CN102944422B - 汽车传动***行驶载荷疲劳再现试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车传动***行驶载荷疲劳再现试验方法，步骤如下：（1）、在试验场采集变速器输入转矩、驱动轮轴振动加速度和变速器档位信号；（2）、获得各档位实际行驶时的期望响应信号；（3）、安装传动***，计算***的频率响应函数；（4）、计算直线激振器和扭转激振器的初始驱动信号；（5）、计算误差对应的驱动信号修正量，记录该档位的最终驱动信号；（6）、获得各个档位的最终驱动信号；（7）、分别以各个档位最终驱动信号为输入，对传动***进行疲劳耐久性试验。该方法能很好的反映汽车传动系在实车行驶中的载荷，在室内模拟再现出传动***在实车行驶时的受力情况和疲劳情况，对汽车传动系疲劳寿命在室内进行准确高效的考核。

Description

汽车传动***行驶载荷疲劳再现试验方法

技术领域

本发明涉及一种汽车传动***性能试验方法，尤其涉及一种汽车传动***行驶载荷疲劳再现试验方法。

背景技术

目前大多数轿车都是前置前驱布置形式，其传动***主要由变速器(主减速器和差速器与变速器为一体)和长短半轴组成，这些部件组合在一起,起着为汽车行驶传递扭矩的作用。汽车传动***在实际行驶过程中受到交变扭矩的作用以及车轮上下跳动引起的动载荷的双重作用，其零部件及总成的破坏，绝大多数是由于这两种载荷共同作用下引起的失效，为在室内对汽车传动***疲劳可靠性能进行验证和考核，需要对汽车传动***两种主要行驶载荷进行模拟和再现，然后在再现的载荷情况下进行疲劳寿命试验，这将会大大提高试验准确度和效率。目前，国内外还没有汽车传动***扭矩和车轮上下跳动动载荷同时模拟再现的试验装置和方法。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种汽车传动***行驶载荷疲劳再现试验方法。该试验方法能很好的反映汽车传动系在实车行驶中的载荷，在室内模拟再现出汽车传动***在实车行驶时的受力情况和疲劳情况，对汽车传动系疲劳寿命在室内进行准确高效的考核。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

汽车传动***行驶载荷疲劳再现试验方法，在该方法中采用了一种汽车传动***行驶载荷疲劳再现试验***，该试验***包括第一直线激振器、第二直线激振器、第一固定支座、第二固定支座、加速度传感器、扭转激振器、扭矩传感器和计算机控制***；所述第一直线激振器和第二直线激振器竖直设置，在第一直线激振器和第二直线激振器的活塞杆上分别设置一支撑台，每个支撑台上设有一可相对该支撑台水平滑动的支撑滑台，所述第一固定支座竖直固定在第一直线激振器上方的支撑滑台上，所述第二固定支座竖直固定在第二直线激振器上方的支撑滑台上，所述第一固定支座和第二固定支座上均设有加速度传感器，所述扭矩传感器与扭转激振器连接，所述第一直线激振器、第二直线激振器和扭转激振器由计算机控制***控制，加速度传感器和扭矩传感器采集的信号输入计算机控制***；

该方法包括如下步骤：

(1)、在变速器输入轴上安装应变式扭矩传感器，车轮轮轴上安装加速度传感器，在试验场采集变速器输入转矩和输出端的振动加速度，并同时采集变速器档位信号；

(2)、根据档位信号，对采集的扭矩信号和加速度信号进行裁剪、剔除奇异项预处理，得到各个档位实际行驶时的期望响应信号，记录该档位实际行驶时的期望响应信号为y_d(t)，为3×1矩阵；

(3)、将汽车传动***安装在汽车传动***行驶载荷疲劳再现试验***上，使扭转激振器与变速器的动力输入轴连接，使变速器的长传动半轴与第一固定支座固定连接，变速器的短传动半轴与第二固定支座固定连接，通过计算机控制***对直线激振器和扭转激振器施加白噪声信号x_n(t)，收集加速度传感器和扭矩传感器的响应信号y_r(t)，按式(1)计算该试验***的频率响应函数H(f)；

$H\left(f\right)=\frac{S_{\mathrm{xy}}\left(f\right)}{S_{\mathrm{xx}}\left(f\right)}---\left(1\right)$

