李 耀，王 斌，詹永驍，彭紅偉，韓榮鵬

(中汽研汽車檢驗中心(天津)有限公司 天津300399)

0 引 言

隨著人民生活水平和科學技術的不斷提高，車輛成為日常生活中不可或缺的交通工具。從20 世紀50 年代我國第一輛自主生產(chǎn)汽車下線到今天年產(chǎn)銷約2 500 萬輛，我國汽車工業(yè)經(jīng)歷了跨越式發(fā)展，汽車也從高端奢侈品漸漸進入大眾家庭。汽車工業(yè)的飛速發(fā)展對車輛駕乘舒適性也提出了更高的要求，汽車平順性作為汽車舒適性的一個重要評價指標在車輛開發(fā)中也越發(fā)重要。

汽車平順性是指汽車在一般行駛速度范圍內(nèi)行駛時，能保證乘員不會因車身振動而引起不舒服和疲勞的感覺，以及保持所運貨物完整無損的性能[1]。由于平順性主要是根據(jù)駕乘人員的舒適程度來評價，又稱為舒適性。車輛行駛過程中，路面的不平度將引起車輛振動和噪音，從而影響駕乘人員的乘坐舒適性[2]。

目前平順性試驗主要利用公共道路和試車廠專用道路進行主觀感受和客觀數(shù)據(jù)評價，該方法受環(huán)境、路面、駕駛人員等因素影響較大，無法保證試驗重復性，不利于對不同車型的比較分析。本文利用四通道道路模擬試驗臺進行平順性試驗，旨在降低環(huán)境、路面、司機對平順性測試評價造成的影響。

1 四通道道路模擬試驗臺系統(tǒng)

本文所述四通道道路模擬試驗臺能夠復現(xiàn)整車在實際道路上的運動特性，廣泛應用于可靠耐久性驗證、NVH 等領域，四通道道路模擬試驗臺具有復現(xiàn)性好、不受環(huán)境和人員因素影響等特點。該試驗臺系統(tǒng)(圖1)由執(zhí)行機構(液壓作動器等)、油源系統(tǒng)(液壓泵站、分油器等)、控制系統(tǒng)(控制器、控制電腦)組成，測試通過在作動器上安裝的托盤承載被測車輛的4 個車輪，由作動器提供垂直激勵，復現(xiàn)被測車輛在實際路面上垂直方向的受力情況。

圖1 道路模擬試驗臺系統(tǒng)Fig.1 Road simulation test system

2 道路模擬試驗臺平順性測試方法

2.1 信號生成

四通道道路模擬試驗臺主要利用在試驗場采集車輛載荷譜，在臺架上通過RPC 遠程參數(shù)控制技術生成臺架驅(qū)動信號，模擬被測車輛在不平路面上的實際運行狀態(tài)。該方法受車輛載荷、路面條件、車輛懸架布置形式等影響較大，因此每次試驗前都需要進行載荷采集，花費周期長、費用高、不利于橫向比較。本文利用隨機路面輸入和脈沖路面輸入，直接生成作動器位移譜目標信號。

2.1.1 隨機路面

隨機路面包含連續(xù)的頻率成分，模擬時采用正弦掃頻信號輸入，為更加接近實際路面，采用等速掃頻輸入。本文設置如下表1 的等速掃頻試驗條件：

表1 試驗條件Tab.1 Test condition

本文利用HBM 公司的nCode 軟件依據(jù)表1 中設定的參數(shù)生成掃頻信號，如圖2 所示。

四通道道路模擬試驗臺驅(qū)動是依靠作動器內(nèi)部的LVDT 位移傳感器控制的，所以需要將生成的Y軸為速度的時域歷史曲線積分計算生成Y 軸為位移的時域歷史曲線，常用的積分處理方法有時域法和頻域法，這里我們使用時域法直接進行處理，避免因傅里葉變換而引起的誤差。

圖2 時域曲線(Y軸為速度)Fig.2 Time domain curve(Y-axis is velocity)

設速度振動信號為 v ( t) ，則位移信號：

計算生成的如圖3 所示的信號，作為臺架輸入的目標信號。

圖3 目標信號(單輪)Fig.3 Target signal(single tire)

本文采用左、右輪同相位，前、后輪利用時間差體現(xiàn)軸距和車速，生成臺架驅(qū)動的目標信號，如圖4所示。

圖4 目標信號(四輪)Fig.4 Target signal(four tires)

2.1.2 脈沖路面

脈沖路面主要考核車輛瞬態(tài)沖擊特性，本試驗設置了實際道路中常見的、具有脈沖路面特征的——減速帶工況。本文設置的減速帶試驗條件如表2 所示，減速帶幾何參數(shù)如圖5 所示，減速時域曲線如圖6所示。

