摩託車道路模擬試驗方法
2023-06-24 15:09:16 1
摩託車道路模擬試驗方法
【專利摘要】本發明的一種摩託車道路模擬試驗方法，包括(1)採集道路行駛時車輛的原始響應信號；(2)信號編輯處理得到室內試驗期望響應信號；(3)測量振動試驗系統的頻率響函數；(4)計算振動試驗臺的驅動信號；(5)信號迭代；a如果不符合就返回到第4步；b符合就進行下一步；(6)獲得滿足精度要求的試驗臺驅動信號；(7)室內道路模擬試驗；(8)試驗結果處理、尋找室內室外試驗的當量關係；在第2步、第7步、第8步進行試驗方法改進，達到本明的技術目的；通過本方法能夠具有縮短試驗周期、節省試驗費用，試驗結果準確、可比性強、安全性好，可以對某些重要結構進行專項研究試驗，可用於摩託車產品的結構強度、耐久性及行駛舒適性研究。
【專利說明】
摩託車道路模擬試驗方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於一種車輛試驗方法，具體的講是一種摩託車道路模擬試驗方法，一種可以實現摩託車室外道路試驗在室內採用臺架振動方式進行模擬的等效試驗方法。
【背景技術】
[0002]近年來，我國的摩託車工業有了突飛猛進的發展，年產量、出口量均已居於世界首位，但由於我們長期研發投入不足，自主開發技術水平不高等原因，使我國生產的摩託車產品總體水平與工業發達國家相比還有著不小的差距。這種差距在摩託車中、高端產品方面表現得尤為明顯，嚴重影響了我國摩託車在國際市場上的競爭力。
[0003]長期以來，我國摩託車結構及相關零部件在設計時主要採用的是靜強度的設計方法，產品的可靠性主要取決於安全係數的選取，並且認為安全係數越大越好。由此得到的結果往往是產品的強度過高、結構龐大、材料的利用率較低，引發資源的浪費，而另一方面則由於對實際使用工況估計不足，出現了產品過早損壞的情形。為了使其結構設計更加科學合理，提高產品的總體性能，開展摩託車整車臺架試驗方法研究具有非常重要的現實意義。探索一種方便、快捷、準確的摩託車臺架試驗方法，從而提高摩託車整車可靠性、結構強度及平順性，是我國摩託車行業迫切需要解決的一個關鍵技術問題。
[0004]本發明主要是通過研究並獲取各種摩託車在典型路面不同工況下的載荷歷程，建立臺架模擬試驗路譜，並通過完成以下研究內容，形成確實可行的摩託車及零部件可靠性試驗方法，以便迅速、高效地完成摩託車整車可靠性試驗，為我國、特別是我市摩託車企業整車開發提供技術支持。
[0005](I)通過對兩輪、三輪摩託車和四輪全地形車車試驗場可靠性路譜的採集、編輯技術。選定有代表性的摩託車制定測試方案，到試車場或特定路面採集各種道路數據(包括加速度信號及應變信號等)進行編輯、組合。
[0006](2)通過對兩輪、三輪摩託車和四輪全地形車臺架可靠性試驗與試車場(道路)可靠性之間的當量關係。利用採集得到的道路數據，通過實驗室內模擬迭代，建立臺架試驗驅動信號，再現試車場或特定路面狀況，同時進行各試驗參數模擬試驗精度分析研究，根據試驗結果，確定臺架可靠性試驗與試車場可靠性之間的當量關係。
[0007](3)研究摩託車可靠性試驗方法及評價辦法，編輯完成模擬試驗的方法及評價的試驗實施規範。
[0008](4)研究摩託車零部件及結構件可靠性試驗的試驗方法及評價辦法。選取車架或典型零部件總成進行模擬試驗研究，研究關鍵部件的疲勞破壞模式及失效機理。
【發明內容】
[0009]本發明的目的就是提供一種摩託車道路模擬試驗方法，本試驗方法具有不但可以縮短試驗周期、節省試驗費用，更重要的是試驗結果準確、可比性強、安全性好，而且還可以有針對性地對某些重要結構進行專項研究試驗，可用於摩託車產品的結構強度、耐久性及行駛舒適性研究。