式中：S_xx(f)—白噪声信号x_n(t)的自功率谱密度；

S_xy(f)—白噪声信号x_n(t)与传感器响应信号y_r(t)之间的互功率谱密度；

H(f)—加速度传感器和扭矩传感器与直线激振器和扭转激振器之间的频率响应函数，为3×3矩阵；

(4)、以该档位实际行驶时的期望响应信号y_d(t)为模拟目标，根据式(2)和(3)计算直线激振器和扭转激振器的初始驱动信号：

X₀(f)＝H^-1(f)Y_d(f)             (2)

x₀(t)＝IFFT[X₀(f)]             (3)

式中：H^-1(f)—H(f)的逆矩阵；

Y_d(f)—期望响应信号y_d(t)的傅里叶变换；

x₀(t)—直线激振器和扭转激振器初始驱动信号；

X₀(f)—x₀(t)的傅里叶变换；

(5)、以初始驱动信号驱动直线激振器和扭转激振器，同时采集加速度传感器和扭矩传感器的响应信号y₀(t)，用式(4)、(5)、(6)和(7)计算时域响应和频域响应加权误差，用式(8)和(9)计算误差对应的驱动信号修正量：

△_t(t)＝y_d(t)-y₀(t)             (4)

△_f(f)＝Y_d(f)-Y₀(f)             (5)

△_f(t)＝IFFT[△_f(f)]            (6)

△(t)＝0.7×△_t(t)+0.3×△_f(t)  (7)

X_e(f)＝H^-1(f)△(f)               (8)

x_e(t)＝IFFT[X_e(f)]              (9)

式中：△_t(t)—时域响应误差信号；

Y₀(f)—传感器响应信号y₀(t)的傅里叶变换；

△_f(f)—频域响应误差信号；

△_f(t)—频域响应误差信号△_f(f)的逆傅里叶变换；

△(t)—时域响应和频域响应加权误差；

△(f)—△(t)的傅里叶变换；

x_e(t)—误差对应驱动信号；

X_e(f)—x_e(t)的傅里叶变换；

修正驱动信号为x₁(t)＝x₀(t)+αx_e(t)；

式中α为衰减系数，初始值通常取0.5，根据迭代收敛情况适当增大或减小，但必须满足：0＜α≤1；

以修正驱动信号x₁(t)作为驱动，不断重复本步骤中前面的过程进行迭代，并以式(10)实时计算误差值△_n，当各传感器响应误差≤5％时，记录最终驱动信号，该最终驱动信号即为该档位的最终驱动信号；

${\mathrm{\Δ}}_n=(0.7\×\frac{\sqrt{\underset{t}{\mathrm{\Σ}}{(y_d\left(t\right)-y_n\left(t\right))}^2}}{\sqrt{\underset{t}{\mathrm{\Σ}}{y}_d^2\left(t\right)}}+0.3\×\frac{\sqrt{\underset{f}{\mathrm{\Σ}}{(Y_d\left(f\right)-Y_n\left(f\right))}^2}}{\sqrt{\underset{f}{\mathrm{\Σ}}{Y}_d^2\left(f\right)}})\×100\%---\left(10\right)$

式中：△_n—第n次迭代误差值；

y_n(t)—第n次迭代采集的响应信号；

Y_n(f)—y_n(t)的傅里叶变换；

(6)、重复步骤(4)和步骤(5)，对变速器的各个档位实际行驶时的期望响应信号进行模拟迭代，得到各个档位的最终驱动信号；

(7)、分别以各个档位最终驱动信号为输入，将变速器固定在相应档位，对传动***进行疲劳耐久性试验。

与现有技术相比，本发明的汽车传动***行驶载荷疲劳再现试验方法具有如下优点：

1、运用直线激振器和扭转激振器分别模拟汽车传动***输出半轴车轮上下跳动动载荷和汽车传动系实际行驶转矩载荷，很好的反映了汽车传动系在实车行驶中的载荷。

2、应用时域误差和频域误差加权的多参数控制方法，在室内模拟再现出汽车传动***在实车行驶时的受力情况和疲劳情况，对汽车传动系疲劳寿命在室内进行准确高效的考核。

附图说明

图1为汽车传动***行驶载荷疲劳再现试验***的主视图；

图2为汽车传动***行驶载荷疲劳再现试验***的俯视图。

附图中：1—安装地基；2—第一直线激振器；3—支撑滑台；4—第一固定支座；5—加速度传感器；6—长传动半轴；7—扭转激振器；8—扭矩传感器；9—变速器支座；10—变速器；11—短传动半轴；12—支撑平台；13—支撑平台立柱；14—扭矩传感器；15—扭转激振器基座；16—支撑台；17—第二直线激振器；18—第二固定支座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

