虛擬迭代技術在臺架試驗中的應?

艾正冬　王?東　??倫　李赫

摘要：在ADAMS/CAR中建?了六?由度1/2前懸架系統(tǒng)臺架多體動?學模型，以?輛試驗場實測?輪六分?作為?標信號， 以臺架線性作動器驅(qū)動（ ?、位移） 作為輸?信號， 在FEMTAT_Lab虛擬迭代軟件中建?六分?信號與臺架試驗驅(qū)動信號間的傳遞函數(shù)，通過傳遞函數(shù)反求臺架試驗驅(qū)動并作為輸?載荷。通過系統(tǒng)級輸?（輪端）提取底盤關鍵零部件動態(tài)載荷譜，為后期零部件臺架試驗提供試驗參數(shù)。

關鍵詞：虛擬迭代;多體動?學;臺架試驗;載荷譜;ADAMS;FEMTAT_Lab

中圖分類號： U463 收稿?期：2022-03-26

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.06.023

1 前?

系統(tǒng)級的臺架驗證是新平臺?型可靠性驗證的重要?段。當前系統(tǒng)級臺架復現(xiàn)整?道路試驗?況的主要?段為：采集道路試驗六分?載荷譜，并以其為?標信號作為臺架試驗輸?，臺架測試系統(tǒng)安裝六分?儀（ 如KISTLER、MSC等），以六分?為迭代信號進?臺架試驗。?般主機?采?軸耦合道路模擬試驗機（如MTS329）配合WFT六分?儀實現(xiàn)以上臺架過程，該?法對硬件要求極?，成本巨?，設備投?約2 000萬元。

本?采?臺架試驗結(jié)合虛擬仿真的?法，以線性作動器代替軸耦合道路模擬試驗機，搭建六?由度1/2前懸架系統(tǒng)試驗臺，以虛擬迭代的?法代替六分?儀，最終求解出線性做動器驅(qū)動信號。多體仿真中載荷獲取主要有兩種?式：半解析法和完全解析法[1]，本?采?半解析法中的虛擬迭代法。

2 采集載荷譜針對某獨?懸架商??進?試驗場載荷譜測試?作。試驗初期，在確保試驗?狀態(tài)滿?GB/T 12534《汽?道路試驗?法通則》規(guī)定的條件下，測試如下信號：a.輪端六分?;b.輪?位移;c.減振器軸向?。以?春某試驗場為道路輸?，測試以上8個相關信號（WFT信號6個，拉線信號1個，應變信號1個）。

3 建?多體動?學模型

1/2前懸架系統(tǒng)多體動?學模型包含的?般部件主要有上控制臂、下控制臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、輪轂、轉(zhuǎn)向拉桿，其包含的?學元件主要有螺旋彈簧、減振器、橡膠襯套、緩沖塊。?學元件的特性均由臺架測試得出，并以屬性?件的?式賦值到ADAMS軟件中[2]，如：彈簧的剛度特性、減振器的?功特性、橡膠襯套的四向（徑向、軸向、翹曲、扭轉(zhuǎn)）剛度特性、緩沖塊的垂向剛度特性等。

臺架測試系統(tǒng)多體動?學模型包含的?般部件主要有：2個線性作動器Z向、3個線性做動器Y向，4個?導向桿、線性作動器X向，輪邊適配器。

1/2前懸架系統(tǒng)與臺架測試系統(tǒng)裝配后的多體動?學模型如圖1所?。系統(tǒng)中零部件的質(zhì)量、質(zhì)?位置、轉(zhuǎn)動慣量等參數(shù)由三維設計軟件Creo測算得出。

4 虛擬迭代與結(jié)果分析

4.1 虛擬迭代?法

本?采?FEMTAT_Lab軟件中VI模塊進?虛擬迭代?作。它能夠調(diào)?外部多體仿真軟件（ A D A M S 、RecurDyn、simpack）求解器，通過迭代原理?限趨近?標信號，最終求解驅(qū)動信號并計算零部件內(nèi)部載荷。VI模塊的主要部分包括：a.設置求解器及調(diào)??件（adm）;b.輸?、響應信號通道設置;c.?噪聲?成;d.傳遞函數(shù)、逆函數(shù)?成;e.附加的評估條件;f.迭代計算[3]。

