道路模拟试验课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2009.10,*,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,2009.10,2,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。,控制：,时域分布,频域分布,多轴相位关系,参数：,加速度,应变,载荷,.,远程,响应测量传感器,加速度计,WFT,应变片,时域,频域,试验车辆,2009.10,3,道路模拟基本过程,道路数据采集,数据编辑缩减,相关分析检验,疲劳耐久性试验,失效统计,疲劳耐久性,评价报告,-,nSofte,台架驱动载荷,产生,-RPC,道路数据采集,数据编辑缩减,相关分析检验,疲劳耐久性试验,失效统计,疲劳耐久性,评价报告,-,nSofte,台架驱动载荷,产生,-RPC,2009.10,4,道路模拟基本过程,数据采集,系统传递函数测量,- FRF,数据编辑和分析,迭代,-,计算驱动信号,系统传递函数求逆,- FRF,-1,执行耐久试验,步骤,1,步骤,2,步骤,3,步骤,4,步骤,5,步骤,6,2009.10,5,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,Des,2009.10,6,道路模拟基本过程,步骤,3,：系统传递函数测量,步骤,4,：系统传递函数求逆及产生初次驱动,伺服控制器及数据采集接口,期望响应,(,G,ue,KN,),传递函数逆,(,mm/,G,u,e,KN,),初次驱动,(mm,KN,),GAIN: (0-1),道路模拟软件,系统,FRF,D/A,A/D,驱动,Drv,响应,Rsp,2009.10,7,道路模拟基本过程,步骤,5,：迭代,-,计算产生最终驱动信号,x,初次驱动,Drv,-,=,=,驱动响应,Rsp,期望响应,Des,误差,Err,传递函数逆,FRF,-1,驱动修正,Cor,x (GAIN: 0-1) x,x,+,=,下次驱动,Drv,迭代收敛,2009.10,8,步骤,6,：执行耐久试验,x N,1,道路,1,x N,2,道路,2,x,N,k,道路,k,试验监控,试验监控,误差,趋势,道路模拟基本过程,2009.10,9,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,2009.10,10,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,(,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）,道路模拟试验类型,2009.10,11,整车道路模拟试验应用,整车垂直,4,通道道路模拟,整车多轴惯性反力道路模拟,2009.10,12,整车道路模拟试验应用,高频,MAST,结构,MAST,2009.10,13,整车道路模拟试验应用,子系统,-,多轴固定反力模拟,部件多轴模拟,2009.10,14,整车道路模拟,数据采集,系统传递函数测量,- FRF,数据分析和编辑,迭代,-,计算驱动信号,系统传递函数求逆,- FRF,-1,运行耐久试验,步骤,1,步骤,2,步骤,3,步骤,4,步骤,5,步骤,6,2009.10,15,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,配置测量系统,选择合适的传感器和调理器,根据数采目的选择运行规范,采集、提交数据,设置采样参数、调试测量系统,控制通道,相关通道,备份通道,GBXXXX,QTXXXX,XXXX PG,2009.10,16,单轴向模拟,多轴向模拟,试验室,道 路,垂直,侧向,纵向,刹车,垂直,道路数据采集,2009.10,17,道路数据采集,2009.10,18,道路数据采集,试件传感器,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,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,.,2009.10,19,道路数据采集,配置测量系统,WFT,接口盒,模拟信号记录,数字信号记录,信号调理器,采样车或部件,模拟信号记录仪,数字信号记录仪,2009.10,20,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；,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。,设置采样参数、调试测量系统,道路数据采集,2009.10,21,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,数据预处理处理,扭曲路,甲石路,乙石路,卵石路,丙石路,数据分析和编辑,2009.10,22,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,t,= 1/Sample rate = 0.0048 sec,T = Frame size/Sample rate = 5 sec,f,= 1/T = 0.2 Hz,Sampling rate = 409.6 Hz,t,= 1/Sample rate = 0.00244 sec,T = Frame size/Sample rate = 2,5 sec,f,= 1/T = 0.4 Hz,数据分析和编辑,模拟试验,程序载荷,2009.10,23,数据分析,数据分析和编辑,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系判断评价信号是否正确。