張博,姚烈,蔡慶住,王磊

(上海汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，上海 201804)

新型零部件臺(tái)架試驗(yàn)方法及策略

張博,姚烈,蔡慶住,王磊

(上海汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，上海 201804)

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越大，新車(chē)型投放頻率越來(lái)越快，開(kāi)發(fā)時(shí)間要求越來(lái)越短，這就要求很多問(wèn)題能前期發(fā)現(xiàn)、前期解決，盡量讓更少的問(wèn)題留到開(kāi)發(fā)后期，這就對(duì)目前現(xiàn)有的試驗(yàn)方法及策略提出了挑戰(zhàn)。對(duì)液壓控制系統(tǒng)的原理進(jìn)行了闡述，通過(guò)建立仿真模型和多通道臺(tái)架Admus模型，利用相似平臺(tái)的數(shù)據(jù)在模型中對(duì)前后橋進(jìn)行迭代得到各種零件的邊界載荷，利用這些載荷搭建合理實(shí)際的物理臺(tái)架進(jìn)行迭代，取得了很好的效果。

零部件臺(tái)架試驗(yàn)；仿真模型；迭代

0 引言

很多零件優(yōu)先形成于系統(tǒng)和整車(chē)，如果能在零件形成的時(shí)候就做大量相對(duì)準(zhǔn)確的驗(yàn)證性試驗(yàn)，早期發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、早期解決就會(huì)節(jié)約大量時(shí)間和費(fèi)用[1]。但是傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)件試驗(yàn)都是先要進(jìn)行整車(chē)載荷數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)備，得到試車(chē)場(chǎng)的原始信號(hào)，然后給臺(tái)架試驗(yàn)迭代使用，這需要大量的時(shí)間[2]，滿(mǎn)足不了項(xiàng)目開(kāi)發(fā)要求。針對(duì)此，試驗(yàn)認(rèn)證部聯(lián)合多個(gè)相關(guān)部門(mén)，采用相似平臺(tái)載荷路譜，在仿真模型和多通道臺(tái)架Admus模型中裝夾新平臺(tái)的系統(tǒng)零件進(jìn)行迭代，得到所需試驗(yàn)零部件載荷環(huán)境，然后搭建針對(duì)性的臺(tái)架進(jìn)行物理試驗(yàn)。

1 新型零部件臺(tái)架試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)流程

在進(jìn)行車(chē)輛系統(tǒng)零部件臺(tái)架耐久試驗(yàn)認(rèn)證前，要評(píng)估分析選擇合適的臺(tái)架試驗(yàn)方案，通過(guò)分析自由度、頻率的影響大小來(lái)確定合適的試驗(yàn)方案，如圖1(a)所示。

眾所周知系統(tǒng)零部件試驗(yàn)分為塊譜(定頻定幅加載)和時(shí)域迭代或者隨機(jī)振動(dòng)加載。采用塊譜加載方式確定該零部件疲勞試驗(yàn)不受頻率影響，試驗(yàn)完成快，效率高[3]。零部件臺(tái)架試驗(yàn)開(kāi)發(fā)流程如圖1(b)所示。

圖1 系統(tǒng)、零部件臺(tái)架試驗(yàn)開(kāi)發(fā)流程

1.2 理論基礎(chǔ)

1.2.1 作動(dòng)缸工作原理

圖2為液壓系統(tǒng)作動(dòng)缸原理圖，利到p1和p2的壓差推動(dòng)柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

圖2 作動(dòng)缸示意圖

圖3 液壓系統(tǒng)工作示意圖

圖3為伺服閥控制液壓原理圖,通過(guò)控制電流對(duì)中間閥芯的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制來(lái)控制Po和Px對(duì)各閥口進(jìn)行關(guān)閉和導(dǎo)通，進(jìn)而控制作動(dòng)缸左右兩腔壓差p1和p2，從而使柱塞循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)[4]。