汽车传动***行驶载荷疲劳再现试验方法，在该方法中采用了一种汽车传动***行驶载荷疲劳再现试验***。如图1、2所示，该汽车传动***行驶载荷疲劳再现试验***包括安装地基1、变速器支座9、支撑平台12、支撑平台立柱13、扭矩传感器基座14、扭转激振器基座15、第一直线激振器2、第二直线激振器17、第一固定支座4、第二固定支座18、加速度传感器5、扭转激振器7、扭矩传感器8和计算机控制***。第一直线激振器2和第二直线激振器17竖直设置在安装地基1上，用来模拟车轮的上下跳动。支撑平台12通过三根支撑平台立柱13水平设置在安装地基1的上方，支撑平台12用于支撑扭转激振器7、扭矩传感器8和变速器10。在第一直线激振器2和第二直线激振器3的活塞杆上分别设置一支撑台16，每个支撑台16上设有一可相对该支撑台16水平滑动的支撑滑台3，支撑滑台3的作用是支撑固定支座，同时支撑滑台3可在支撑台16上沿水平方向滑动，以补偿车轮上下跳动时距离的变化。第一固定支座4竖直固定在第一直线激振器2上方的支撑滑台3上，第二固定支座18竖直固定在第二直线激振器17上方的支撑滑台3上，第一固定支座4和第二固定支座18上均设有加速度传感器5。扭矩传感器8通过扭矩传感器基座14安装在支撑平台12上，扭转激振器7通过扭转激振器基座15安装在支撑平台12上，变速器10通过变速器支座9安装在支撑平台12上。扭矩传感器8与扭转激振器7连接并通过扭转激振器7与变速器10的动力输入轴连接，扭转激振器7用来模拟发动机输出到变速器的动态扭转。第一直线激振器2、第二直线激振器17和扭转激振器7由计算机控制***控制，加速度传感器5和扭矩传感器8采集的信号输入计算机控制***。

该试验***的基本原理是：首先在实车行驶时采集汽车变速器输入转矩和车轮轮轴垂直方向的加速度，并根据档位进行信号裁剪和处理，然后用直线激振器和扭转激振器分别施加白噪声信号，采集加速度传感器和扭矩传感器输出，计算该试验***的频率响应函数，根据实车行驶时采集的车轮垂直方向加速度和转矩，计算直线激振器和扭转激振器输入信号，并不断进行迭代，在加速度传感器和扭矩传感器上模拟出实车行驶时采集的车轮垂直方向加速度和传动系转矩，使得传动系的行驶载荷在该***上得到很好的再现，最后按照各个档位在真实载荷条件下进行疲劳试验。

该汽车传动***行驶载荷疲劳再现试验方法包括如下步骤：

(1)、在变速器输入轴上安装应变式扭矩传感器，车轮轮轴上安装加速度传感器，在试验场采集变速器输入转矩和输出端的振动加速度，并同时采集变速器档位信号。

(2)、根据档位信号，对采集的扭矩信号和加速度信号进行裁剪、剔除奇异项预处理，得到各个档位实际行驶时的期望响应信号，记录该档位实际行驶时的期望响应信号为y_d(t)，为3×1矩阵。

(3)、将汽车传动***安装在汽车传动***行驶载荷疲劳再现试验***上，使扭转激振器与变速器的动力输入轴连接，使变速器的长传动半轴与第一固定支座固定连接，变速器的短传动半轴与第二固定支座固定连接，通过计算机控制***对直线激振器和扭转激振器施加白噪声信号x_n(t)，收集加速度传感器和扭矩传感器的响应信号y_r(t)，按式(1)计算该试验***的频率响应函数H(f)；

$H\left(f\right)=\frac{S_{\mathrm{xy}}\left(f\right)}{S_{\mathrm{xx}}\left(f\right)}---\left(1\right)$

式中：S_xx(f)—白噪声信号x_n(t)的自功率谱密度；

S_xy(f)—白噪声信号x_n(t)与传感器响应信号y_r(t)之间的互功率谱密度；

H(f)—加速度传感器和扭矩传感器与直线激振器和扭转激振器之间的频率响应函数，为3×3矩阵。

(4)、以该档位实际行驶时的期望响应信号y_d(t)为模拟目标，根据式(2)和(3)计算直线激振器和扭转激振器的初始驱动信号：

X₀(f)＝H^-1(f)Y_d(f)                (2)

x₀(t)＝IFFT[X₀(f)]                (3)

