商用车后置电瓶箱室内道路模拟台架试验分析.pdf

第 6卷第 4期2023年 8月Vol.6 No.4Aug.2023汽 车 与 新 动 力AUTOMOBILE AND NEW POWERTRAIN商用车后置电瓶箱室内道路模拟台架试验分析徐东1，孙清雨2，李相标2，徐刚2（1.上海汽车集团股份有限公司商用车技术中心，上海 200438；2.上汽红岩汽车有限公司技术中心，重庆 401122）摘要：基于 MAST 6轴振动试验台，以某型商用车后置电瓶箱系统为研究对象，介绍了从路谱数据采集到数据处理分析的全过程，并利用远程参数控制（RPC）迭代技术，将试验场采集到的路谱载荷信号通过迭代计算转化为供台架试验的驱动信号，从而进行电瓶箱系统耐久强度的快速试验验证。结果表明：迭代结果整体满足要求，X、Y、Z 3个方向的均方根（RMS）分别在 20%、19%、20%内，较好地保留了道路原始谱造成的疲劳损伤，满足损伤等效原则。该研究可为今后其他车型部件的疲劳耐久试验提供参考。关键词：电瓶箱；MAST 6轴振动试验台；均方根；迭代0前言整车耐久试验对于整车质量的评价来说至关重要，整车耐久试验的验证可采取 3 种方法来完成，即社会道路试验、试验场试验和室内道路模拟试验1。社会道路试验完全贴近车辆的真实使用状态，但缺点是试验周期太长，无法满足企业的高效率要求；试验场试验大大缩短了试验时间，但试验需要由专业的试验员来驾驶车辆，且涉及车辆运输和试验场地租赁等问题，给企业带来诸多的不便；室内道路模拟试验可较好地再现车辆的使用状态，试验可以昼夜不间断地运行，且对试验载荷谱进行编辑加速处理后，试验时间可大幅缩短，提高了试验效率2。因此，室内道路模拟试验在整车耐久试验中已被广泛采用。本文运用 MAST 6轴振动试验台，通过道路模拟再现路试真实载荷的试验方法，对某款商用车的后置电瓶箱箱体及蓄电池结构疲劳耐久性能进行快速验证，以期为今后其他车型部件的疲劳耐久试验提供参考。1试验条件1.1试验设备及样件本文以试验室现有 MAST 6 轴振动试验台开展针对某款商用车后置电瓶箱箱体及蓄电池疲劳耐久试验，电瓶箱箱体结构如图 1所示。该试验台主要由液压动力单元（HPU）、分油器、蓄能器、控制器、作动器等组成，如图 2 所示。设备运行过程中HPU 提供作动器驱动力，其提供的高压油通过油管传送到作动器中，控制器最终通过控制伺服阀控制台面实现 6 自由度（垂直、横向、纵向、翻滚、俯仰、摇摆）3的运动。1.2载荷数据采集道路载荷谱数据采集以加速度信号为主，在主动端（车架端）及被动端（被测样件）上布置一定数量的加速度传感器。目的是获得目标响应信号，最终通过虚拟迭代技术获得室内台架试验的驱动信号。传感器的布置需要遵循以下原则4：测试位置可以完全反映出被测目标的受载情况；测试位置需要完全反映路面的激励情况；所选位置应与台架试验监控测试位置保持一致。为完整采集被测样件振动状态，主动端上需要布置 4个传感作者简介：徐东（1979），男，本科，工程师，主要研究方向为整车试制及试验验证。检测技术第 4期徐东，等：商用车后置电瓶箱室内道路模拟台架试验分析器，被动端上需要布置 5个传感器，主、被动端测点左右对称布置，通道定义见表 1。道路载荷谱数据采集在国家某汽车试验场进行，主要采集路面包括长波路、搓板路、扭曲路及比利时路。2试验过程及分析2.1道路载荷谱数据处理道路载荷谱采集到的原始数据可能存在一定的干扰，因此需要先对采集到的原始数据进行去噪声、去漂移、去毛刺等处理；每个路段具备各自的激励特征，且由于考虑到后期迭代时，若其中一种路况迭代收敛速度慢，将导致其余路况重复迭代，致使迭代效率低，故需要对采集到的原始数据进行分路况截取2，5。