杜書于長清劉志遠張子雙謝強南飛

（中國第一汽車股份有限公司研發(fā)總院；汽車振動噪聲與安全控制綜合技術(shù)國家重點實驗室）

耐久性和可靠性是汽車各項性能中最基本也是最重要的性能之一。隨著汽車工業(yè)的不斷進步和發(fā)展，汽車耐久性試驗技術(shù)早已從最初的實際使用道路試驗發(fā)展到今天的試驗場試驗和試驗室試驗，其中試驗室試驗由于其具有試驗周期短、試驗結(jié)果重復性好等優(yōu)點，已占有越來越重要的地位。以往試驗室較普遍應用的多為零部件及總成的單軸向加載，隨著測試技術(shù)及試驗技術(shù)的不斷發(fā)展，多通道隨機加載試驗更能接近其承受的真實載荷，因此該試驗方法逐漸被各個研發(fā)部門采用。在室內(nèi)耐久性試驗中，模擬施加什么載荷取決于試驗對象在道路行駛中所承受的載荷。因此如何真實測試零部件及整車所承受的載荷及在試驗系統(tǒng)中真實再現(xiàn)是主要研究方向。在轎車行駛中，懸架主要受到來自車輪的垂直力、側(cè)向力、縱向力和制動力的作用，文章以某轎車的后懸架總成為研究對象，結(jié)合試驗室現(xiàn)有資源對后懸架右車輪的4 通道耐久試驗加載系統(tǒng)進行開發(fā)，對乘用車懸架總成多通道加載方法進行研究。

1 系統(tǒng)夾具設計

室內(nèi)汽車耐久性試驗的本質(zhì)是在室內(nèi)模擬汽車及其零部件在道路行駛中所承受的載荷，本試驗加載系統(tǒng)模擬實現(xiàn)懸架總成所受的垂直力、側(cè)向力、縱向力和制動力載荷，具體載荷方向，如圖1 所示。

圖1 轎車懸架系統(tǒng)主要受力分析簡圖

基于懸架結(jié)構(gòu)和其所受的實際載荷，對試驗系統(tǒng)的夾具進行設計：副車架與車身連接點通過夾具固定；替代輪輞的夾具中心與前、后懸架總成的兩側(cè)車輪輪轂軸連接；夾具外部通過球形鉸鏈分別和8 個作動器相連接，實現(xiàn)垂直載荷、縱向載荷、側(cè)向載荷和制動載荷的加載，與實際情況比較相符，球鉸鏈可以通過螺栓方便快捷地裝卸，便于選擇是否添加縱向載荷或側(cè)向載荷；替換加載輪轂上的連接盤，并調(diào)整側(cè)向加載球鉸鏈和作動器的高度便可適應具有不同車輪半徑的懸架；為實現(xiàn)制動工況，通過帶有球頭的圓柱銷夾具約束制動盤制動方向的自由度，懸架多軸向加載系統(tǒng)設計示意圖，如圖2 所示。

圖2 懸架多軸向加載系統(tǒng)設計示意圖

2 模擬試驗系統(tǒng)簡介

汽車道路模擬試驗系統(tǒng)一般是由液壓伺服加載設備、加載夾具和計算機控制系統(tǒng)、軟件分析系統(tǒng)所組成。本試驗系統(tǒng)利用MTS 公司的控制柜和作動器、cRPC 模擬迭代軟件、某轎車的后懸架及試驗夾具系統(tǒng)構(gòu)建，可以保證比較精確地模擬復現(xiàn)道路實測載荷信號的時域波形，使室內(nèi)試驗最大限度地反映實際情況，懸架系統(tǒng)多軸向加載試驗原理，如圖3 所示。

圖3 懸架系統(tǒng)多軸向加載試驗原理圖

3 數(shù)據(jù)采集、分析和處理

按照整車道路模擬試驗數(shù)據(jù)的采集方法[1-5]，對待試懸架測取準確的、有代表性的、有關(guān)用戶使用載荷工況的數(shù)據(jù)，簡稱載荷信號，這些數(shù)據(jù)一般是懸架某些部位的加速度信號或應變信號等。這些原始載荷信號可以在實際使用道路上測量，也可以在汽車試驗場上測量，用以作為室內(nèi)模擬的期望響應信號。為更加準確地獲取懸架在行駛過程中受到來自車輪的垂直力、側(cè)向力、縱向力和制動力，在轎車前后車輪安裝了車輪六分力傳感器進行數(shù)據(jù)采集。最后提取后懸架車輪中心的垂直力、側(cè)向力、縱向力和制動力載荷信號作為期望響應信號，傳感器安裝照片，如圖4 所示。

圖4 車輪六分力傳感器安裝照片

4 系統(tǒng)搭建

依據(jù)懸架多軸向加載夾具系統(tǒng)設計示意圖進行懸架總成耐久試驗系統(tǒng)搭建，具體如圖5 所示。

圖5 懸架耐久試驗系統(tǒng)裝配完成照片

5 獲取驅(qū)動信號

用cRPC 軟件生成的白噪聲信號驅(qū)動安裝好試件的試驗系統(tǒng)，同時采集載荷響應信號，由已知的驅(qū)動信號和測得的響應信號計算試驗系統(tǒng)的頻率響應函數(shù)矩陣，然后計算系統(tǒng)逆矩陣；根據(jù)系統(tǒng)逆矩陣和期望響應信號，計算所需的驅(qū)動信號；把驅(qū)動信號送給液壓伺服加載系統(tǒng)向試件施加載荷，獲得響應信號，由于系統(tǒng)存在非線性，驅(qū)動信號的計算通常要進行多次迭代修正。當控制點模擬迭代均方根誤差小于10%時停止迭代，獲得最終迭代計算出的驅(qū)動信號，用最終迭代計算出的驅(qū)動信號反復驅(qū)動加載設備，對試件進行疲勞試驗。

6 模擬迭代結(jié)果分析

被試懸架總成經(jīng)過系統(tǒng)模擬迭代的均方根誤差曲線，如圖6 所示，時間歷程對比曲線，如圖7 所示，響應通道偽損傷比較結(jié)果，如表1 所示。

圖6 試車場某路況下的模擬迭代均方根誤差曲線

圖7 某路況下的模擬迭代時間歷程曲線對比

表1 賽車參數(shù)

從以上數(shù)據(jù)可以看出，該方法能夠精確地模擬復現(xiàn)懸架總成在道路實測載荷信號的時域波形，2 種工況損傷幾乎相同。

7 結(jié)論

模擬試驗結(jié)果表明，所研制的轎車懸架多軸向加載耐久性試驗系統(tǒng)能夠正常、可靠地工作，模擬精度可以滿足工程要求；所研制的多軸向加載夾具工作可靠，靈活性強，只需替換加載輪轂上的適配夾具，并調(diào)整側(cè)向、縱向、制動加載作動器的高度，便可適應具有不同車輪半徑的懸架模擬試驗要求。

通過該方法的研究，應用實際道路隨機載荷譜進行乘用車懸架系統(tǒng)模擬迭代，再現(xiàn)實際路面振動情況，實現(xiàn)了乘用車懸架四自由度的道路模擬試驗，拓寬了乘用車懸架系統(tǒng)臺架試驗驗證手段。