矩形凸塊轉(zhuǎn)鼓路面的仿真與試驗 *（續(xù) 2）

孫曉幫李艾靜陳雙田雪

（1.遼寧工業(yè)大學；2.重慶長安汽車股份有限公司；3.沈陽金杯錦恒汽車安全系統(tǒng)有限公司）

2.3 矩形凸塊轉(zhuǎn)鼓路面動力學仿真

2.3.1 仿真參數(shù)設定

在ADAMS中將矩形凸塊轉(zhuǎn)鼓路面和懸架進行聯(lián)合仿真，仿真中需要保證轉(zhuǎn)鼓表面的線速度和實車試驗的車速相同，選擇試驗車速為10 km/h，經(jīng)過換算仿真試驗所采用的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為44.21 r/min。圖5示出懸架與矩形凸塊轉(zhuǎn)鼓路面的動力學模型。

圖5 懸架與矩形凸塊轉(zhuǎn)鼓路面動力學模型圖

2.3.2 仿真結(jié)果分析

在ADAMS后處理模塊調(diào)用車輪垂向加速度數(shù)據(jù)進行時域分析，通過FFT變換工具進行頻域分析，得到虛擬轉(zhuǎn)鼓路面的車輪垂向加速度響應曲線，如圖6所示。

圖6 虛擬矩形凸塊轉(zhuǎn)鼓路面的車輪垂向加速度響應曲線

從圖6a可以看出約有13個振動周期，每個周期車輪正向加速度最大值為26.81 m/s2（13個周期取平均），負向加速度最大值為-27.12 m/s2（13個周期取平均）；從圖6b可以看出，1階中心頻率為6.09 Hz。

3 試驗場路面試驗驗證

3.1 試驗場路面測試系統(tǒng)框架

圖7示出試驗場路面測試系統(tǒng)框圖。數(shù)據(jù)采集過程為：加速度傳感器將振動信號轉(zhuǎn)化成電荷信號，經(jīng)電荷放大器電荷電壓濾波積分放大后轉(zhuǎn)化電壓信號，智能信號采集處理分析儀把電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳輸給計算機，計算機通過DASP軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行處理、分析及儲存[4]。

圖7 試驗場路面測試系統(tǒng)框圖

3.2 矩形凸塊試驗場路面實車試驗

3.2.1 試驗器材與場地

1）器材。YD-62型加速度傳感器、CA-2型電荷放大器、INV306型智能信號采集處理分析、DASP計算機、逆變器、磁座。

2）場地。試驗場地選擇在某公司的矩形凸塊路面試驗場，如圖8所示。試驗車選用怠速較高的某型SUV，其后懸架為扭力梁式半獨立懸架。

圖8 矩形凸塊試驗路面

3.2.2 試驗過程

1）將加速度傳感器用磁座固定于車身和車輪2個測點處，連接電荷放大器、智能信號采集處理分析儀及計算機。

2）將逆變器正負極分別連接試驗車蓄電池的正負極，開啟轉(zhuǎn)換器開關。

3）設置DASP采集儀參數(shù)，由于路面的激勵信號通常是0～25 Hz低頻信號[5]，采樣頻率一般為目標信號最高頻率的5～10倍，因此采樣頻率設定為1 000 Hz，通道數(shù)目設定為2，程控放大倍數(shù)設定為1.0，工程單位設定為m/s2。

4）將試驗車加速到試驗車速（10 km/h）后勻速通過矩形凸塊路面。測試數(shù)據(jù)為車輪和車身垂向振動加速度，多次采集試驗數(shù)據(jù)，取速度較為均勻的試驗組。

3.2.3 實車路面試驗結(jié)果

在DASP計算機上分別調(diào)取多次路面試驗結(jié)果進行分析，矩形凸塊試驗場路面的車輪振動加速度響應曲線，如圖9所示。從圖9a可以看出，正向加速度最大值為23.82 m/s2（多周期取平均），負向加速度最大值為-15.43 m/s2（多周期取平均）；從圖9b可以看出，加速度的1階中心頻率為4.88 Hz。