,饱和削波,毛刺,中断跌落,均值漂移,相同转向角不对称,噪 声,均值漂移,WFT Ripple,2009.10,24,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。,共振,3,共振,1,共振,2,试验频率范围,相差,500,倍以上,共振,3,对称通道具有不同的频谱,2009.10,25,数据分析和编辑,滤波,低通滤波,高通滤波,带通滤波,带阻滤波,惯性反力试验,带通滤波：,0.6 50 Hz,固定反力试验,低通滤波：,0 ,50 Hz,固定支架,2009.10,26,最大,/,小值,Max/Min,：,平均值,Mean,：,均方根值,RMS,：,数据分析和编辑,方差,/,标准差（中心）,:,峰值因数,Crest:,大于,7,意味着数据中可能存在毛刺或其他不规则干扰,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,:,2009.10,27,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,数据分析和编辑,数据编辑,2009.10,28,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,数据分析和编辑,多轴试验,And,单轴试验,Or,例,1,、删除城市规,范中无损伤数据,2009.10,29,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,2009.10,30,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,、,CREST,、,MAX,、,MEAN,、,MIN,、,RMS,、,STD,、,VAR,、,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,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。,数据分析和编辑,2009.10,31,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）,2009.10,32,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,2009.10,33,损伤：,线性累积损伤：,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:,Damage Time History ),目标：一般,90%-95%,损伤保留。,0,1,2,3,4,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,Classes,1,2,4,3,5,6,7,8,9,2009.10,34,数据分析和编辑,t,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。,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。,2009.10,35,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,t=0.5 sec.,t=0.1 sec.,原始,t =0.5 sec,t =0.1 sec,2009.10,36,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.,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。,2009.10,37,编辑方法,-4,损伤,-,频率关联,(RPC Pro:,Damage Frequency,),随机过程,数据分析和编辑,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,2009.10,38,数据分析和编辑,均值为,0,，均方根值为,s,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：,m=-1/b,、,b-,是材料的疲劳强度指数；,随机过程振幅的概率密度分布,随机过程的功率谱密度,2009.10,39,数据分析和编辑,滤波,2009.10,40,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得超过设备能力的模拟。,数据分析和编辑,2009.10,41,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,:,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特性，防止由于引起系统共振而引起附加载荷。,2009.10,42,转向角影响修正,转向角的影响：,测量参数是测量前在整车静态坐标（即车辆定置在水平面、各个系统都处于零位,/,中间状态）下进行平衡和标定的；,实际的车轮六分力传感器测量是在旋转坐标下完成的。车轮力传感器提供从车轮柱坐标到固定的整车总体坐标的变换，并不考虑其轴坐标的变化（即认为其与整车侧向恒一致的），这近似反映了严格的平直行驶工况。