[0010]本發明的摩託車道路模擬試驗方法基于振動試驗臺硬體，採用RPC(遠程參數控制)技術，以兩輪摩託車、三輪摩託車和四輪全地形車為研究對象，以在臺架上復現車輛在道路試驗時的振動響應為目標，通過以下技術流程，實現了在臺架上復現道路試驗狀態下車輛振動響應的目標。
[0011]本發明的一種摩託車道路模擬試驗方法，包括:(I)、採集道路行駛時車輛的原始響應信號；(2)、信號編輯處理得到室內試驗期望響應信號；(3)、測量振動試驗系統的頻率響函數；(4)、計算振動試驗臺的驅動信號；(5)、信號迭代；a、如果不符合就返回到第4步；b，符合就進行下一步；￠)、獲得滿足精度要求的試驗臺驅動信號；(7)、室內道路模擬試驗；(8)、試驗結果處理、尋找室內室外試驗的當量關係；其特徵在於:在所述第2步中，a、在信號處理中採用消除趨勢項的方法去除原始信號採集時的系統誤差，經處理後的信號更能接近真實路面上的振動響應情況；b、在本步驟中，除去掉連接部分路段外，不採用捨棄小的響應信號的方法，以儘量多地保持信號的原始信息，使得採用線性損傷理論計算臺試與路試之間當量關係時的計算結果更精確；c、在步驟中，參照GB/T5374-2008《摩託車和輕便摩託車可靠性試驗方法》規定，將平坦路、坡路和顛簸路以40^^30%和30%比例進行連接，建立起與GB/T5374-2008標準所規定的路面比例一致的試驗路譜；在所述上述第7步中，對車輛採用的安裝方式:兩車摩託車在其前端採用兩根鬆緊繩來約束前端把手，在車輛後端採用兩根鬆緊繩來約束後端行李架，在前後輪的左右側和前輪前方以後輪後方分別採用專用工裝來限制其前後方向和左右方向的大幅竄動，並保證其在上下振動運動時不發生幹涉；正三輪安裝至試驗機臺面後，其前端採用和二輪摩託車相同的方式，用兩根鬆緊繩來約束前端把手，以保證在試驗過程中前輪不發生轉向，然後利用專用工裝限制其左右方向的大幅擺動並在車輛前後端松套繩索防止車輛前後竄動以保證試驗安全；四輪全地形車在車輛前後端松套繩索防止車輛前後竄動而保證試驗安全，並在車輛各外側車輪處安裝專用工裝限制其左右方向的大幅擺動；所述上述第8步中，a、在當量關係確定中，採用基於Miner線性累積損傷理論的當量損傷計算方法來確定室內試驗和室外試驗之間的當量關係；b、在快速試驗應用中，採用增大載荷級別的快速試驗方法及基於相對Miner法則的當量損傷折算方法進行快速試驗.
[0012]進一步:道路模擬試驗主要包括計算機、電控系統、數據採集系統、機械、伺服液壓系統以及傳感器、整車道路振動臺組成，將傳感器安裝在摩託車車輪軸附近，摩託車安裝在振動臺上，傳感器與數據採集系統相連接，利用計算機軟體遠程參數控制技術，依據道路試驗獲得振動響應信號，生成驅動振動臺的驅動信號，由測控系統輸出到振動臺實施激振；同時，測控系統採集摩託車和振動臺的響應和狀態，根據響應信號的誤差，修正振動臺驅動信號，反覆迭代，並把數據傳到計算機中，最終的結果就是要通過迭代找到可以獲得期望響應信號的驅動信號，並用它來控制測控系統。由於測控系統(包含安裝夾具、液壓系統和試驗樣品)是非線性的，不可避免地存在交叉耦合，迭代過程就是不斷重複測量實測信號和期望響應信號間的誤差來修正驅動信號的過程。迭代完成後，用最終迭代獲得的滿足精度要求的激勵信號驅動作振動臺，然後正式進入整車或零部件的試驗階段。試驗完成後，採用Miner線性累積損傷理論或相對Miner法則進行損傷當量計算,將臺架試驗時間轉換為道路試驗當量行駛裡程，從而實現室外道路可靠性試驗的室內臺架振動試驗模擬並獲得基本等效的試驗結果。
