[发明专利]一种正交力控制摩托车车架室内多轴疲劳度试验方法

摘要

一种正交力控制摩托车车架室内多轴疲劳度试验方法，涉及摩托车车架疲劳度试验方法，解决现有进行摩托车车架疲劳度试验过程存在试验系统结构复杂、激励通道耦合并难于迭代收敛等问题，包括试验系统，该系统为多轴向多激励的载荷谱模拟迭代系统，能够模拟车架实际道路行驶所受到的多轴向冲击载荷，其装夹和加载方式与车架实际道路行驶受载特征更趋一致；该方法能够模拟摩托车在实际道路行驶时车架所受到的多轴向冲击载荷，能够在室内逼真再现车架实际受载特征，能够更加高效准确的考核车架的疲劳性能，采用了正交力控制模式，即水平激振器与垂直激振器均采用力激励和控制模式，很好地满足了系统的结构自由度和运动解耦，得到较高的模拟精度。

主权项

1.一种正交力控制摩托车车架室内多轴疲劳度试验方法，其特征是，所述试验方法中采用一套试验系统，该试验系统包括安装基座(1)、水平激振器后支座(2)、水平激振器(3)、导轨(4)、水平激振器力传感器(5)、前支架立管(7)、前支架夹板(8)、龙门架(10)、垂直激振器(11)、垂直激振器力传感器(13)、连接夹具(15)、中间轴(16)、中间轴固定支座(17)、发动机总成(18)、导轨滑板(20)和多个平面铰；所述水平激振器后支座(2)、导轨(4)、龙门架(10)、中间轴固定支座(17)分别固定在安装基座(1)上；所述水平激振器(3)两端均采用平面铰分别与水平激振器后支座(2)和导轨滑板(20)连接，水平激振器(3)的前端设置水平激振器力传感器(5)；所述垂直激振器(11)两端均采用平面铰分别与龙门架(10)和连接夹具(15)连接，垂直激振器(11)的前端设置垂直激振器力传感器(13)；所述导轨滑板(20)和导轨(4)采用滑移副连接，实现水平往复运动；所述前支架立管(7)与导轨滑板(20)采用平面铰连接；所述前支架立管(7)与前支架夹板(8)采用螺钉连接；所述连接夹具(15)还用于与车架总成(9)连接；该试验方法由以下步骤实现：步骤一、对车架总成(9)进行实际道路行驶工况受力分析，模拟获得车架总成在摩托车实际道路行驶工况下的应力分布集中点，在所述应力分布集中点的相应位置布置应变传感器，并按照摩托车行驶不同路况分别进行实际车辆行驶时车架道路载荷谱采集；步骤二、对步骤一采集的载荷谱进行处理和可靠性验证，确定车架实际路况行驶整体应力分布特征和应力集中的测点，在车架上均匀地选取其中M个应力较大测点，并对不同行驶路况下所述M个测点的载荷谱循环数据进行浓缩，获得该路况下试验系统内模拟试验测点的期望响应信号；步骤三、将车架总成安装在试验系统上，在步骤二中选取的M个测点相同位置布置应变传感器，对所述M个测点施加单通道激励，进行测点应变响应灵敏度和响应线性度分析，选出一对测点作为载荷谱模拟迭代测点，构建两个输入两个输出的2×2方阵控制模拟迭代系统；所述步骤三中选取一对载荷谱模拟迭代测点的具体方法为：步骤三一、对水平激振器单独施加三组频率不变幅值依次增倍的水平正弦力驱动信号，测量车架上相应测点应变响应信号，按照公式一、公式二求取车架相应测点应变响应对水平激振器力驱动信号的响应灵敏度δ_H和响应线性度γ_H；对垂直激振器单独施加三组频率不变幅值依次增倍的垂直正弦力驱动信号，测量车架上相应测点应变响应信号对垂直激振器力驱动信号的响应灵敏度δ_V和响应线性度γ_V；步骤三二、将车架上相应测点响应灵敏度值和响应线性度值分别按大小进行排序，选取对水平激振器力驱动信号响应灵敏度高且响应线性度好，而对垂直激振器力驱动信号响应灵敏度低的测点1作为水平激振器力驱动模拟迭代测点；再选取对水平激振器力驱动信号响应灵敏度