实际行驶中由于转向和路面不平等原因，轴坐标的方向并不恒定；,对于数模分析和不具备转向自由度的道路模拟设备，在对含有转向角变化、尤其是以施加侧向载荷为主的规范和操作进行模拟时，将使的纵向和侧向力产生较大的误差；,数据分析和编辑,2009.10,43,数据分析和编辑,对于不具备转向角测量并进行转向修正的车轮六分力传感器（或利用主球销测量两个水平力）。数据采集时应当增加转向角信号，通过后处理对于两个水平力进行修正。,转向角修正,坐标变换矩阵,：,WFT,局部旋转坐标系,：整车总体固定坐标系,：纵向单位矢量,：侧向单位矢量,：转向角,2009.10,44,数据分析和编辑,局部旋转坐标系下的力,转向角修正转化 到整车固定坐标系,2009.10,45,制动信号识别和处理,按照减速度制动可分为：,轻制动：,0.9 0.6,m/s/s,中制动：,2.7 0.6,m/s/s,重制动：,4.6 0.6,m/s/s,全制动：,5.5,m/s/s,轻制动的损伤贡献可以忽略，因此不予模拟。实际制动时的制动距离超过了模拟设备的位移能力因此：,如果模拟设备不具备车身纵向约束系统，采用以下方法模拟制动载荷：,识别并去掉信号中的制动事件；,通过,LF WFT My,和,Fx,综合产生反映制动的峰值纵向力和峰值制动力矩，并且不超过设备的位移能力；,如果模拟设备具有车身纵向约束系统，则直接进行模拟。,数据分析和编辑,2009.10,46,数据分析和编辑,编辑方法,-6,（根据损伤贡献忽略无,/,小损伤子规范）,忽略累计百分比等效损伤强度小于,1-2 %,的子规范；极端,(,瞬态,),和考核路面 必须保留。,子规范,等效损伤强度,/,循环,运行,重复次数,累计等效,损伤强度,累计百分比,等效损伤强度,Test_M01,6.736E-01,800,5.389E+02,62.1%,Test_M02,7.089E-04,200,1.418E-01,0.0%,Test_M03,9.557E-01,200,1.911E+02,22.0%,Test_M04,1.389E-03,500,6.945E-01,0.1%,Test_M05,8.410E-03,300,2.523E+00,0.3%,Test_M06,4.998E-04,20,9.996E-03,0.0%,Test_M07,1.155E-02,200,2.310E+00,0.3%,Test_M08,4.017E-04,200,8.034E-02,0.0%,Test_M09,6.925E-06,4,2.770E-05,0.0%,Test_M10,5.909E-02,2200,1.300E+02,15.0%,Test_M11,6.886E-03,250,1.722E+00,0.2%,Test_M12,1.894E-03,100,1.894E-01,0.0%,2009.10,47,系统传递函数测量,-FRF,系统、输入和输出：,伺服,控制器,作动,系统,信号测量系统,试验对象,试件,H(t,),或,H(f,),D/A,，,PID,作动器，,伺服阀,轮胎，车轮，悬架结构,传感器,输入,:,X(t,),或,X(f,),输出,:,Y(t,),或,Y(f,),Y(t)=,H(t,)*,X(t,),或,Y(f,)=,H(f,)*,X(f,),H,输入,X,输出,Y,道路模拟系统,2009.10,48,系统传递函数测量,-,FRF,单输入单输出系统：,多输入多输出系统：,对于每根谱线,/,频率,对于所有谱线,/,频率,-,ASD,输入自功率谱密度,CSD,输入与输出的互功率谱密度,传递函数计算,-,ASD,输出自功率谱密度,2009.10,49,系统传递函数测量,-,FRF,通道设置,.,Dsetup,建立谱型,白噪声,.WHT,.SHP,标定谱型,分解谱型,卷积,.SCL,.TRI,.DRV,.,Rsetup,2009.10,50,滤波响应,计算自谱,.DRV,.,Dsetup,驱动,/,回收,.,Rsetup,计算互谱,.RSP,.RFL,.RSD,.DSD,.CSD,计算传函,计算相干,.FRF,.COH,系统传递函数测量,-,FRF,x,y,2009.10,51,系统传递函数求逆,- FRF,-1,.FRF,方阵,求逆,非方阵求逆,.CND,.RNK,.INV,扩展,逆传函,FRF.EXP,2009.10,52,迭代,-,计算驱动信号,卷积,.EXP,.DES,.DRV,统计,.STA,产生驱动信号、迭代,2009.10,53,yes,迭代,-,计算驱动信号,开始,4.,卷积,1.,驱动,/,回收,.DRV,.RSP,2.,响应滤波,.RFL,.FIL,3.,计算误差,.DES,RSP.ERR,DRV.DER,.EXP,5.,驱动修正,NEW.DRV,统计,DRV.STA,ERR.STA,误差,结束,no,*,Gain,2009.10,54,相关性检验和评价：原始道路响应和最终台架驱动响应的比较。,时间历程比较：幅值误差（最大值,/,最小值，,RMS,值）适用于各种信号,RMS/,均方根值比较：适用于各种信号,总体能量比较： 适用于加速度信号,迭代,-,计算驱动信号,2009.10,55,相对疲劳损伤计算：适用于应力、应变、载荷及与载荷成比例关系的信号（原始道路响应损伤,=1,）,迭代,-,计算驱动信号,雨流和损伤计算,RAW.RSP,水平穿越,.RFL,RSP.DMG,RFL.DMG,RSP.LVL,RFL.LV1,相对疲劳损伤计算,2009.10,56,运行耐久试验,产生驱动顺序表,确定试验监控模式：目的是保护试件,趋势上、下极限,2009.10,57,时间历程监控,设定监控参数发生时系统反应,保持试验,Hold,停止试验,Stop,执行试验,失效寿命（时间,/,里程）及现场详细信息记录。,运行耐久试验,Low warn,Low abort,Up warn,Up abort,2009.10,58,