[0013]進一步:整車道路振動臺由控制計算機發出驅動信號(作為模擬系統的輸入)開始，經D/A轉換器、電控系統、伺服液壓裝置、被試車輛、數據採集裝置等後，最後又將車輛軸頭上測量得到加速度的響應及車輛結構件上所獲得的應變響應經A/D轉換器數位化(作為模擬系統的輸出)送回計算機，以上這些環節共同構成了一個完整的道路模擬試驗系統。並且其試驗路譜庫中用於驅動振動臺的的路譜信號與通所採用的特定道路試驗場路譜信號不同，其中平坦路、坡路和顛簸路的比例為4: 3: 3。
[0014]進一步，根據以上實驗方法進行編制適用於利用道路模擬試驗臺進行摩託車、輕便摩託車和全地形車臺架振動可靠性試驗的摩託車臺架可靠性試驗實施規範，並規定利用道路模擬試驗臺進行摩託車臺架振動可靠性試驗的試驗條件、方法步驟和評價辦法。
[0015]有益效果
[0016]本發明的有益效果是具有不但可以縮短試驗周期、節省試驗費用，更重要的是試驗結果準確、可比性強、安全性好，而且還可以有針對性地對某些重要結構進行專項研究試驗，可用於摩託車產品的結構強度、耐久性及行駛舒適性研究。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]附圖是本發明的試驗步驟簡圖。
【具體實施方式】
[0018]如圖所示是本發明的試驗方法的步驟示意圖，本發明所採用的道路模擬試驗臺由計算機、電控系統、數據採集系統、機械、伺服液壓系統等硬體設備組成。其試驗方法有:
[0019](I)、採集道路行駛時車輛的原始響應信號；(2)、信號編輯處理得到室內試驗期望響應信號；(3)、測量振動試驗系統的頻率響函數；(4)、計算振動試驗臺的驅動信號；(5)、信號迭代；a、如果不符合就返回到第4步；b，符合就進行下一步；￠)、獲得滿足精度要求的試驗臺驅動信號；(7)、室內道路模擬試驗；(8)、試驗結果處理、尋找室內室外試驗的當量關係；其特徵在於:在所述第2步中，a、在信號處理中採用消除趨勢項的方法去除原始信號採集時的系統誤差，經處理後的信號更能接近真實路面上的振動響應情況；b、在本步驟中，除去掉連接部分路段外，不採用捨棄小的響應信號的方法，以儘量多地保持信號的原始信息，使得採用線性損傷理論計算臺試與路試之間當量關係時的計算結果更精確；c、在步驟中，參照GB/T5374-2008《摩託車和輕便摩託車可靠性試驗方法》規定，將平坦路、坡路和顛簸路以40%、30%和30%比例進行連接，建立起與GB/T5374-2008標準所規定的路面比例一致的試驗路譜；在所述上述第7步中，對車輛採用的安裝方式:兩車摩託車在其前端採用兩根鬆緊繩來約束前端把手，在車輛後端採用兩根鬆緊繩來約束後端行李架，在前後輪的左右側和前輪前方以後輪後方分別採用專用工裝來限制其前後方向和左右方向的大幅竄動，並保證其在上下振動運動時不發生幹涉；正三輪安裝至試驗機臺面後，其前端採用和二輪摩託車相同的方式，用兩根鬆緊繩來約束前端把手，以保證在試驗過程中前輪不發生轉向，然後利用專用工裝限制其左右方向的大幅擺動並在車輛前後端松套繩索防止車輛前後竄動以保證試驗安全；四輪全地形車在車輛前後端松套繩索防止車輛前後竄動而保證試驗安全，並在車輛各外側車輪處安裝專用工裝限制其左右方向的大幅擺動；所述上述第8步中，a、在當量關係確定中，採用基於Miner線性累積損傷理論的當量損傷計算方法來確定室內試驗和室外試驗之間的當量關係；b、在快速試驗應用中，採用增大載荷級別的快速試驗方法及基於相對Miner法則的當量損傷折算方法進行快速試驗.