圖9 矩形凸塊試驗場路面的車輪振動加速度響應曲線

4 矩形凸塊轉(zhuǎn)鼓路面實車試驗

4.1 矩形凸塊轉(zhuǎn)鼓路面試驗布置

加速度傳感器布置于車輪和車身2個測點，將試驗車后懸停置于轉(zhuǎn)鼓中心處，前輪用束縛裝置固定，如圖10所示。設置轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為44.21 r/min（相當于試驗車速10 km/h），檢查完好后，運行轉(zhuǎn)鼓試驗臺，待轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后啟動DASP數(shù)據(jù)采集儀以測量車輪和車身垂向加速度時間歷程，分析車輪振動加速度響應曲線。

圖10 矩形凸塊轉(zhuǎn)鼓試驗裝置圖

4.2 矩形凸塊轉(zhuǎn)鼓路面試驗結(jié)果

在DASP計算機上分別調(diào)取多次轉(zhuǎn)鼓試驗結(jié)果進行分析，矩形凸塊轉(zhuǎn)鼓路面的車輪振動加速度響應曲線，如圖11所示。從圖11a可以看出，最大正向加速度為25.13 m/s2，最大負向加速度為-25.93 m/s2；從圖11b可以看出，1階中心頻率為6.71 Hz。

圖11 矩形凸塊轉(zhuǎn)鼓路面的車輪振動加速度響應曲線

5 矩形凸塊路面仿真與試驗對比分析

矩形凸塊路面仿真與試驗對比，如表3所示。由表3可以看出：轉(zhuǎn)鼓路面仿真值和試驗值相對比，正負向加速度最大值的相對誤差分別為6.7%和4.6%，1階中心頻率的相對誤差為9.2%，轉(zhuǎn)鼓路面仿真值和試驗值結(jié)果接近，說明矩形凸塊轉(zhuǎn)鼓路面仿真模型的有效性。試驗場路面和轉(zhuǎn)鼓路面試驗值相對比，正負向加速度最大值的相對誤差分別為5.2%和40.4%，1階中心頻率的相對誤差為27.2%，試驗場路面和轉(zhuǎn)鼓路面試驗值由于路面簡化等原因雖存在一定誤差，但仍能說明轉(zhuǎn)鼓路面通過布置矩形凸塊的排列方式可復現(xiàn)矩形凸塊試驗場路面。

表3 矩形凸塊路面仿真與試驗對比

6 結(jié)論

1）本研究采用矩形凸塊鑲嵌到轉(zhuǎn)鼓上形成矩形凸塊轉(zhuǎn)鼓路面，基于ADAMS建立懸架與轉(zhuǎn)鼓試驗系統(tǒng)的動力學模型，經(jīng)仿真分析得到車輪振動加速度響應曲線。通過搭建測試系統(tǒng)，將矩形凸塊試驗場路面和矩形凸塊轉(zhuǎn)鼓路面試驗進行對比分析與驗證，驗證了矩形凸塊轉(zhuǎn)鼓路面復現(xiàn)試驗場路面的合理性和有效性，利用轉(zhuǎn)鼓路面方法可實現(xiàn)室外試驗向室內(nèi)試驗轉(zhuǎn)化。

2）本研究中轉(zhuǎn)鼓直徑越大越接近真實路面工況，但受到加工方式和安裝空間等限制，一般乘用車和商用車轉(zhuǎn)鼓直徑不超過2 m。在設計轉(zhuǎn)鼓凸塊時既要考慮轉(zhuǎn)鼓的周期性，又要考慮凸塊表面的曲率和排布，因此轉(zhuǎn)鼓凸塊的設計和排布直接影響試驗場路面的復現(xiàn)程度。