作動(dòng)缸出力:Ffc=p1A1-p2A2

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：p1為液壓缸工作壓力，初算時(shí)可取系統(tǒng)工作壓力pp；p2為液壓缸回油腔背壓力，初算時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算，可根據(jù)液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)明手冊(cè)估計(jì)；d/D為活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比，可按液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)明手冊(cè)選??；F為工作循環(huán)中最大的外負(fù)載；Ffc為液壓缸密封處摩擦力，其精確值不易求得，常用液壓缸的機(jī)械效率ηcm進(jìn)行估算，一般ηcm=0.9～0.95[6]。

將ηcm帶入，可求得D為

(5)

活塞桿直徑可由d/D值算出。

1.2.2 建立仿真系統(tǒng)

通過(guò)對(duì)液壓系統(tǒng)、臺(tái)架系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行分析進(jìn)而建立整個(gè)液壓伺服控制系統(tǒng)的仿真模型圖，如圖4—圖6所示。

由式(1)—(4)可得作動(dòng)缸柱塞運(yùn)動(dòng)特性與其兩腔壓差和進(jìn)出該兩腔液壓油的流量有關(guān)，該流量的變化可以由伺服閥電流來(lái)控制，進(jìn)而得到液壓仿真模型[7]。

圖4 液壓仿真系統(tǒng)

圖5 臺(tái)架系統(tǒng)原理圖

圖6 多通道前橋臺(tái)架試驗(yàn)

而臺(tái)架系統(tǒng)由機(jī)械子系統(tǒng)、電氣子系統(tǒng)、傳感器和液壓子系統(tǒng)構(gòu)成，各子系統(tǒng)之間的工作原理如圖5所示。

通過(guò)和美國(guó)MTS公司合作得到Admus多通道臺(tái)架試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，如圖6所示，其優(yōu)點(diǎn)是易于裝配迭代，速度快，效率高而且不會(huì)有危險(xiǎn)發(fā)生[8]。

1.2.3 試驗(yàn)臺(tái)架驅(qū)動(dòng)路譜求解機(jī)制

圖7 試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)原理

對(duì)于臺(tái)架試驗(yàn)，液壓系統(tǒng)、試件和傳感器是一個(gè)大的灰箱系統(tǒng)，通過(guò)白噪聲求取傳遞函數(shù)H后，通過(guò)試車(chē)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集得到y(tǒng)，進(jìn)而得到臺(tái)架的驅(qū)動(dòng)路譜x，如圖7[9]及式(6)所示。

傳遞函數(shù)與輸入輸入的關(guān)系[3]：

(6)

(7)

2 新型副車(chē)架兩通道臺(tái)架試驗(yàn)

傳統(tǒng)扭轉(zhuǎn)梁試驗(yàn)首先要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后在臺(tái)架上進(jìn)行迭代，獲得數(shù)據(jù)處理形成塊譜后進(jìn)行試驗(yàn)，這需要幾個(gè)月的時(shí)間，如果針對(duì)扭轉(zhuǎn)梁的受力環(huán)境分析，發(fā)現(xiàn)其兩端輪跳差是導(dǎo)致失效的主要原因，然后用相近平臺(tái)的試車(chē)場(chǎng)載荷數(shù)據(jù)及新平臺(tái)的零件模型到Admus臺(tái)架模型上進(jìn)行迭代，得到該扭轉(zhuǎn)梁輪心處的載荷數(shù)據(jù)，然后通過(guò)計(jì)算簡(jiǎn)化為兩通道扭轉(zhuǎn)梁臺(tái)架試驗(yàn)如圖8所示，大幅度壓縮了開(kāi)發(fā)的試驗(yàn)周期，且試驗(yàn)結(jié)果故障模式與整車(chē)一致。

通過(guò)對(duì)Admus多通道臺(tái)架的垂向和縱向施加載荷，得到和垂直方向呈20°夾角的合力的路譜；然后搭建車(chē)后橋零部件臺(tái)架，如圖8(a)所示，對(duì)前面得到的路譜進(jìn)行迭代，效果如圖8(b)所示。結(jié)果表明：故障模式和后續(xù)整車(chē)失效模式一致，等效里程數(shù)相當(dāng)。

