应用LMS测试系统进行整车道路模拟疲劳耐久试验载荷谱研究
LMSTestLab在整车路面载荷提取中的运用
LMS Test Lab在整车路面载荷提取中的运用作者：严辉康润程摘要：本文采用LMS Test Lab多参考点处理方法，结合主分量分析(PCA)将多参考问题转换为单参考问题，然后建立了路面噪声的结构传递路径分析模型，通过逆矩阵方法来获取路面载荷激励力。
1 前言随着汽车产业的迅猛发展，汽车的乘坐舒适性能如噪声和振动常常成为区分汽车好坏最为直接的重要因素之一。
乘用车低频噪声问题一直是目前设计和控制的难点，路面噪声通常可以分为两类，一是轮胎与路面相互作用直接辐射进车内的噪声，称为直接路面噪声；二是由于路面激励，通过悬架系统引起车身振动而产生的结构辐射噪声，称为间接路面噪声。
由路面激励引起的结构噪声已成为现代汽车日益关注的焦点。
汽车受路面激励力的作用，通过不同的传递路径引起车身结构的振动，从而向车内辐射大量噪声。
为了有效的控制和分析路面噪声，通常需要进行路面噪声传递路径分析，可以通过传递路径试验分析，也可以通过CAE仿真分析，以确定每条路径对目标点（车内噪声）的贡献量，从而为汽车低噪声产品设计和控制提供强有力的指导方案。
目前CAE仿真已成为解决NVH最为便利和快捷的分析方法，为了确保分析结果的准确度，在进行CAE仿真过程中，需尽可能的采用与实际相近的输入条件。
通常需要结合试验测量分析方法来获取激励力，从而保证输入条件的真实性。
针对轮胎噪声仿真分析，通常需要悬架与车身接点处的激励力，加载于整车有限元分析模型，进行结构噪声分析。
2 基本思想通常进行路面载荷提取的试验及求取流程如下图所示：图1 路面载荷提取流程图对于路面激励引起的结构噪声，系统结构有多个相关的激励源，通常需要多个参考信号。
对于这种耦合问题，需要通过主分量分析(PCA)将多参考问题转换为单参考问题，即解耦后进行单独分析。
通常采用奇异值分解对工况数据进行主分量分析，将多个相关的耦合问题转化为一个和几个相互独立的问题。
在对试验工况数据进行主分量分析后，可以建立传递路径分析模型，在分析模型中提取激励力。
LMS Test Lab在整车路面载荷提取中的运用
LMS Test Lab 在整车路面载荷提取中的运用1 前言随着汽车产业的迅猛发展，汽车的乘坐舒适性能如噪声和振动常常成为区分汽车好坏最为直接的重要因素之一。
乘用车低频噪声问题一直是目前设计和控制的难点，路面噪声通常可以分为两类，一是轮胎与路面相互作用直接辐射进车内的噪声，称为直接路面噪声；二是由于路面激励，通过悬架系统引起车身振动而产生的结构辐射噪声，称为间接路面噪声。
由路面激励引起的结构噪声已成为现代汽车日益关注的焦点。
汽车受路面激励力的作用，通过不同的传递路径引起车身结构的振动，从而向车内辐射大量噪声。
为了有效的控制和分析路面噪声，通常需要进行路面噪声传递路径分析，可以通过传递路径试验分析，也可以通过CAE 仿真分析，以确定每条路径对目标点（车内噪声）的贡献量，从而为汽车低噪声产品设计和控制提供强有力的指导方案。
目前CAE 仿真已成为解决NVH 最为便利和快捷的分析方法，为了确保分析结果的准确度，在进行CAE 仿真过程中，需尽可能的采用与实际相近的输入条件。
通常需要结合试验测量分析方法来获取激励力，从而保证输入条件的真实性。
针对轮胎噪声仿真分析，通常需要悬架与车身接点处的激励力，加载于整车有限元分析模型，进行结构噪声分析。
2 基本思想通常进行路面载荷提取的试验及求取流程如下图所示：图1 路面载荷提取流程图对于路面激励引起的结构噪声，系统结构有多个相关的激励源，通常需要多个参考信号。
对于这种耦合问题，需要通过主分量分析(PCA)将多参考问题转换为单参考问题，即解耦后进行单独分析。
通常采用奇异值分解对工况数据进行主分量分析，将多个相关的耦合问题转化为一个和几个相互独立的问题。
在对试验工况数据进行主分量分析后，可以建立传递路径分析模型，在分析模型中提取激励力。
激励力的获取方法主要有直接测量法、动态复刚度法、逆矩阵。
LMS TecWare疲劳载荷处理软件
