乘用车悬架系统多轴向加载耐久性试验方法

2021-03-25杜书于长清刘志远张子双谢强南飞

汽车工程师 2021年2期

杜书于长清刘志远张子双谢强南飞

（中国第一汽车股份有限公司研发总院；汽车振动噪声与安全控制综合技术国家重点实验室）

耐久性和可靠性是汽车各项性能中最基本也是最重要的性能之一。随着汽车工业的不断进步和发展，汽车耐久性试验技术早已从最初的实际使用道路试验发展到今天的试验场试验和试验室试验，其中试验室试验由于其具有试验周期短、试验结果重复性好等优点，已占有越来越重要的地位。以往试验室较普遍应用的多为零部件及总成的单轴向加载，随着测试技术及试验技术的不断发展，多通道随机加载试验更能接近其承受的真实载荷，因此该试验方法逐渐被各个研发部门采用。在室内耐久性试验中，模拟施加什么载荷取决于试验对象在道路行驶中所承受的载荷。因此如何真实测试零部件及整车所承受的载荷及在试验系统中真实再现是主要研究方向。在轿车行驶中，悬架主要受到来自车轮的垂直力、侧向力、纵向力和制动力的作用，文章以某轿车的后悬架总成为研究对象，结合试验室现有资源对后悬架右车轮的4 通道耐久试验加载系统进行开发，对乘用车悬架总成多通道加载方法进行研究。

1 系统夹具设计

室内汽车耐久性试验的本质是在室内模拟汽车及其零部件在道路行驶中所承受的载荷，本试验加载系统模拟实现悬架总成所受的垂直力、侧向力、纵向力和制动力载荷，具体载荷方向，如图1 所示。

图1 轿车悬架系统主要受力分析简图

基于悬架结构和其所受的实际载荷，对试验系统的夹具进行设计：副车架与车身连接点通过夹具固定；替代轮辋的夹具中心与前、后悬架总成的两侧车轮轮毂轴连接；夹具外部通过球形铰链分别和8 个作动器相连接，实现垂直载荷、纵向载荷、侧向载荷和制动载荷的加载，与实际情况比较相符，球铰链可以通过螺栓方便快捷地装卸，便于选择是否添加纵向载荷或侧向载荷；替换加载轮毂上的连接盘，并调整侧向加载球铰链和作动器的高度便可适应具有不同车轮半径的悬架；为实现制动工况，通过带有球头的圆柱销夹具约束制动盘制动方向的自由度，悬架多轴向加载系统设计示意图，如图2 所示。

图2 悬架多轴向加载系统设计示意图

2 模拟试验系统简介

汽车道路模拟试验系统一般是由液压伺服加载设备、加载夹具和计算机控制系统、软件分析系统所组成。本试验系统利用MTS 公司的控制柜和作动器、cRPC 模拟迭代软件、某轿车的后悬架及试验夹具系统构建，可以保证比较精确地模拟复现道路实测载荷信号的时域波形，使室内试验最大限度地反映实际情况，悬架系统多轴向加载试验原理，如图3 所示。

图3 悬架系统多轴向加载试验原理图

3 数据采集、分析和处理

按照整车道路模拟试验数据的采集方法[1-5]，对待试悬架测取准确的、有代表性的、有关用户使用载荷工况的数据，简称载荷信号，这些数据一般是悬架某些部位的加速度信号或应变信号等。这些原始载荷信号可以在实际使用道路上测量，也可以在汽车试验场上测量，用以作为室内模拟的期望响应信号。为更加准确地获取悬架在行驶过程中受到来自车轮的垂直力、侧向力、纵向力和制动力，在轿车前后车轮安装了车轮六分力传感器进行数据采集。最后提取后悬架车轮中心的垂直力、侧向力、纵向力和制动力载荷信号作为期望响应信号，传感器安装照片，如图4 所示。

图4 车轮六分力传感器安装照片

4 系统搭建

依据悬架多轴向加载夹具系统设计示意图进行悬架总成耐久试验系统搭建，具体如图5 所示。

图5 悬架耐久试验系统装配完成照片

5 获取驱动信号

用cRPC 软件生成的白噪声信号驱动安装好试件的试验系统，同时采集载荷响应信号，由已知的驱动信号和测得的响应信号计算试验系统的频率响应函数矩阵，然后计算系统逆矩阵；根据系统逆矩阵和期望响应信号，计算所需的驱动信号；把驱动信号送给液压伺服加载系统向试件施加载荷，获得响应信号，由于系统存在非线性，驱动信号的计算通常要进行多次迭代修正。当控制点模拟迭代均方根误差小于10%时停止迭代，获得最终迭代计算出的驱动信号，用最终迭代计算出的驱动信号反复驱动加载设备，对试件进行疲劳试验。