淺談某自卸車道路載荷譜采集與處理

李文卿，劉占峰

(內蒙古工業大學，內蒙古 呼和浩特 010051)

車輛結構的疲勞耐久性能一直是車企及用戶備受關注的問題，隨著汽車行業的不斷發展，汽車的安全性及可靠性也越來越得到重視。自卸車，作為基礎建設中不可或缺的交通設備，且因施工環境的惡劣性，其疲勞耐久性顯得更加重要。

在前期車輛疲勞耐久性能的研發過程中，道路載荷譜的采集是必不可少的。準確的道路載荷譜的輸入是進行車輛疲勞性能分析的基礎。自20世紀60代開始，國內外根據道路載荷譜來研究分析車輛結構的疲勞耐久性問題[1]。目前，好多研究并不是基于實車道路試驗來得到所需要的載荷譜的，這在疲勞分析的過程中可能就會存在一定的誤差。為了能夠較為準確地反映車輛在規定工況下的道路載荷信息，筆者主要介紹了某“8×4”式重型自卸車在某汽車試驗場，根據相關規定，使用相關的儀器設備對整車進行試驗路試，得到整車的道路載荷譜并進行一系列的修正及后期的處理得到較為合理的道路載荷譜。得到的載荷譜能夠作為臺架試驗或者計算機仿真分析的輸入，大大縮短了產品的研發周期，降低了成本，帶來了巨大的效益[2]。

1 傳感器的安裝

載荷譜采集系統與傳感器參考表1所示。

表1 設備名稱及其用途

1.1 六分力傳感器

六分力傳感器是一個替代汽車輪輞中心部分的圓盤狀傳感器，通過六組獨立的應變片電橋測量作用在車輪中心位置上的力和轉矩。在車輪制動、轉向和外傾時，能夠同時測量車輪的垂直、側向及縱向的力和轉矩。六分力傳感器安裝需要借助適配器，通過輪輞和輪轂適配器安裝在輪胎上，輪輞適配器用于適應不同的輪胎，輪轂適配器用于適應不同的車軸。本次試驗配有4個六分力傳感器，同步采集4個車輪的軸頭六分力載荷，針對“8×4”車型4個車輪，采取第一、三軸左側車輪，第二、四軸右側車輪進行測量，該載荷可作為整車激勵載荷，如圖1所示。

1.2 加速度傳感器

軸頭加速度信號可以作為整車輸入的迭代信號，安裝位置盡可能靠近測試點位置，安裝方向盡可能與測試點的方向相同，軸頭加速度傳感器量程盡量不低于20 g，精度高于0.005 g。路面不平度的特征(按照GB/T 7031-2005《機械振動道路路面譜測量數據報告》的路面不平度等級劃分)可通過車輛的基本結構參數和軸頭的加速度信號來間接得到。車身加速度信號可以作為整車的監控信號，車身加速度傳感器量程盡量不低于10 g，精度高于0.005 g。

1.3 拉線位移傳感器

拉線位移傳感器安裝在各個懸架上，一段固定在軸頭，另一端固定在軸頭正上方的車身上，用來測量軸頭正上方車架的位移。第一橋左軸頭正上方車架位置拉線位移傳感器安裝位置，如圖2所示。

1.4 應變片

采集應變信號的零部件主要有車橋、縱梁、轉向拉桿、轉向臂、鋼板彈簧、平衡梁等，應變片粘貼位置可通過實際工程經驗、類似產品故障數據、零部件表面涂漆道路試驗探測裂紋、零部件有限元分析等方法確定。應變片的安裝位置，如圖3所示。

傳感器安裝完成之后，對傳感器要進行必要的防護。比如用特定的膠布對六分力傳感器進行防塵、防水處理；在應變片表面涂抹特定膠水并粘貼膠布以防止測試過程中的脫落等。防護完成之后要對傳感器進行標定與調零，并做進一步的檢查與修改。

圖1 車輪六分力傳感器安裝位置及狀態

圖2 拉線位移傳感器 圖3 應變片

筆者根據GB/T 12534-90《汽車道路試驗方法通則》在某車企試驗場進行載荷譜的采集，共采集7種不同路面的道路載荷譜(見表2)。測量時，為保證試驗場強化道路具有較好的重復性和可靠性，采取以相同的速度通過相同路面進行兩次重復測量。

表2 驗場各可靠性道路種類及測試速度

2 載荷譜的處理

通過觀察eDAQ數據采集器及nCode顯示出來的時域信號，進行數據的篩選，提取出合理數據進行迭代分析。試驗場道路試驗數據采集完成之后，由于受外界因素影響的干擾，試驗數據可能會存在一定的誤差，需要用濾波器進行去毛刺、去漂移等處理[3]。

2.1 去毛刺處理

在信號采集過程中，由于試驗場道路測試環境的復雜性以及受到設備電流等因素的影響，采集的原始信號中可能會產生一些頻率高、幅值大和隨機性強的奇異值，這些信號便稱為毛刺信號。毛刺信號是一種失真信號，在后期的虛擬迭代過程中會嚴重影響到載荷的分解工作，影響仿真分析的準確性[3]。

這些毛刺信號的量值可能會遠超過正常值范圍，導致后續仿真分析的準確性。筆者主要基于nCode數據處理軟件，對信號進行去毛刺處理的置信度為99.73%，如圖4所示。

(a)原始應變信號

(b)去毛刺處理后信號

2.2 去漂移處理

受到設備自身固定的缺陷以及工作環境的影響，采集得到的載荷譜數據隨時間范圍內有一個緩慢變化的過程，我們把這一現象稱為漂移。漂移的存在可能導致原始信號的功率譜密度及相關函數發生完全失真。一般我們通過載荷譜的全周均值與動態均值來糾正漂移[4]。

3 結束語

文章主要介紹了某“8×4”式自卸貨車載荷譜的采集及后續數據處理過程。為試驗場實車道路載荷譜的采集及提供理論基礎，為計算機仿真分析整車及部件的疲勞耐久性提供了有效的輸入，減短了企業前期疲勞耐久性試驗的周期，為后續道路載荷譜的采集及處理提供參考。