疲劳载荷处理软件（LMS T ecWare）技术指标✓系统要求-操作系统：WindowsNT/2000， HP UX， SGI， Sun 工作站✓任务管理和载荷时间历程管理（T ecW are Kernel 模块）-同时读入不同格式的多个文件中的任意多个时间历程，单个或多个同时显示、编辑-时域信号编辑功能：同时对多个通道进行积分、微分、时间段剪切/粘贴、偏移/零点漂移初步矫正、数据平滑、函数生成时间历程信号、自动选择时间段…-可轻松地将时域信号在几种格式之间相互转换-袖珍计算器和逻辑操作功能，根据数学函数生成时间历程-桌面管理器用来管理所有数据对象并监控分析任务-结果自动添加到当前桌面管理器中-完全可自定义的用户界面（如菜单、按扭等）✓疲劳计数（T ecW are FatiCount 模块）-Rainflow（雨流），Range pair（程对）、level crossing（穿级）, symmetrical level crossing（对称穿级）, Peak Count（峰值计数）III …-一次批作业设置可以处理多个时间历程和通道-交互式设置处理参数-预定义的通用参数（滤波带宽、分级数、结果储存方案等）✓基于雨流矩阵的基本编辑和处理、重构为时间历程（T ecW are RainEdit 模块）-编辑雨流矩阵和雨流计数留数：改变分级大小和个数，对行/列/点/对角线进行计数值的修改/删除-基于雨流矩阵的时间历程重构，进行加速模拟试验✓基本的疲劳寿命估计(Falancs Strain & Stress 模块)-根据应变时间历程和材料特性计算该点的疲劳寿命，可以是应变片测得的时间历程-根据载荷时间历程、应力集中系数和材料特性计算该点的疲劳寿命-应力法和应变法多种损伤准则、均值校正-可更改材料特性并存为新材料✓基于雨流矩阵的载荷组合和外推（T ecW are RainExtra模块）-雨流矩阵的组合、叠加、差别比较等-由短的时间历程生成雨流，外推到更长的使用工况-扩展为更苛刻的载荷数据（更粗暴的驾驶员、更恶劣的试验路段等）✓耐久性试验信号处理(TecW are durability signal processing 模块)-提供处理时域信号常用的谱分析和附带交互式滤波器设计工具的频率滤波功能-快速富氏变换（FFT）和逆变换，功率谱密度函数、频率响应函数、相干函数-交互式滤波器设计工具：低通、高通、带通和组合式✓高级耐久性试验信号处理(TecW are Advanced durability signal processing 模块)-检测信号异常、显示时域信号趋势。
不同试验场道路对车身疲劳损伤的贡献度分析研究开题报告
不同试验场道路对车身疲劳损伤的贡献度分析研究开题报告一、选题背景及研究意义随着国民经济的发展和交通工具的普及，车辆行驶里程愈来愈大，对车辆的安全及使用寿命的要求也相应提高。
然而，长期高强度的使用却不可避免地使车辆产生疲劳损伤。
车辆的疲劳寿命是指在允许的使用寿命范围内，在一定的载荷作用下经历多少次循环载荷，就会出现裂纹扩展，导致车辆结构破坏的寿命。
因此，评估车辆在不同道路环境下的疲劳损伤程度，对于确保车辆的安全性和使用寿命具有重要的意义。
二、研究目的及内容本研究旨在分析不同试验场道路对车身疲劳损伤的贡献度，并探讨影响其疲劳寿命的主要因素。
研究内容主要包括：1. 对不同试验场道路进行调查和评估，了解其基本情况、地质条件、道路类型、水准标准等相关信息。
2. 对不同载荷条件下进行试验，测量车辆的振动响应，得到车身的加速度时间历程，并对试验数据进行处理和分析。
3. 基于试验数据，使用有限元软件对车身进行建模，模拟车辆在不同道路环境下的载荷作用，分析不同道路对车身疲劳损伤的贡献度。
4. 探究影响车辆疲劳寿命的主要因素，包括载荷条件、道路类型、车型等因素，以提出改善车辆疲劳寿命的建议和措施。
三、研究方法及技术路线1. 调查不同试验场道路的基本情况，记录相关数据，对道路进行评估。
2. 设计不同载荷条件的试验，分别进行试验测量。
3. 对试验数据进行处理和分析，得到车身的加速度时间历程。
4. 建立车身的有限元模型，进行高频和低频的静态和动态分析。
5. 分析不同道路对车身疲劳损伤的贡献度，探索疲劳寿命的主要影响因素。