[0020]本實施例中的道路模擬試驗主要包括計算機、電控系統、數據採集系統、機械、伺服液壓系統以及傳感器、整車道路振動臺組成，將加速度傳感器安裝在摩託車車輪軸附近，摩託車安裝在振動臺上，加速度傳感器與數據採集系統相連接，利用計算機軟體遠程參數控制技術，依據道路試驗獲得振動響應信號，生成驅動振動臺的驅動信號，由測控系統輸出到振動臺實施激振；同時，測控系統採集摩託車和振動臺的響應和狀態，並把數據傳到計算機中，根據響應信號的誤差，修正振動臺驅動信號，反覆迭代，最終的結果就是要通過迭代找到可以獲得期望響應信號的驅動信號，並用它來控制測控系統。由於測控系統(包含安裝夾具、液壓系統和試驗樣品)是非線性的，不可避免地存在交叉耦合，迭代過程就是不斷重複測量實測信號和期望響應信號間的誤差來修正驅動信號的過程。迭代完成後，用最終迭代獲得的滿足精度要求的激勵信號驅動作振動臺，然後正式進入整車或零部件的試驗階段。試驗完成後，採用Miner線性累積損傷理論或相對Miner法則進行損傷當量計算，將臺架試驗時間轉換為道路試驗當量行駛裡程，從而實現室外道路可靠性試驗的室內臺架振動試驗|吳擬並獲得基本等效的試驗結果。
[0021]本實施例中整車道路振動臺由控制計算機發出驅動信號(作為模擬系統的輸入)開始，經D/A轉換器、電控系統、伺服液壓裝置、被試車輛、數據採集裝置等後，最後又將車輛軸頭上測量得到加速度的響應及車輛結構件上所獲得的應變響應經A/D轉換器數位化(作為模擬系統的輸出)送回計算機，以上這些環節共同構成了一個完整的道路模擬試驗系統。並且其試驗路譜庫中用於驅動振動臺的的路譜信號與通所採用的特定道路試驗場路譜信號不同，其中平坦路、坡路和顛簸路的比例為4: 3: 3，通過按照這樣的分配比例採集在各個環節中的數據進行分析。可以使得室內試驗的數據與實際試驗相接近。
[0022]本實施例中:可以根據本試驗方法編制適用於利用道路模擬試驗臺進行摩託車、輕便摩託車和全地形車臺架振動可靠性試驗的摩託車臺架可靠性試驗實施規範，並規定利用道路模擬試驗臺進行摩託車臺架振動可靠性試驗的試驗條件、方法步驟和評價辦法。
[0023]因道路模擬試驗臺不可能直接模擬道路表面不平度，主要是模擬摩託車軸頭處加速度的響應量，其實現通常由由以下6個步驟組成:
[0024](I)採集並記錄選定的典型道路行駛時車輛的原始響應信號。
[0025]響應信號可以是加速度，應力或位移，試驗場或用戶道路的響應信號時間歷程通過模擬量或是數字量的方式進行記錄。一般來說，用於數據採集的傳感器數量要多於室內模擬試驗時的控制通道的數量。
[0026](2)對原始響應信號進行分析與編輯得到室內道路模擬試驗所需要的期望響應信號。
[0027]對於採集到的原始信號，由於外界幹擾信號的存在、儀器本身存在的零點飄移偏差等，使得原始信號本身存在著非正常信號。同時更重要的一個因素是，在設定的測試條件下，對測試時的速度、路況都有相應規定，而摩託車的行駛總存在著加速、減速、起動等過程，這一部時間內採集的信號，雖說也屬於隨機信號，但並不是我們要分析處理的實際測試信號，因此有必要把這些不屬於設定測試範圍內的信號加以剔除掉，然後再進行時域、頻域等分析。
[0028]由於測試過程中儀器所採集的數據包含有摩託車的加速、減速、停車、轉彎、剎車等工況下的信號，這些都是所要求的在正規路面、標準速度下的工況，因此，要將所需要的數據從原始工況數據中分割出來。不論是應變還是振動信號，都要經過一系列分割、合併、零均化處理和畸點消除處理後才能進行統計、疲勞載荷的雨流計數、時域及頻域內的各種相關參數的處理。
