斯　維（隆鑫通用動力股份有限公司，重慶市 九龍坡區(qū) 400039）

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摩托車道路模擬試驗分析

斯維（隆鑫通用動力股份有限公司，重慶市 九龍坡區(qū) 400039）

本文探討了摩托車道路模擬實驗的要點和實際過程，采用正交試驗設計方法，對摩托車道路模擬試驗進行設計，并開展隨機試驗。通過對模擬試驗的分析，評價摩托車道路模擬實驗的結果和道路實況，以供相關模擬實驗的開展工作參考。

摩托車；道路模擬實驗；分析

1　引言

摩托車的室內道路模擬試驗主要優(yōu)勢在于精度高、可比性好，且不會遭受道路條件變化、駕駛人員等方面的影響。實施摩托車道路模擬試驗的關鍵，在于控制道路載荷譜室內的再現(xiàn)精度，掌握相關的影響因素，從而以道路模擬試驗為基礎，保證模擬迭代的精度，最終達到提高摩托車道路模擬試驗精度的效果，成為摩托車道路模擬試驗的關鍵技術。

2　道路模擬試驗概述

道路模擬（RPC）技術的基本土作原理是由計算機、信號測量裝置以及液壓伺服系統(tǒng)共同組成，該模擬系統(tǒng)將汽車的實際行駛狀況和運動進行再現(xiàn)，從而為試驗車提供盡可能接近實際行駛條件的可控制、可重復振動環(huán)境。該道路模擬試驗的步驟通?？煞殖梢韵挛宀剑翰杉d荷譜數(shù)據、數(shù)據編輯的同時確定期望響應信號、計算系統(tǒng)傳遞函數(shù)、計算初始驅動信號以及模擬迭代、模擬試驗。

（1）采集道路載荷譜的過程中，往往會影響乘坐的舒適性，尤其對于手把、坐墊、腳踏處，以及能夠直接反應處實際道路譜狀況的前后軸，應當適當設置加速度傳感器，將其響應信號作為室內的道路模擬目標信號，進而實施迭代；對于其中受力較大的薄弱點，應當在應力的集中處，布置應變片。

（2）數(shù)據編輯，即針對采集的信號實施濾波、除均值以及除偏置等處理措施，從而得到室內模擬迭代目標的響應信號。

（3）計算傳遞函數(shù)，是將待測試的摩托車，安置于道路模擬試驗機上，然后采用白噪聲為輸入，而將傳感器所采集的實際響應作為輸出，進而將輸入、輸出的功率譜，與輸入自功率譜相比較，獲得傳遞函H（f）。

（4）模擬迭代，合理選擇模擬迭代期望的響應信號，作為目標信號，利用首次的初始驅動信號進行激振，同時回收所期望響應點的驅動信號，相較之下獲得驅動響應的最終誤差函數(shù)，將該函數(shù)和傳遞函數(shù)進行計算，從而得到驅動誤差函數(shù)。用此函數(shù)乘以增益值，與初始的驅動信號疊加起來，獲得首次的迭代驅動信號，進而用以激振摩托車，獲得2次驅動誤差函數(shù)。幾次往復之后，直至回收響應信號和期望響應信號能夠在規(guī)定誤差范圍內得意終止，最終將迭代驅動信號當做實驗驅動信號，完成迭代模擬。

（5）模擬試驗以最后一次迭代精度較高的驅動信號作為激勵，回收各測點的響應信號進行分析。

3　摩托車道路模擬試驗方法及關鍵技術

3.1試驗方法

道路模擬試驗方法有多種，其試驗基本布置如圖1所示。如果按照其確定載荷譜的方式，可分為四大類：基于功率譜的頻域模擬、基于統(tǒng)計基數(shù)的幅值域模擬、時間歷程再現(xiàn)和混合模擬，就理論方面，最為準確的模擬試驗為“時間歷程再現(xiàn)”。如果一個時間信號能夠真實地在時域中再現(xiàn)，無論是頻域功率譜的密度函數(shù)，或幅值域里所統(tǒng)計分析獲得的結果，都應當是相同的，結合時域方法，即可再現(xiàn)摩托車在道路試驗中的隨機振動，克服頻域方法缺陷。

3.2摩托車道路模擬試驗關鍵技術

兩輪摩托車的約束、載荷傳遞等性能具有特殊性，因此，其模擬迭代、道路載荷譜的采集工作也較為復雜繁瑣。試驗過程中結合了RPC技術，通過搭建的兩通道輪胎耦合式的摩托車道路模擬試驗系統(tǒng)，才能夠完善機械系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、數(shù)據采集系統(tǒng)以及計算機軟件系統(tǒng)，才能開始試驗。

3.2.1采集道路載荷譜

室內道路模擬試驗得以順利開展的先決條件在于道路載荷譜。道路載荷譜的數(shù)據采集點，通常分為兩種：①控制采集點，即遠程控制點，是指在室內模擬迭代的點；②監(jiān)測采集點，當控制點選取不合理時，會影響迭代不收斂，在選取監(jiān)測采集點時，應盡量與試驗驅動力保持線性關系，同時與其它的試驗驅動力維持正交關系，從而便于迭代盡快收斂；此外還要求試驗盡可能靠近監(jiān)測采集點，便于監(jiān)測道路模擬與實際道路情況之間的相似度。

圖1　摩托車道路模擬試驗

摩托車道路模擬試驗，其控制采集點通常選擇前后軸垂直方向的加速度信號，在布置過程中，需要注意的是，在獲得室內摩托車道路模擬機在臺架上的模擬迭代期望響應信號的同時，還要評價測量車輛的振動特性和舒適性。對于布置好的應變傳感器，旨在對模擬迭代、疲勞監(jiān)控和摩托車后續(xù)的各種總成、零部件室內模擬試驗，提供重要的數(shù)據基礎。