6. 提出改善车辆疲劳寿命的建议和措施。
四、预期成果及创新性本研究预期能够分析不同试验场道路对车身疲劳损伤的贡献度，并探究影响车辆疲劳寿命的主要因素，得到以下成果：1. 能够评估不同试验场道路的基本情况和地质条件，为车辆试验提供技术支持。
2. 能够客观地测量车身的振动响应和加速度时间历程，分析其对车身疲劳损伤的影响。
采用LMS动力学和耐久性软件提高拖拉机耐久性
John Deere采用LMS动力学和耐久性软件提高拖拉机耐久性由于国际农业市场一直以来都是高风险低利润，因此农户更倾向于选择具备良好耐久性的多功能设备，以满足整个收割高峰期。
为了进一步提高新型拖拉机的品质和可靠性，德国John Deere Werke Mannheim 公司的工程师在John Deere 5000和6000型系列通用拖拉机的开发过程中，率先采用虚拟仿真技术。
工程师通过采用基于LMS b Motion & Durability的创新性仿真技术，可以深入了解设计修改如何影响拖拉机品质和可靠性。
虚拟仿真技术帮助John Deere公司缩短拖拉机开发周期，同时提高拖拉机整体性能、灵活性、舒适度和经济性。
农民的拖拉机就好似裁判的哨子或者猎人的猎枪。
如果农民只期望确保一件事的话，那无疑是拖拉机的可靠性，因为拖拉机是农民主要依赖的生产工具。
在任何情况下，John Deere公司的拖拉机必须承受农业生产的苛刻要求：为举升和驱动连接拖拉机的各种设备提供足够的液压动力；在不同的气候情况下，推动/牵引其他设备运行在不同的土地上。
尤其在繁忙的收获季节，农民使用John Deere拖拉机连续工作好几个星期。
毫无疑问，在这个时期，拖拉机任何严重的故障都有可能极大地影响将农民的收益。
拖拉机的品质和可靠性是John Deere优于其他拖拉机公司的关键所在。
John Deere Werke Mannheim公司已经在德国设计、开发并制造了中型和大型通用拖拉机，占据了最大的市场份额。
每年典型的绿色加黄色的John Deere 拖拉机，大约40,000辆从德国运往世界各地。
这包括所有的John Deere 6000和大部分的5000系列拖拉机，每台都提供了功能选择和工具装配选择的独特组合。
这些拖拉机具有更多功能，同时具有大型拖拉机特有的省时特点。
John DeereWerke Mannheim的高级工程师，Christian von Holst先生说：“在过去的10年里，John Deere的工程师极大地缩短了拖拉机开发所需时间，同时逐步提高了产品性能特性，并保持相对稳定的产品价格。
LMS测试分析系统在汽车PBNR测量中的应用
LMS测试分析系统在汽车PBNR测量中的应用当今世界，汽车工业已成为国民经济发展的重要支柱产业之一，而面对激烈竞争的汽车市场，除了提高汽车的各项性能指标和经济指标外，改善汽车排放，降低汽车振动与噪声，提高汽车舒适度已成为现代汽车设计及新技术开发研究的一个重要方面。
噪声、振动与舒适性，是衡量汽车制造质量的一个综合性问题，它给汽车用户的感受是最直接和最表面的。
声、振动与舒适性是国际汽车业各大整车制造企业和零部件企业关注的问题之一。
有统计资料显示，整车约有1/3 的故障问题是和车辆的振动噪声问题有关系，而各大公司有近10~20%的研发费用消耗在解决车辆的振动噪声问题上。
汽车的内饰件的主要作用之一就是这些零件作为系统或者部件单独和相互作用，来隔断外界声音和通过吸声作用把声能转化为热能，降低车内噪声。
今天市场竞争加剧，产品换代速度加快，通过竞争对手车辆分析来获得有用信息从而为我所用已经成为一种开发主流，特别对国内整车厂，要想自主开发就必须掌握一定的竞争对手性能分析能力，研究好、研究透对手。
但是如果内饰零件隔声、吸声方测量法必须进行部件研究，就意味着要买来车来进行拆卸，这样就加剧了研发成本和时间。
本文论述的基于能量的隔声吸声测量PBNR（Power Based noise Reduction）技术是基于完整的不受损样车进行。
基于能量的隔声/吸声测试PBNR 基于能量的隔声值PBNR 定义为点声源的声功率与某点测量的声压平方的比值，其是三分之一倍频程频率的函数。
