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汽车研发：路谱采集方法解析！
2019-08-24 00:22:46· 来源：汽车大漫谈
一、前言试验车辆道路模拟试验在整车的试验开发和验证中起着至关重要的作用。它有显著的缩短试验周期，同时具有试验精度高、一致性高、可操作性和可重复性高等特
一、前言
试验车辆道路模拟试验在整车的试验开发和验证中起着至关重要的作用。它有显著的缩短试验周期，同时具有试验精度高、一致性高、可操作性和可重复性高等特点，因此受到汽车企业的欢迎。 在进行正式道路试验前，必须要进行路谱采集。
二、定义
严格意 义上的路谱，指的是道路路面谱（Road Spectrum），是路面不平度的功率谱密度曲线。
作为汽车振动输入的路面不平度，主要采用位移率谱密度描述其统计特性，路面不平度的时间历程可以视作平稳随机过程处理。 而汽车研发工程师所说的路谱，一般指的是车辆在路面行驶的道路载荷谱（Road load data），指的是汽车在行驶过程中，外部载荷时间历程（一般为随机性质）施加在结构上，引起结构的响应，响应信号一般包括应力、应变、加速度或力（力矩）等。
三、路谱的作用
道路谱的数据作用主要有如下三点：
1）提供仿真计算所需的载荷，验证计算模型的准确性，分析计算结果的有效性。
2）为实验室台架试验或者多体动力学仿真分析提供可靠地数据支持，从而对汽车各构件的疲劳寿命能够做出准确的预测与判断。
3）可以帮助企业建立规范的整车试验场道路试验以及实验室台架试验流程，提高整车耐久性、零部件总成耐久性等汽车试验的系统性、合理性和科学性，缩短试验周期。
四、准备工作
在采集路谱之前需要安装各种传感器以收集重要的参数信息，具体需要安装的传感器种类应变片、应变花如下表所示 。
其中重要的一个工作是要将所有布置应变片的零件替换整车上原有相对应的零件，并连接到数据采集设备上，逐个安装和调试上百个通道，一切准备好后会按照标准在试验场里跑各种各样的试验道路。
五、采集方法及数据处理
这一部分将讲解汽车路谱的采集方法及相关的数据处理方法。
1、试验方法
下面以某款车型为例讲解如何进行试验及获取试验数据后如何做后处理。 试验车辆必须经过底盘调校且车况良好。
试验前对车辆的减振器阻尼、弹簧刚度及限位块刚度进行测量。 试验车辆根据车辆开发可靠性试验进行配重、胎压保持250kPa。 利用六分力仪测量车辆轮心的六方向力，同时测量弹簧位移、轮心加速度及GPS信息。采用动态信号采集仪，采样频率设置为1024Hz，截至频率为80Hz。
试验中为确保数据的置信度，设定3名试车员各采集5样本，按形式规划表要求的车速、挡位对各典型路面及工况进行采集，下面针对4种典型路谱进行描述。
1）一般公路测试
一般公路一圈约4km，汽车行驶速度为90km/h，采集三个循环的数据。
2）高环公路测试
一圈为4km，行驶速度为120km/h，采集三个循环的数据。
3）强化公路测试
强化公路一圈约4.5km，行驶速度为35km/h，采集三个循环的数据，经过路面有石板路、卵石路、扭曲路、搓板路、井盖路、过铁道、鱼鳞坑、碎石路、沙石路等。
4）山路测试
一圈约10km，行驶速度为40-50km/h，采集两个循环。
2、数据预处理
获取的道路路谱需要经过预处理，以提高数据的真实性及可靠性，并满足后续的数据要求。利用专业数据处理软件对信号进行预处理，包括：异常数据检查、对称性检查、平稳性检查、异常点的判断和剔除、趋势项的消除、滤波、典型路面截取、标定、重采样、数据压缩等。经过预处理后、数据的采样频率降为256Hz，截至频率为40Hz，剔除小损伤循环，保证相对损伤再90%以上。
3、路面重构
对预处理获得的子样数据进行雨流计数，并通过雨流计数外推，获得母样得数理统计结果，结合可靠性试验中各典型工况得循环数，假设材料得SN曲线（斜率-5、截距10000），获得 目标损伤。
根据以下原则从众多的子样本选出典型的特征路面，用于进一步的载荷分析及耐久分析：
1） 各通道极值与其测量的最大值保持一致或相近似。
2） 各通道损伤极值与其测量的最大值保持一致或相近似。
3） 包含有更多有效极值或损伤的特征路面。
4） 左右差异小的特征路面。
5） 所选的特征路面时间尽可能少。
选出9个特征路面，通过待定系数法，使相应循环次数下的特征路面与目标损伤的相对损伤值保持在85%以上。
4、载荷分析
利用多体模型对路谱采集过程进行重现，并由此获得底盘各零部件接口点的载荷谱。
对于车身载荷分析，需要使用虚拟迭代计数，保证车身状态与实际相符。
对于底盘载荷分析，可以直接将车身约束，虽会导致扭力梁的载荷偏大，但计算结果偏于保守。
5、疲劳分析及试验验证
将获得的扭力梁各接口点上的载荷谱作为输入，进行扭力梁全寿命疲劳分析。 如最大损伤超过疲劳损伤盘底那个标准，且在进行可靠性道路试验时也与计算结果吻合的话，那需要给出具体方案并根据软件仿真来降低损伤，同时再次进行试验验证，以满足可靠性要求。
六、结语
路谱的采集与分析能够准确的反映出车辆受到的地面载荷。 基于损伤等效的路面重构技术，从采集的众多随机信号中解析出最具代表性的典型路面激励，从而实现以随机载荷谱为基础的高效、科学的耐久分析。 并且结合路面重构获取的道路谱，利用多体动力学进行载荷分析，可准确的获得车身及底盘件受力情况，为前期零部件结构设计提供载荷 依据，用于确定结构形式、材料及厚度。
同时作为零部件强度工况的设定依据，实现经济、合理有效的强度设计，避免不足或过设计，并且可使损伤的分布更加趋于合理，从而指导零部件结构设计及优化，提前预测并规避后期验证试验及可靠性道路试验中结构失效问题。
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