[0029]另外摩託車在路面上正常行駛時，輪胎受到的衝擊及振動的大小是一個隨機過程。這是因為即便是在同一路面上，行駛速相同，天氣狀況也相同，並且由同一個駕駛員駕駛的情況上，所獲得的信號也不會完全一致，但其分布完全符合隨機分布的規律。基於這個原因，在處理所測得的響應信號的時候，可以按隨機信號分布規律來處理，而不會影響整體響應信號的分布。
[0030](3)測量試驗臺的頻率響應函數
[0031]使用白噪聲信號作為試驗臺驅動信號並測量車輛在模擬試驗臺上的響應信號，利用響應信號計算試驗臺的頻率響應函數。
[0032](4)估算初始驅動信號
[0033]根據(3)中得到的頻率響應函數和(2)中所需要的期望響應信號，計算得到初始驅動信號。
[0034](5)執行迭代
[0035]由於測控系統(包含安裝夾具、液壓系統和試驗樣品)是非線性的，不可避免地存在交叉耦合，迭代過程就是不斷重複測量實測信號和期望響應信號間的誤差來修正驅動信號的過程，最終的結果就是要通過迭代找到可以獲得期望響應信號的驅動信號，並用它來控制測控系統。滿足精度的驅動信號，首先必須是RPC點(即軸頭上的加速度信號測量點)加速度均方根值誤差低於5%，其次還要滿足非RPC點在道路試驗和臺架試驗中的響應基本一致。
[0036](6)進行可靠性試驗
[0037]獲得合適的驅動信號後即試驗路譜後，將它們作為控制器的輸入信號來驅動試驗臺架，然後參照有關行業、企業規範編制試驗方案進行可靠性試驗。試驗完成後，採用等損傷理論確定臺架試驗和道路試驗間的當量關係。
[0038]從摩託車道路模擬試驗原理及方法不難發現，採用MTS臺架進行摩託車可靠性試驗不能完全替代道路可靠性試驗，兩種試驗環境中摩託車所處的狀態和受力情況都存在著一些差異，這也是行業的共識。研究摩託車臺架可靠性方法的意義在於實現摩託車室外道路試驗的室內模擬，通過比較分析和調整，再現摩託車主要結構件的受力狀況，實現波形或功率譜的再現；並通過一定的方式進行快速試驗或強化試驗，從而得到比道路試驗更準確、更多、更科學的試驗結果並藉此實現快速改進產品設計，提高產品自主開發水平，增強國際市場競爭力的目的。
[0039]通過一系列的試驗結果來看，利用道路載荷譜的方法來完成摩託驅動橋可靠性試驗是科學合理的。經對試驗數據的對比分析，可以得出一些對產品設計和改進具有指導意義的結果，充分說明基於載荷譜的摩託車零部件道路模擬試驗方法技術實用可行，工程意義明顯。在實際應用中還可以根據研究需要，採用加大頻率或載荷的試驗方法來進行強化或超載試驗研究，這也是道路試驗無法比擬的。
【權利要求】
1.一種摩託車道路模擬試驗方法，包括:(I)、採集道路行駛時車輛的原始響應信號；(2)、信號編輯處理得到室內試驗期望響應信號；(3)、測量振動試驗系統的頻率響函數；(4)、計算振動試驗臺的驅動信號；(5)、信號迭代；a、如果不符合就返回到第4步；b，符合就進行下一步；(6)、獲得滿足精度要求的試驗臺驅動信號；(7)、室內道路模擬試驗；(8)、試驗結果處理、尋找室內室外試驗的當量關係；其特徵在於:在所述第2步中，a、在信號處理中採用消除趨勢項的方法去除原始信號採集時的系統誤差，經處理後的信號更能接近真實路面上的振動響應情況；b、在本步驟中，除去掉連接部分路段外，不採用捨棄小的響應信號的方法，以儘量多地保持信號的原始信息，使得採用線性損傷理論計算臺試與路試之間當量關係時的計算結果更精確；c、在步驟中，參照GB/T5374-2008《摩託車和輕便摩託車可靠性試驗方法》規定，將平坦路、坡路和顛簸路以40^^30%和30%比例進行連接，建立起與GB/T5374-