本文采用专业软件进行数据处理分析。2.1.1毛刺处理毛刺信号通常可通过以下 3 种方法进行判断：若信号在某一瞬间发生突变，则可判断此时间点信号为毛刺信号；若 2个及以上的通道信号在某一瞬间发生突变，则该时间点信号为毛刺信号；用莱茵达准则进行毛刺信号判断6。对于一组数据（x1，x2，xi，xn），存在：x =1ni=1nxi（1）=1ni=1n()xi-x 2（2）式中：x 为信号均值；为信号标准差。若()xi-x k时，则认为 xi为毛刺点，应予以删除。其中 k为常数，其取值应保证整组数据奇异点较少，需要一定的工程经验。2.1.2滤波处理滤波处理即将道路载荷谱采集到的数据中不需要的频率成分进行清除，从而得到满足需求的道路载荷谱信号。4种基本的滤波形式为低通、高通、带通及带阻。本文采用带通形式进行滤波，滤波频率 范 围 为 0.550 Hz，滤 波 器 选 择 Ncode 中 的Butterworth，滤波形式选择高通，滤波阶数选择 8。2.1.3路面截取处理由于在试验场中所需要考核的强化路面并不连续，因此在采集到的原始路谱信号数据中包含着过渡路面信号。过渡路面信号不属于采集范围，故图 1后置电瓶箱图 2MAST 6轴振动试验台表 1数据采集各通道定义编号ACC_1ACC_2ACC_3ACC_4ACC_5ACC_6ACC_7ACC_8ACC_9位置电瓶箱前左主动端电瓶箱前左被动端电瓶箱前右主动端电瓶箱前右被动端电瓶箱后左主动端电瓶箱后左被动端电瓶箱后右主动端电瓶箱后右被动端电瓶本体（后）定义次要信号目标信号次要信号目标信号次要信号目标信号次要信号目标信号次要信号71第 6卷汽 车 与 新 动 力在数据处理过程中需要将其删除。以电瓶箱前右主动端为例，去除过渡路面信号前后的路谱信号数据如图 3所示。由图 3 可以看出：删除过渡路面信号后，载荷数据时间大幅缩短，从 1 200 s缩短至 750 s，大幅提高了后期试验效率。同时为了提高后期迭代效率，需要对 4 种强化考核路面工况信号进行截取。以电瓶箱前右主动端载荷信号为例，截取后的信号如图 4所示。2.2试验样件安装电瓶箱在实车上安装时并非独立存在，而是与储气筒及车架部件一起安装，故需要重新设计工装复现电瓶箱系统在整车上的安装状态及边界条件，同时需要选用路谱采集的测点信号通道作为台架试验的迭代通道和监控通道，台架试验安装状态及传感器布置位置如图 5所示。2.3试验工况循环本次道路试验考核里程按照企业标准进行，试图 3电瓶箱前右主动端过渡路面信号去除前后路谱信号数据图72第 4期徐东，等：商用车后置电瓶箱室内道路模拟台架试验分析验场上路谱采集 1 个循环里程约为 7.4 km，台架试验载荷谱数据为试验场上 1个循环，故台架试验循环数为 676，具体见表 2。2.4试验迭代过程MTS 公司远程参数控制（RPC）迭代技术通过实际道路行驶中采集到的目标信号与试验台上的响应信号进行不断比较，反复回馈迭代；当响应信号逼近目标信号时，得到的载荷谱就能够在试验台上再现具有各种不同特征的路面激励7-8，具体流程3如图 6所示。2.5试验迭代分析本文以电瓶箱系统被动端为迭代目标信号，同时以损伤占比较高的比利时路工况进行迭代结果分析说明。比利时路工况迭代 6 次后的均方根图 4电瓶箱前右主动端路面信号截取图 5台架试验各通道数据采集表 2试验工况循环数工况长波路搓板路扭曲路比利时路循环数676676676676图 6RPC迭代流程图73第 6卷汽 车 与 新 动 力（RMS）曲线图如图 7所示，各传感器布置通道名称中 FL、FR、RL、RR 分别代表前左、前右、后左、后右，A、P分别代表主动端、被动端，X、Y、Z分别代表X方向、Y 方向、Z方向。