低，而对垂直激振器力驱动信号响应灵敏度高且响应线性度好的测点2作为垂直激振器力驱动模拟迭代测点；其它测点作为模拟迭代监控测点；公式一、公式二、式中：x_a(t),x_b(t)为前、后两次力驱动信号，y_a(t),y_b(t)分别对应前、后两次力驱动信号激励下同一测点应变响应信号；δ₁为第二组激励相对第一组激励计算所得响应灵敏度；δ₂为第三组激励相对第二组激励计算所得响应灵敏度；步骤四、采用步骤三构建的控制模拟迭代系统进行测点载荷谱模拟迭代，并记录迭代误差≤10％的最后一次激振器激励谱，作为该路况疲劳度试验激励谱；所述步骤四中进行测点载荷谱模拟迭代的具体方法为：步骤四一、生成宽带数字白噪声力驱动信号a₁(t)和a₂(t)分别作为水平激振器和垂直激振器的输入信号，同时采集回收模拟迭代测点1和测点2响应信号b₁(t)和b₂(t)，根据公式三、公式四求解系统的频响函数H(f)；然后选取步骤二中某一种路况浓缩得到的迭代测点1和迭代测点2载荷谱，按公式五反求激振器初始激励信号；公式三、A(f)＝[A₁(f),A₂(f)]^T，B(f)＝[B₁(f),B₂(f)]^T公式四、公式五、a⁽⁰⁾(t)＝IFFT[H^‑1(f)B^(d)(f)]式中：A₁(f),A₂(f),B₁(f),B₂(f)分别为a₁(t)，a₂(t)，b₁(t)，b₂(t)的傅里叶变换；A(f)为输入激励矩阵；B(f)为输出响应矩阵；S_AB(f)为输入与输出的互功率谱；S_AA(f)为输入的自功率谱；H^‑1(f)为H(f)的逆矩阵；步骤四二、用求取的初始信号激励各激振器，同时采集两个模拟迭代测点的输出响应信号，按公式六求取时频域加权平均误差e(t)，最后按公式七反求平均误差e(t)对应的输入信号修正量a_e(t)；公式六、e(t)＝0.5[b^(d)(t)‑b⁽⁰⁾(t)]+0.5*IFFT[B^(d)(f)‑B⁽⁰⁾(f)]公式七、a_e(t)＝IFFT[H^‑1(f)E(f)]式中：H^‑1(f)为试验系统频率响应函数H(f)的逆矩阵，a⁽⁰⁾(t)为初始驱动信号；b^(d)(t)，B^(d)(f)为迭代测点期望响应信号及其傅里叶变换；b⁽⁰⁾(t)，B⁽⁰⁾(f)为初始驱动信号输入下迭代测点输出响应及其傅里叶变换；e(t)，E(f)为时域和频域加权误差响应信号及其傅里叶变换；a_e(t)为误差修正输入信号；步骤四三、根据步骤四二获得的误差对应的输入信号修正量对系统输入进行修正，获得修正输入信号，用公式八表示为：公式八、a⁽¹⁾(t)＝a⁽⁰⁾(t)+ξ*a_e(t)式中：a⁽¹⁾(t)为修正输入信号；ξ为衰减系数；步骤四四、采用步骤四三获得的修正输入信号a⁽¹⁾(t)作为输入，不断重复步骤四二至步骤四三之间的过程进行模拟迭代，并以公式九计算每次迭代后实际响应信号与期望响应信号时域和频域的误差平均值e_n，当e_n≤10％时，记录最后一次迭代水平激振器力激励信号a₁*(t)和垂直激振器力激励信号a₂*(t)，按公式十建立载荷谱矩阵A*，即为本路况疲劳度试验激励谱；公式九、公式十、A*＝[a₁*(t),a₂*(t)]^T式中：b⁽ⁿ⁾(t)，B⁽ⁿ⁾(f)为第n次迭代测点输出响应信号及其傅里叶变换，a₁*(t)为最后一次迭代水平激振器力激励谱；a₂*(t)为最后一次迭代垂直激振器力激励谱；步骤五、对车架不同路况测点载荷谱分别进行模拟迭代，获取各自路况疲劳度试验激励谱，按照车架寿命周期内通常的骑行路况比例构成，将获得的各路况疲劳度激励谱进行拼接合成，获得最终用于车架疲劳度试验的合成激励谱；采用所述合成激励谱来分别驱动对应激振器，对车架总成进行多轴向加载，实现车架室内多轴疲劳度检测。