式中：H^-1(f)—H(f)的逆矩阵；

Y_d(f)—期望响应信号y_d(t)的傅里叶变换；

x₀(t)—直线激振器和扭转激振器初始驱动信号；

X₀(f)—x₀(t)的傅里叶变换。

(5)、以初始驱动信号驱动直线激振器和扭转激振器，同时采集加速度传感器和扭矩传感器的响应信号y₀(t)，用式(4)、(5)、(6)和(7)计算时域响应和频域响应加权误差，用式(8)和(9)计算误差对应的驱动信号修正量：

△_t(t)＝y_d(t)-y₀(t)             (4)

△_f(f)＝Y_d(f)-Y₀(f)             (5)

△_f(t)＝IFFT[△_f(f)]            (6)

△(t)＝0.7×△_t(t)+0.3×△_f(t)  (7)

X_e(f)＝H^-1(f)△(f)               (8)

x_e(t)＝IFFT[X_e(f)]              (9)

式中：△_t(t)—时域响应误差信号；

Y₀(f)—传感器响应信号y₀(t)的傅里叶变换；

△_f(f)—频域响应误差信号；

△_f(t)—频域响应误差信号△_f(f)的逆傅里叶变换；

△(t)—时域响应和频域响应加权误差；

△(f)—△(t)的傅里叶变换；

x_e(t)—误差对应驱动信号；

X_e(f)—x_e(t)的傅里叶变换；

修正驱动信号为x₁(t)＝x₀(t)+αx_e(t)；

式中α为衰减系数，初始值通常取0.5，根据迭代收敛情况适当增大或减小，但必须满足：0＜α≤1；

以修正驱动信号x₁(t)作为驱动，不断重复本步骤中前面的过程进行迭代，并以式(10)实时计算误差值△_n，当各传感器响应误差≤5％时，记录最终驱动信号，该最终驱动信号即为该档位的最终驱动信号；

${\mathrm{\Δ}}_n=(0.7\×\frac{\sqrt{\underset{t}{\mathrm{\Σ}}{(y_d\left(t\right)-y_n\left(t\right))}^2}}{\sqrt{\underset{t}{\mathrm{\Σ}}{y}_d^2\left(t\right)}}+0.3\×\frac{\sqrt{\underset{f}{\mathrm{\Σ}}{(Y_d\left(f\right)-Y_n\left(f\right))}^2}}{\sqrt{\underset{f}{\mathrm{\Σ}}{Y}_d^2\left(f\right)}})\×100\%---\left(10\right)$

式中：△_n—第n次迭代误差值；

y_n(t)—第n次迭代采集的响应信号；

Y_n(f)—y_n(t)的傅里叶变换。

(6)、重复步骤(4)和步骤(5)，对变速器的各个档位实际行驶时的期望响应信号进行模拟迭代，得到各个档位的最终驱动信号。

(7)、分别以各个档位最终驱动信号为输入，将变速器固定在相应档位，对传动***进行疲劳耐久性试验。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.汽车传动***行驶载荷疲劳再现试验方法，其特征在于，在该方法中采用了一种汽车传动***行驶载荷疲劳再现试验***，该试验***包括第一直线激振器、第二直线激振器、第一固定支座、第二固定支座、加速度传感器、扭转激振器、扭矩传感器和计算机控制***；所述第一直线激振器和第二直线激振器竖直设置，在第一直线激振器和第二直线激振器的活塞杆上分别设置一支撑台，每个支撑台上设有一可相对该支撑台水平滑动的支撑滑台，所述第一固定支座竖直固定在第一直线激振器上方的支撑滑台上，所述第二固定支座竖直固定在第二直线激振器上方的支撑滑台上，所述第一固定支座和第二固定支座上均设有加速度传感器，所述扭矩传感器与扭转激振器连接，所述第一直线激振器、第二直线激振器和扭转激振器由计算机控制***控制，加速度传感器和扭矩传感器采集的信号输入计算机控制***；

该方法包括如下步骤：

(1)、在变速器输入轴上安装应变式扭矩传感器，车轮轮轴上安装加速度传感器，在试验场采集变速器输入转矩和输出端的振动加速度，并同时采集变速器档位信号；

(2)、根据档位信号，对采集的扭矩信号和加速度信号进行裁剪、剔除奇异项预处理，得到各个档位实际行驶时的期望响应信号，记录该档位实际行驶时的期望响应信号为y_d(t)，为3×1矩阵；