圖8 后橋兩通道動(dòng)載荷耐久試驗(yàn)

3 新型轉(zhuǎn)向節(jié)四通道臺(tái)架試驗(yàn)

通過(guò)Admus多通道臺(tái)架試驗(yàn)獲得轉(zhuǎn)向節(jié)4個(gè)連接點(diǎn)的路譜；然后模仿整車(chē)約束條件搭建轉(zhuǎn)向節(jié)四通道件臺(tái)架，如圖9(a)、(b)所示，對(duì)獲得的路譜進(jìn)行迭代，效果如圖9(c)所示。

圖9 轉(zhuǎn)向節(jié)四通道動(dòng)載荷耐久試驗(yàn)

依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果發(fā)布零件硬模件數(shù)據(jù)，有效地壓縮了車(chē)輛開(kāi)發(fā)成本。

4 結(jié)論

隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和試驗(yàn)技術(shù)的日益完善，利用相近平臺(tái)的載荷數(shù)據(jù)，能早期得到真實(shí)的零部件邊界數(shù)據(jù)條件，搭建有針對(duì)性的零部件臺(tái)架，就可以早期發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、早期解決問(wèn)題，會(huì)大大縮短車(chē)輛研發(fā)周期，有效提高整車(chē)的上市節(jié)奏，提高企業(yè)的自身競(jìng)爭(zhēng)力。

【1】顧柏良.汽車(chē)工程手冊(cè)-試驗(yàn)篇[M].北京:人民交通出版社,2001:699-705.

【2】張博，姚烈，孫明.整車(chē)道路試驗(yàn)和整車(chē)臺(tái)架試驗(yàn)的相關(guān)分析[J].測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào)，2012,26(4)：348-353. ZHANG B,YAO L,SUN M.Correlation Analysis Between Rig Test and Road Test for Vehicles SAIC MOTOR Technological Center[J].Journal of Test and Measurement Technology,2012,26(4)：348-353.

【3】成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-液壓控制[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004:85-89.

【4】左建民.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].3版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005：23-36.

【5】王守城.液壓傳動(dòng)[M].北京:北京大學(xué)出版社,2008：91-94.

【6】賈銘新.液壓傳動(dòng)與控制[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社,2001:55-68.

【7】王能超.計(jì)算方法-算法設(shè)計(jì)及其MATLAB實(shí)現(xiàn)[M].2版.武漢：華中科技大學(xué)出版社,2010:249-256.

【8】MOHAND M,MICHEL M.MATLAB與SIMULINK工程應(yīng)用[M].趙彥玲,吳淑紅,譯.北京: 電子工業(yè)出版社,2002：3-11.

【9】OGATA K.現(xiàn)代控制工程[M].盧伯英,于海勛,譯.3版.北京:電子工業(yè)出版社,2001:235-242.

New Components Rig Test Method and Strategy

ZHANG Bo，YAO Lie，CAI Qingzhu，WANG Lei

(Technological Center, SAIC Motor, Shanghai 201804,China)

Along with the market competition is more and more fierce,launch frequency of new models is more and more fast, which requires that a lot of problems should be discovered and solved early and less problems are flowed to the late stage of development. Thus challenges are presented to existing test methods and strategies. A hydraulic control system principle was described. Through the simulation model and multi channel bench Admus model, the boundary loads on the front and rear axle various parts were obtained through iteration,then the loads were applied in the actual physical bench and good effect was achieved.

Component rig test;Simulation model;Iteration

2016-05-31

張博(1980—)，男，博士，工程師，研究方向?yàn)槠谀途门_(tái)架試驗(yàn)和振動(dòng)臺(tái)架試驗(yàn)。E-mail：zhangbo03@saicmotor.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.03.011

U467.3

A

1674-1986(2017)03-044-04