2008標準所規定的路面比例一致的試驗路譜；在所述上述第7步中，對車輛採用的安裝方式:兩車摩託車在其前端採用兩根鬆緊繩來約束前端把手，在車輛後端採用兩根鬆緊繩來約束後端行李架，在前後輪的左右側和前輪前方以後輪後方分別採用專用工裝來限制其前後方向和左右方向的大幅竄動，並保證其在上下振動運動時不發生幹涉；正三輪安裝至試驗機臺面後，其前端採用和二輪摩託車相同的方式，用兩根鬆緊繩來約束前端把手，以保證在試驗過程中前輪不發生轉向，然後利用專用工裝限制其左右方向的大幅擺動並在車輛前後端松套繩索防止車輛前後竄動以保證試驗安全；四輪全地形車在車輛前後端松套繩索防止車輛前後竄動而保證試驗安全，並在車輛各外側車輪處安裝專用工裝限制其左右方向的大幅擺動；所述上述第8步中，a、在當量關係確定中，採用基於Miner線性累積損傷理論的當量損傷計算方法來確定室內試驗和室外試驗之間的當量關係；b、在快速試驗應用中，採用增大載荷級別的快速試驗方法及基於相對Miner法則的當量損傷折算方法進行快速試驗。
2.根據權利要求1所述的摩託車道路模擬試驗方法，其特徵在於:道路模擬試驗主要包括計算機、電控系統、數據採集系統、機械、伺服液壓系統以及傳感器、整車道路振動臺組成，將傳感器安裝在摩託車車輪軸附近，摩託車安裝在振動臺上，傳感器與數據採集系統相連接，利用計算機軟體遠程參數控制技術，依據道路試驗獲得振動響應信號，生成驅動振動臺的驅動信號，由測控系統輸出到振動臺實施激振；同時，測控系統採集摩託車和振動臺的響應和狀態，根據響應信號的誤差，修正振動臺驅動信號，反覆迭代，並把數據傳到計算機中，最終的結果就是要通過迭代找到可以獲得期望響應信號的驅動信號，並用它來控制測控系統。由於測控系統(包含安裝夾具、液壓系統和試驗樣品)是非線性的，不可避免地存在交叉耦合，迭代過程就是不斷重複測量實測信號和期望響應信號間的誤差來修正驅動信號的過程。迭代完成後，用最終迭代獲得的滿足精度要求的激勵信號驅動作振動臺，然後正式進入整車或零部件的試驗階段。試驗完成後，採用Miner線性累積損傷理論或相對Miner法則進行損傷當量計算，將臺架試驗時間轉換為道路試驗當量行駛裡程，從而實現室外道路可靠性試驗的室內臺架振動試驗模擬並獲得基本等效的試驗結果。
3.根據權利要求2所述的摩託車道路模擬試驗方法，其特徵在於:整車道路振動臺由控制計算機發出驅動信號(作為模擬系統的輸入)開始，經D/A轉換器、電控系統、伺服液壓裝置、被試車輛、數據採集裝置等後，最後又將車輛軸頭上測量得到加速度的響應及車輛結構件上所獲得的應變響應經A/D轉換器數位化(作為模擬系統的輸出)送回計算機，以上這些環節共同構成了一個完整的道路模擬試驗系統。並且其試驗路譜庫中用於驅動振動臺的的路譜信號與通所採用的特定道路試驗場路譜信號不同，其中平坦路、坡路和顛簸路的比例為4: 3: 3。
4.根據權利要求1-4任一權利要求所述的摩託車道路模擬試驗方法，其特徵在於:根據以上實驗方法進行編制適用於利用道路模擬試驗臺進行摩託車、輕便摩託車和全地形車臺架振動可靠性試驗的摩託車臺架可靠性試驗實施規範，並規定利用道路模擬試驗臺進行摩託車臺架振動可靠性試驗的試驗條件、方法步驟和評價辦法。
【文檔編號】G01M17/007GK104344962SQ201310341995
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月2日 優先權日:2013年8月2日
【發明者】覃國周, 周政平, 趙川, 李明勝, 馬昌友, 周力, 毛星子, 楊傑 申請人:重慶車輛檢測研究院有限公司