各个系统和总成的性能。

道路试验是汽车开发过程中不可或缺的重要阶段，它包括在高

速公路、普通路面、恶劣道路以及各种特殊路面上的测试，是一种

检验汽车性能的有效手段。由于西方国家的路面条件与我国实际情

况存在较大差异，因而难以参考国外引进的试验规范和试验路面谱，例如福特公司的JerryZ. Wang和Mark W. Muddiman等人曾于1996

年至1997年对中国用户道路载荷谱与福特公司在美国和比利时的试车场道路载荷谱进行了比较研究，发现在国外某种道路路面上不会

发生故障的零部件却在国内出现刚度强度问题。另外我国幅员辽阔，各地道路情况差异较大，因而也有必要对典型地区道路载荷谱进行

分析，找出其与试车场道路载荷谱对应关系，可为制定适合我国的

试验谱系及规范提供理论依据和有效参数。将地区道路等效成试车

场道路不同路段混合而成的组合路段，即得到地区道路与试验场道

路载荷谱的当量关系，就可在试车场按一定比例混合各种路面来再

现目标用户地区道路载荷输入，进一步扩展外推后，便可了解较长

里程后的损伤情况，达到加速试验的目的。

JerryZ. Wang和Mark W. Muddiman等人曾于1996年至1997

年对中国用户道路载荷谱与福特公司在美国和比利时的试车场道路

载荷谱进行了比较研究，发现在国外某种道路路面上不会发生故障

的零部件却在国内出现刚度强度问题。另外我国幅员辽阔，各地道

路情况差异较大，因而也有必要对典型地区道路载荷谱进行分析，

找出其与试车场道路载荷谱对应关系，可为制定适合我国的试验谱

系及规范提供理论依据和有效参数。将地区道路等效成试车场道路

不同路段混合而成的组合路段，即得到地区道路与试验场道路载荷

谱的当量关系，就可在试车场按一定比例混合各种路面来再现目标

用户地区道路载荷输入，进一步扩展外推后，便可了解较长里程后

的损伤情况，达到加速试验的目的。

道路采谱试验所采集参数，主要取决于路面不平度，所谓路面

不平度它表征的是道路表面对于理想平面的偏离，它具有影响车辆

动力性、行驶质量和路面动力载荷三者的数值特征。如卵石路、凹

坑路、扭曲路、鱼鳞路和搓板路等典型路况路的路面不平度是不一

样的。面不平度按波长可分为：长波、短波和粗糙纹理三种类型。

其中长波引起车辆的低频振动，短波引起车辆的高频振动，而粗糙

纹理则引起轮胎的行驶噪音。在道路的横断面上，不平度则表现为

车辙和横断面的不平，它引起车辆的侧倾。

由于路面不平度呈现出一种随机变化的特征，因此可将路面不

平度看成是随机过程，采用统计方法进行研究。为了描述不平度，

通常把路面相对基准平面的高度q，沿道路走向长度I的变化q （I），称为路面纵断面曲线或不平度函数。

路面不平度是车辆振动系统的主要振源。它使车辆在行驶中产

生行驶阻力和振动。做为汽车振动输入的路面不平度主要采用路面

位移、速度、加速度功率谱密度描述其统计特性．路面不平度的时

问历程可以视作平稳随机过程处理。所以路面位移功率谱密度可采

用幂函数形式表示如下：

对于汽车振动系统的输人除了路面不平度外，还要考虑车速u，为此需将空间功率谱转换为时间功率谱：

采集路谱就如同给不会说话的小婴儿做体检，如果想了解试验

车在实际路面行驶过程中的受力、晃动幅度、应力变化等信息，只

能通过在车上巧妙地布臵测量力、力矩、加速度、位移、应变等各

类的精密传感器，通过采集各种实车载荷数据。

路谱采集完毕后，信号并不能马上进行迭代，首先需要对所测

信号进行检验，包括随机性检验和平稳性检验，然后需要对其进行

剪辑、组合、滤波等处理。

（1）有效信号的选择：对于相同路面组成的一个循环一般会进行多次测量，需要从中选取一组数据代表实际组合路面的道路谱进

行后续的处理和迭代。为保证选取的路谱信号能有效代表实际的道

路谱，首先需要检查每次测量中各个通道信号的是否存在异常。在

测量中，如果传感器疏松黏贴、电线磨损、插头松接，会导致所测

信号中有外来的噪声信号输入，由此使得所测信号没有代表性。在

噪声分量检查完毕后，需要对每一测点多次测量进行幅值统计，以

获得这一测点各组信号的平均值、方差、最大值、最小值等统计特性，根据统计特性可以有效的排除异常信号以及选取最佳代表信号，一般需要至少6个测点的信号进行迭代，加速度的布臵要分散，并

且选择在刚度较大的地方。

（2）信号剪辑：每个测试循环由一些试车场特制的路面以及

一些过渡的一般路面组成，过渡路面产生的振动幅值和能量都很小，

对变速器及零部件疲劳损伤的贡献很小，为了缩短室内道路模拟试

验的时间，可以将这些过渡路面的信号剪掉。

（3）信号的编辑：迭代所用的路谱通常都由多种不同路面组

成的振动响应信号，在测试时这些路面不一定在一个循环内都历经，因此通常需要将不同路面的信号进行拼接。形成不同组合的路面谱。

（4）滤波：实践证明，道路激励对汽车振动和疲劳影响较大

的是路面不平度的中低频部分，其频率大致在0.5－30Hz频带内的

振动。由此，高于30Hz的能量认为是噪声信号的能量，需要把这一部分能量过滤掉，所有测点信号滤波完成后，可对明显存在毛刺的

去除，便可得到用于迭代的目标响应信号，下图为转换成频域后的

不同路段的PSD图。

（5）系统辨识：在振动台上，用白噪声作为激励识别整个系统