表2 試驗條件Tab.2 Test condition

圖5 減速帶幾何參數(shù)Fig.5 Geometric parameters of speed bump

圖6 減速帶時域曲線Fig.6 Time domain curve of speed bump

2.2 驅(qū)動文件開發(fā)

如圖7 所示，驅(qū)動信號經(jīng)由PID、閥驅(qū)動調(diào)節(jié)后輸出驅(qū)動響應信號(即目標信號)。因此，上文1.2.1生成的目標信號需要通過設備自帶的迭代軟件進行迭代復現(xiàn)，使驅(qū)動響應信號與目標信號盡可能保持接近，迭代過程如圖8 所示。

通過系統(tǒng)自帶的TWR 軟件生成白粉噪聲信號，利用白粉噪聲信號作為臺架的激勵信號并采集各響應信號，本文采集的為作動器位移響應信號，通過輸入的驅(qū)動信號和輸出的響應信號，計算臺架的傳遞函數(shù)(Frequency Response Function)，計算公式如下：

圖7 系統(tǒng)概述Fig.7 Overview of system

圖8 驅(qū)動文件開發(fā)流程Fig.8 Drive file development process

其中：Gxx為輸入信號的自功率譜密度；Gyx為輸出和輸入信號的互功率譜密度。

傳遞函數(shù)反應的是測量目標矩陣(Y)和激勵矩陣(U)的關系：

為了計算新的驅(qū)動信號，將公式改寫為：

計算第一次驅(qū)動信號為：

計算誤差：

更新驅(qū)動信號：

反復迭代，直到RMS Errors 滿足試驗要求，本次試驗迭代誤差匯總見表3?，F(xiàn)場模擬試驗臺及傳感器如圖9、圖10 所示。

2.3 測點選擇與安裝

目前，平順性試驗多采用1/4 車輛振動模型進行研究，路面不平是造成平順性變差的主要原因，所以輪胎和懸架特性對平順性的影響非常明顯。本文在簧下、簧上及臺架托盤處分別安裝加速度，測量垂直方向的加速度信號。

表3 迭代誤差Tab.3 Iteration error

圖9 四通道道路模擬試驗臺Fig.9 4-poster road simulator

圖10 傳感器安裝位置Fig.10 Sensor mounting position

2.4 結果處理

2.4.1 隨機輸入評價指標計算

利用系統(tǒng)的傳遞函數(shù)評價系統(tǒng)響應對系統(tǒng)隨機路面輸入的傳遞(隔振)特性，傳遞率越低說明系統(tǒng)的隔振性能越好。基于四通道道路模擬試驗臺的整車平順性試驗，以試驗臺上安裝的加速度傳感器信號作為輸入信號，在輪心和輪眉處安裝的加速度信號作為簧下和簧上的響應信號。

通過公式2，對數(shù)據(jù)進行處理，可以獲得輪胎接地點-輪心、輪胎接地點-輪眉的傳遞函數(shù)。

2.4.2 脈沖輸入評價指標計算

脈沖路面輸入主要考核車輛減震系統(tǒng)的瞬態(tài)沖擊特性，利用最大加速度(絕對值) Z˙˙max評價，按式(8)計算：

3 試驗結果

圖11 是接地點到軸頭的傳遞函數(shù)，主要反映的是輪胎的傳遞(隔振)特性。

圖12 是接地點到車身的傳遞函數(shù)，主要反映的是懸架的傳遞(隔振)特性。

圖12 接地點-車身傳遞函數(shù)Fig.12 Tray-body FRF

表4 是減速帶工況接地點、輪心和車身處的最大加速度(絕對值)，反映的是輪胎和懸架的抗沖擊特性。可以看出，接地點垂向加速度在經(jīng)過輪胎后衰減大約32%，到車身后大幅衰減，衰減大約93%。

表4 最大加速度Tab.4 Max acceleration

2 結 論

本文基于四通道道路模擬試驗臺進行平順性試驗研究，利用隨機信號和脈沖信號輸入生成激勵信號，并在被試車輛簧上、簧下及臺架托盤處安裝垂向加速度傳感器采集各個響應點響應信號，通過計算車輛振動的傳遞函數(shù)和最大絕對值加速度，用以評價車輛平順性能。

基于四通道道路模擬試驗臺平順性試驗研究方法，為平順性測試、驗證、評價提供了一套完整的、非道路模擬試驗評價方法，減少了平順性試驗對環(huán)境、路面、人員的限定要求，有效提高了平順性評價結果的一致性和重復性。■