IVECO客车整车疲劳台架试验研究 - 文章

IVECO客车整车疲劳台架试验研究

作者：徐工研究院刘汉光董栓牢

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[摘要] 采用室内台架试验的方式，在引进INSTRON-SCHENCK 的整车道路模拟试验台上对IEVCO 客车进行整车疲劳及可靠性试验研究，通过对采集路面谱的加速强化处理，既能有效地模拟车辆在路面行驶时的工况，又可在较短的时间内观察和分析车辆及部件的疲劳及可靠性。介绍了试验加速处理、试验系统识别与迭代等技术，为轻型客车的设计、开发和改善提供了一种新的研究途径。
关键词：试验道路模拟加速 ITFC

整车的室内台架道路模拟疲劳试验技术在小轿车中已得到了广泛的应用，如上海大众等轿车厂家都有自己的试验台架。由于试验及试验设备系统成本等原因，目前国内在客车方面还很少有这方面的尝试。采用室内台架道路模拟试验的方法对IVECO 客车(以下称IVECO)的行驶平顺性及各零部件系统的寿命及可靠性进行试验，在台架上再现IVECO 在实际行驶中所遇到的各种复杂工况，研究其在随机振动环境中的振动状态和疲劳损坏原因。试验中可有效地控制工作台面的位移、速度和加速度，精确地控制和检测IVECO各部分的状况。通过信号处理加速车辆疲劳过程，这都是道路试验所不易做到的。

1 试验基础

室内台架道路模拟疲劳试验的目的就是在尽可能短的时间里确定所要求长的耐久寿命，并能同步监视整车及各部件的工作状况，快速准确地对汽车整车及其零部件可靠性能进行评估，及时提出合理有效的改进措施，从而缩短新产品的开发周期，这对于汽车工业尤其重要。

两桥车辆IVECO的道路模拟试验由四通道的电液伺服试验台系统和一套道路模拟控制软件系统组成。如图1 所示。该套试验设备系统从INSTRON-SCHENCK引进。道路模拟控制系统输出信号控制试验台作动器，在试验室内重现被试车辆在道路上行驶时的振动工况。

图1 室内台架道路模拟疲劳试验测控系统原理图

试验激励信号获取一般有两种方式。一是用试验软件按照国际或国家标准生成路谱信号作为试验激励，这种方式产生的路谱信号并不能完全表示特定车辆实际路面的工况；另一是通过对同种车型在标准试车场试验时进行采集的路谱作为激励。如海南试验场对“引进技术的轻型客车国产化整车可靠性试验里程分配情况”，如表1 所示。总里程为30000km，其中不包括磨合里程。这种方式获取的激励信号较能真实地代表同种车辆的运行工况。

表1 试验里程及分配

2 路面谱的采集

2.1 原始加速度信号采集

试验激励采用IVECO 在标准试车场实际道路行驶时所采集的同一车型的道路谱（以下称为原始加速度信号）。IVECO 客车为两桥车辆。原始加速度信号采集点为四轮轴正上方垂直方向上的四个点。其中一个加速度传感器安装位置示意图如图2 所示，其它传感器安装位置与之相似。

1 车架 2 加速度传感器 3 减振机构 4 车轮 5 车轴
图2 加速度传感器安装位置示意图

四测点响应谱即四通道原始加速度信号，如图3 所示。

图3 四通道道路谱即四通道原始加速度信号

2.2 试验前道路谱信号加速处理

在保证实际路面的振动对IVECO 的疲劳贡献的基础上，为了缩短室内台架试验的时间，同时又保证路面振动对车辆的疲劳贡献。试验中采用了控制与分析试验软件Labsite 对原始加速度信号进行疲劳编辑即加速处理。应用疲劳损伤等效原理，通过计算机准确的计算，进行频域分析、过滤和时间关联编辑，删除时域输入信号中的无损伤部分，从而加速试验。经过加速后的信号与原信号相比，所产生的疲劳部分损伤基本一致，并且所产生的损伤分布基本一致。这就保证了疲劳编辑的合理性。加速处理后台架试验的时间通常可以缩短5～20 倍。其中一个通道经处理前后的加速度信号对比图如图4 所示。

图4 加速度信号加速前后对比图

3 室内台架道路模拟疲劳试验

3.1 试验原理

根据疲劳理论，疲劳损伤主要由循环载荷引起。如果车辆的输入载荷相同，那么所引起的疲劳损伤理论上也应该一样。根据这一原理，如果已知车辆在使用环境中所受的载荷输入，则可以在试验台架上重现这一载荷，这一载荷重现通常可能在较短的时间里完成，从而达到试验加速的目的。

试验采用轮胎耦合的方式。试验时，将IVECO 的四个轮胎用轮盘固定器固定于四个作动器上。作动器接受命令信号产生相应的激励，通过轮胎施加到整个车辆上。

室内台架道路模拟疲劳试验时，以位移控制的方式作为作动器的激励信号。在原始加速度信号各采集测点处安放加速度传感器，分别把各测点的反馈加速度信号反馈到控制中心作为对应每个作动器控制的参考依据，试验台架系统迭代识别（ITFC）后，只要再现了每个加速度时间历程（原始加速度信号经编辑加速处理后的信号），就等效于IVECO 在试验场进行的路试。

室内台架道路模拟疲劳试验测控系统是一套软、硬件配合组成的计算机测控系统。室内台架道路模拟疲劳试验测控系统原理图如图1 所示。

3.2 试验台架系统的识别与迭代

为了真实地再现车辆行驶时的振动状况，试验时采用了Labsite 的ITFC（Iterative Transfer Function Compensation）技术，通过对试验系统的识别、迭代、补偿等，使得在各测点产生的反馈信号与在实际道路中采集的相应测点处的信号（经加速处理后）相一致。ITFC 过程如图5 所示。

图5 ITFC 过程

室内台架模拟试验中，经过若干次迭代后，同一测点产生的加速度信号与实际道路采集的信号（经加、速处理后）分别如图6 所示。

图6 同一测点台架试验实测信号与目标信号比较

由上图可以看出，试验台最终输出的激励谱和实际路面激励谱对车辆的贡献基本一致，可以用该激励谱作为路面谱对车辆进行台架道路模拟疲劳。

3.3 试验结果

试验中可通过对客车车体、车厢等较明显部位观察，看其是否有疲劳损伤，并在车架等关键部位加应变片（花）等传感器件，对其进行应力和可靠性分析。利用加速度信号可对其进行整车平顺性分析等。

4 结语

在试验室内，对汽车零部件和整车进行道路模拟试验是加速新车型开发、提高产品质量的有效手段。

本文对客车进行的室内台架整车道路模拟疲劳试验进行了初步研究，提出了一种代替车辆实际路试的试验方法，为车辆的设计、开发、研究、改进等方面提供更精确、更可靠的试验方法；同时，通过对关键子系统（如悬架系统）、结构件、零部件性能参数的检测、分析，为有效地提高整车性能与可靠性及各子系统合理配置提供了试验依据。室内台架整车道路模拟疲劳试验的方法也为客车行业的发展提供了新的研究途径。

参考文献
1 明平顺，杨万福. 现代汽车检测技术. 北京：人民交通出版社，2001
2 刘汉光. 全路面汽车起重机的道路模拟试验. 起重运输机械，2000,（7）24～25(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/30/2005)


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