由图 7可以看出：X、Y、Z 3个方向上系统响应信号与目标信号的 RMS分别控制在 20%、19%、20%以内。此时系统响应信号与目标信号在时域上信号重合度较好，达到了理想模拟精度误差，如图 8所示。系统响应信号与目标信号频域图如图 9 所示。由图 9 可以看出：系统响应信号与目标信号在频域上也非常接近，无相位差。基于台架道路试验中重要的伪损伤等效原则，本文进一步通过标准的应力-寿命曲线计算出各通道的伪损伤，并统计出台架试验迭代后的响应信号伪损伤与路谱采集信号伪损伤之比。伪损伤之比也是评价道路试验迭代效果的重要指标。以比利时路工况为例，各通道之间的平均伪损伤比如图10所示。图 7目标信号与响应信号 RMS图 8目标信号与响应信号时域图74第 4期徐东，等：商用车后置电瓶箱室内道路模拟台架试验分析由图 10可以看出：各通道之间的平均伪损伤比为 102，说明目标信号与响应信号较接近，响应信号可较好地模拟目标信号，因此最后一步迭代生成的响应信号即可用作台架道路模拟试验的驱动信号。2.6台架试验结果分析使用迭代出的驱动信号进行台架试验。试验中对样件上各监控点的加速度数据进行监测并与实车数据进行对比，防止试验过程中数据失真。在整个试验过程中，出现了电瓶箱漏液及支架开裂等失效模式，且台架试验中出现的失效模式同样在整车道路试验上复现。后经改进后的样件经过 676个台架试验循环未出现失效，并同状态样件在实车道路试验中也未发生失效。这说明该室内台架试验方法可有效验证出整车道路试验问题。3结语以某型商用车后置电瓶箱系统为研究对象，介绍了从路谱数据采集到数据处理分析的全过程。通过对路谱载荷信号进行分析处理，并利用 RPC迭代技术，基于 MAST 6轴振动试验台对该商用车后置电瓶箱系统耐久强度进行了快速试验验证。图 9目标信号与响应信号频域图图 10各通道的伪损伤比75第 6卷汽 车 与 新 动 力试验场采集到的路谱载荷信号通过迭代计算转化为供台架试验的驱动信号，以损伤占比较高的比利时路工况为例，X、Y、Z 3 个方向上的 RMS 分别控制在 20%、19%、20%以内；目标信号与响应信号在时域及频域上重合度较好；平均伪损伤比控制在102；台架试验中出现的失效模式在整车试验上得到了有效复现，说明台架试验结果可有效替代道路试验，因此该试验方法可为类似试验提供参考。参考文献1 魏庆朝,孔永健,时瑾.磁浮铁路系统与技术M.北京:中国科学技术出版社,2010.2 赵子顺,董远明,蒋尚君.整车室内道路模拟试验载荷谱的编制方法J.上海工程技术大学学报,2015,29(4):293-294.3 林先松.多轴振动台架在道路载荷模拟试验中的应用J.机电技术,2018,3(1):83-84.4 宋营业.商用车电瓶箱支架结构及疲劳强度评估方法研究D.西安:西京学院,2020.5 朱藴卿,王琼,焦延亮.基于道路载荷谱迭代的挡泥板支架耐久性分析C/2019 中国汽车工程学会年会论文集(4).上海:中国汽车工程学会,2019:1589.6 陈琪.随机激励下电动汽车动力电池包结构疲劳性能研究D.广州:华南理工大学,2017.7 章礼文.RPC 在汽车悬架系统垂向疲劳试验中的应用J.汽车零部件,2012(9):105-107.8 石峰,王红钢,刘再生,等.路谱台架试验研究J.振动与冲击,2012(19):10-14.76