(3)、将汽车传动***安装在汽车传动***行驶载荷疲劳再现试验***上，使扭转激振器与变速器的动力输入轴连接，使变速器的长传动半轴与第一固定支座固定连接，变速器的短传动半轴与第二固定支座固定连接，通过计算机控制***对直线激振器和扭转激振器施加白噪声信号x_n(t)，收集加速度传感器和扭矩传感器的响应信号y_r(t)，按式(1)计算该试验***的频率响应函数H(f)；

$H\left(f\right)=\frac{S_{\mathrm{xy}}\left(f\right)}{S_{\mathrm{xx}}\left(f\right)}---\left(1\right)$

式中：S_xx(f)—白噪声信号x_n(t)的自功率谱密度；

S_xy(f)—白噪声信号x_n(t)与传感器响应信号yr(t)之间的互功率谱密度；

H(f)—加速度传感器和扭矩传感器与直线激振器和扭转激振器之间的频率响应函数，为3×3矩阵；

(4)、以该档位实际行驶时的期望响应信号y_d(t)为模拟目标，根据式(2)和(3)计算直线激振器和扭转激振器的初始驱动信号：

X₀(f)＝H^-1(f)Y_d(f)    (2)

x₀(t)＝IFFT[X₀(f)]    (3)

式中：H^-1(f)—H(f)的逆矩阵；

Y_d(f)—期望响应信号y_d(t)的傅里叶变换；

x₀(t)—直线激振器和扭转激振器初始驱动信号；

X₀(f)—x₀(t)的傅里叶变换；

(5)、以初始驱动信号驱动直线激振器和扭转激振器，同时采集加速度传感器和扭矩传感器的响应信号y₀(t)，用式(4)、(5)、(6)和(7)计算时域响应和频域响应加权误差，用式(8)和(9)计算误差对应的驱动信号修正量：

Δ_t(t)＝y_d(t)-y₀(t)    (4)

Δ_f(f)＝Y_d(f)-Y₀(f)    (5)

Δ(t)＝0.7×Δ_t(t)+0.3×Δ_f(t)    (7)

X_e(f)＝H^-1(f)Δ(f)    (8)

x_e(t)＝IFFT[X_e(f)]    (9)

式中：Δ_t(t)—时域响应误差信号；

Y₀(f)—传感器响应信号y₀(t)的傅里叶变换；

Δ_f(f)—频域响应误差信号；

Δ_f(t)—频域响应误差信号Δ_f(f)的逆傅里叶变换；

Δ(t)—时域响应和频域响应加权误差；

Δ(f)—Δ(t)的傅里叶变换；

x_e(t)—误差对应驱动信号；

X_e(f)—x_e(t)的傅里叶变换；

修正驱动信号为x₁(t)＝x₀(t)+αx_e(t)；

式中α为衰减系数，初始值通常取0.5，根据迭代收敛情况适当增大或减小，但必须满足：0＜α≤1；

以修正驱动信号x₁(t)作为驱动，不断重复本步骤中前面的过程进行迭代，并以式(10)实时计算误差值Δ_n，当各传感器响应误差≤5％时，记录最终驱动信号，该最终驱动信号即为该档位的最终驱动信号；

${\mathrm{\Δ}}_n=(0.7\×\frac{\sqrt{\underset{t}{\mathrm{\Σ}}{(y_d\left(t\right)-y_n\left(t\right))}^2}}{\sqrt{\underset{t}{\mathrm{\Σ}}{y}_d^2\left(t\right)}})+0.3\×\frac{\sqrt{\underset{f}{\mathrm{\Σ}}{(Y_d\left(f\right)-Y_n\left(f\right))}^2}}{\sqrt{\underset{f}{\mathrm{\Σ}}{Y}_d^2\left(f\right)}}\×100\%---\left(10\right)$

式中：Δ_n—第n次迭代误差值；

y_n(t)—第n次迭代采集的响应信号；

Y_n(f)—y_n(t)的傅里叶变换；

(6)、重复步骤(4)和步骤(5)，对变速器的各个档位实际行驶时的期望响应信号进行模拟迭代，得到各个档位的最终驱动信号；

(7)、分别以各个档位最终驱动信号为输入，将变速器固定在相应档位，对传动***进行疲劳耐久性试验。