摩托車的振動信號通常來自于對摩托車舒適程度影響較大部位，例如坐墊、手把、腳踏處等的加速度，通常能夠直接反應摩托車的振動舒適度，這些點都可以作為測點。而對于應變信號，則主要將測點分布在前后叉與車架上，應變則主要布置于受力較大，而承受力相對薄弱的位置，以及應力集中位置。試驗在以對車架的受力分析作為基礎，結合了企業(yè)所提供的用戶反饋信息、資料以及經驗，布置必要數(shù)量的應變信號，且均分布在前后叉與車架上。

3.2.2傳感器布置

摩托車的車架為管狀，在上面設置傳感器困難較大，而安裝加速度傳感器需要根據加速度傳感器自身類型來決定，因為摩托車的振動較大，傳感器又通常處于野外工作的狀況，因此，加速度傳感器通常被粘在被測點的表面，或者使用螺紋，將其連接在被測點表面。如果采用粘貼的方式，則可以在前后軸設置剛性的、L型的連接板。

粘貼應變片時，需要拆下覆蓋件，暴露出所有的測點，然后使用銼刀、粗砂紙將其打磨，從而去除表面的噴漆、鐵銹、氧化層和油污。在空間允許，且不會影響結構強度、受力條件的情況下，可盡量將應變片粘貼面打磨至平面，然后用丙酮去除油污。粘貼好后，即可測量絕緣電阻。

3.2.3系統(tǒng)連接與調試

在粘貼好應變片，加速度傳感器安裝結束后，需要對應變片、加速度傳感器的測量連接線實施標號，然后連接好整體測試系統(tǒng)，設置好各路的信號參數(shù)并標定，及時觀察各路信號的傳送是否正常，并對系統(tǒng)進行必要的調試。因為所布置的應變信號點比較多，而數(shù)據采集器往往一次僅能采集16路的應變信號，所以，需要通過調試、預采樣的方式，從所布置的應變中，選擇出16路的應變信號，作為正式的測量點。

3.2.4采集路段

該環(huán)節(jié)主要是對摩托車行駛比例相對較大的兩種路面，實施載荷譜采集。運用的采集方法是速等間隔采樣方法，以及自由行采樣方法。如果是路面不平，存在大量碎石的路面，其車速一般控制在20～50km/h；而如果是水泥路面，則車速應當控制在20～80km/h范圍內，其速度的間隔為10km/h。

3.2.5模擬迭代試驗設計

保證摩托車道路模擬試驗成敗的關鍵，在于道路模擬迭代的精度。因為摩托車存在特殊性，其道路模擬試驗機上需要設置的約束也較為復雜，既要保證摩托車能夠符合實際的運行受力要求，同時又可以確保道路模擬機的運行過程不會出現(xiàn)側翻問題。在經過大量的試驗后，發(fā)現(xiàn)由于約束方面因素的影響，導致模擬迭代的精度具有較大的隨機性，因此需要找出模擬迭代精度的影響因素和規(guī)律，從而便于獲取穩(wěn)定可靠的模擬迭代精度，其試驗因素與水平如表1所示。

表1　試驗因素和水平

根據以上試驗設計，能夠得到以下結論：

（1）實際試驗過程中發(fā)現(xiàn)，衰減的系數(shù)對于迭代收斂性存在一定影響，為了順利收斂迭代，建議在迭代初期，即可控制衰減系數(shù)，一般取值在0.8左右，而后，隨著迭代次數(shù)不斷增加，衰減系數(shù)則會逐漸隨之減小。

（2）影響迭代精度的最大因素，在于輪胎的壓力與尼龍帶的張緊力之間的交互作用，其次，還包括傳遞函數(shù)的驅動幅值、迭代次數(shù)以及頻帶范圍等因素。

（3）輪胎耦合式摩托車的道路模擬試驗，其最優(yōu)方案是輪胎壓力適中、尼龍帶張緊力達到150N、傳遞函數(shù)的驅動幅值是滿量程的一半、迭代次數(shù)為20次以及頻帶范圍在0.8～50Hz。

（4）迭代收斂的速度與精度，與車速以及路面狀況相關。如果是碎石路，隨著速度不斷增加，期望響應信號中的高頻成份也會增加，進而降低了模擬迭代的精度。而如果是水泥路，在車速較低的情況下，期望響應信號的幅值會偏小，信噪較低，因此其迭代收斂速度、迭代精度都較差，而隨著速度不斷增加，期望響應信號與信噪比會隨之提高，從而提高了模擬迭代的精度。

4　結語

開展摩托車道路模擬試驗，旨在研究車架道路的疲勞可靠性，保證車輛行駛過程中的舒適度和安全性。通過摩托車道路模擬實驗的方式，能夠直觀現(xiàn)實地了解摩托車運行狀態(tài)以及不同道路對于其行駛穩(wěn)定性的影響，從而達到預先發(fā)現(xiàn)問題并及時進行調整的目的，有效保障了實際行駛的安全。

［1］周 鋐，俞曉輝.整車多通道道路模擬試驗的研究［J］.汽車與配件，2015（50）：56～57.

［2］楊 平，毛星子.基于道路模擬的摩托車車架疲勞壽命分析［J］.機械研究與應用，2014（4）：105～107.

［3］鄒喜紅，熊 鋒，袁冬梅，等.基于多軸道路模擬激勵譜的摩托車車架虛擬試驗方法［J］.農業(yè)工程學報，2014（15）：39～45.

斯 維（1983-），男，中級工程師，本科，主要從事摩托車質量檢測方面的工作。

U483

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2095-2066（2016）09-0234-02

2016-3-8