4.2 虛擬迭代原理

虛擬迭代法以實測的信號為?標信號，通過多體模型反求系統(tǒng)的驅(qū)動信號，迭代原理[4-5]如下：

a.在輸?通道以?噪聲u （s）驅(qū)動多體模型，在輸出通0道計算輸出響應y（s），求得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：F（s）= y（s）/ 0 0u （s），進而求得逆函數(shù)F（-1 s）。

b.設?標信號y（s），根據(jù)u （s）= F（-1 s）×y（s）反求驅(qū)動 d 1 d信號。

c.初始驅(qū)動信號u （s）激勵多體模型得到響應信號y（s）， 1 1因傳遞函數(shù)的精確性及系統(tǒng)的?線性，?標信號y（s）與y d 1（s）必然存在?定誤差。

d.?修正算法將逆函數(shù)F（-1 s）固定，通過以下公式反復迭代，直到?標信號與響應信號之間的誤差滿?精度要求，停?迭代。

4.3 響應、輸?信號設置

在ADAMS中通過Request的形式建?8個響應信號（6個?分量信號，1個輪?位移信號，1個減振器軸向?信號）。其中Ch1?Ch6為迭代信號參與迭代計算;Ch7、Ch8為監(jiān)控信號，不參與迭代計算，?以驗證模型，如表1所?。

在ADAMS中通過Gforce、motion的形式建?6個驅(qū)動信號（4個載荷驅(qū)動，2個位移驅(qū)動），模擬線性作動器的驅(qū)動輸?，如表2所?。

4.4 仿真結(jié)果

虛擬迭代反求的驅(qū)動信號將作為試驗輸?提供給臺架迭代系統(tǒng)，虛擬迭代準確性不?將直接導致臺架試驗輸?不準確。?般當偽損傷之?在0.5?2范圍內(nèi)就可以認為迭代精度滿?需求[3]。取實測載荷譜30s搓板路段信號作為?標信號，虛擬迭代過程中各通道偽損傷之?變化曲線如圖2所?。

在迭代?第15次時，各通道的偽損傷值已趨于穩(wěn)定，如表3所?，Ch1?Ch6的偽損傷?值在0.9?1.2之間，精度很?;Ch7、Ch8的偽損傷?值為0.77、1.45，精度低于Ch1?Ch6，但也位于0.5?2范圍內(nèi)，可以接受。Ch1?Ch6是迭代信號參與迭代計算，其修正過程是閉環(huán)的，為使其趨近?標信號FEMTAT_Lab軟件會不斷調(diào)整輸?驅(qū)動;Ch7、Ch8是監(jiān)控信號不參與迭代計算，其修正過程是開環(huán)的，它的作?是與實測信號對?，綜合評估虛擬迭代的準確性。

FEMTAT_Lab?成的第15次驅(qū)動信號即可當做臺架的輸?信號，提供給線性作動器的迭代軟件（如MTS的Rpc、Servotest的ISC等），?以在現(xiàn)實臺架上驅(qū)動懸架系統(tǒng)進?可靠性驗證。

5 提取關鍵零部件載荷譜

以第15次求得的驅(qū)動作為輸?，驅(qū)動多體仿真模型，在關鍵零部件處建?輸出請求，提取零部件外聯(lián)點處的載荷譜。提取的載荷譜可作為零部件級臺架驗證的輸?條件，也可?作零部件的FAE仿真分析。以轉(zhuǎn)向節(jié)上球鉸點為例，提取的載荷譜如圖3所?，后三個通道的輸出始終為零，這是由于球鉸只能傳遞3個?向的?而不能傳遞3個?向的扭矩，這與實際情況是完全吻合的。

6 結(jié)語

本?通過臺架試驗與仿真分析相結(jié)合的?法，在ADAMS軟件中搭建了六?由度1/2前懸架系統(tǒng)臺架多體動?學模型，利?FEMTAT_Lab軟件調(diào)?ADAMS求解器，獲得了產(chǎn)?所需?輪六分?的線性作動器驅(qū)動信號，?以在現(xiàn)實臺架上驅(qū)動懸架系統(tǒng)進?可靠性驗證。提取了底盤關鍵零部件外聯(lián)點處的載荷譜，?以開展零部件級臺架驗證及零部件FAE仿真分析。該?法對降低臺架試驗投?、縮短驗證周期、提升臺架試驗準確度具有重要意義。

參考?獻：

[1] 李?，郭孔輝，丁海濤，等.汽?耐久性分析底盤載荷預測?法研究綜述[J].科學技術與?程，2010，10（24）：5960-5964.

[2] 陳軍.MSC.ADAMS技術與?程分析實例[M].北京：中國?利?電出版，2008.

[3] 李鵬宇，尹輝俊，官勇健，等.基于整?動?學模型的虛擬迭代技術分析[J].汽?使?技術，2019（8）：70-73.

[4] 孟科委，王啟棟，胡?芳，等.基于虛擬迭代的某重型商??駕駛室疲勞分析[J].合肥?業(yè)?學學報（?然科學），2021，44（2）：158-163.

[5] 付春?，曾超，劉宏杰，等.基于虛擬迭代的裝載機后處理?架載荷譜獲取?法[J].現(xiàn)代制造?程，2021（1）：17-21.

作者簡介：

艾正冬，男，1989年?，底盤試驗?程師，研究?向為商??底盤臺架試驗。614304DE-6094-4355-AE27-CC9F428BDFB9