用对数的形式可以表示为：其中：Πref/ p2ref =1/400. p*是声压p 的共轭. (p•p*)声压的均方值，或者所测量得到的声压自普。
Π,是点声源在自由场测得得声功率。
基于能量的隔声PBNR 的值可以通过声学传递函数的方法来获得。
声学传递函数是响应点声压与点声源中心处体积加速度的频率函数。
点声源的声功率在自由场中可以用。
路谱采集与疲劳分析在当今汽车研发中的应用
力和扭矩 ，这些力和扭矩正是使车辆零部件产生 疲 劳损 伤 的主要原 因 。当然 ， 车辆受 热负荷 影 响而 产生的零部件热损伤也是汽车设计所必须考量的 问题 。 当今 汽 车所运 用 的材料 中 除 了金 属材 料 以
孔洞 、 微裂纹 、 应力诱发相变等 ）并逐渐演化成为 ，
１ 技 术纵 横 ４
轻 型汽 车技 术
２１ （ ０ 总 ２８ ０２ １ ） ７
谱数 据测量 点 主要包括 ： ● 整 车 Ｃ ＮＢ Ｓ信息 ： Ａ Ｕ 发动 机转 速 ， 车速 ，
档位 信息 ， 动踏板状 态等 制 ● 四个 车轮 ｘ ，方 向的力 和转矩 ，ｚ ｙ ● ● 转 向盘角度 四轮 悬架行 程
量 （ 轴 ） 数据 采集器 读取 的加 载力 与加 载设备 横 ， 指示 的加 载力 的相对误 差 （ 以百分 比指示 ， 轴 ） 竖
● 主要车身和底盘零件的 ｘ ，向加速度 ，ｚ ｙ
・
・
四轮减震器在车身安装点的加速度 车辆 质心加 速度
前后 副车架加 速度 四轮 转 向节加 速度
碑 。 因此 ， 车耐 久性 能也是 各 汽 车厂商在 新 车型研 发验 证 项 目中放 在 首要 位置 汽
并全 力 以赴 确 保 无误 的性 能之 一 。 疲 劳分 析 作 为一 种 虚 拟 耐久 试 验 的方 法 ， 为
缩短 整 车开发 周期 ， 免设计 失误 ， 避 提供 了良好 的基 础 。 文以 某车型疲 劳仿 真计 本
LMS系统在整车室内台架道路模拟试验中的应用
LMS系统在整车室内台架道路模拟试验中的应用梁映珍 周鋐 王二兵 赵静同济大学汽车学院实验室摘要室内台架道路模拟试验不仅能消除气候等因素的影响，而且能有效缩短试验周期、精度高、可控性好，是汽车可靠性试验今后发展的趋势。
本文以某型小轿车为例，阐述LMS测试系统在室内台架道路模拟试验前期路谱采集中的应用，同时描述LMS Tecware软件在实测路谱信号迭代前期处理方面的应用。
关键词 道路模拟道路普采集 数据分析Application of LMS System in Road Simulation TestLiang Yingzhen, Zhou Hong, Wang Erbing, Zhao JingTongji University Automobile LabAbstractRoad simulation test can not only eliminate the influence of weather, road condition, but also can shorten experiment period effectively. It has high precision, good operational performance and it would become a development tendency of future vehicle reliability test. This paper takes a sedan as an example and illustrates the application of LMS system in acquisition of road spectra. Besides, this article describes the application of LMS Tecware software in road spectra signal processing before it would be used to iterate.KeywordsRoad Simulation Test Road Spectral Acquisition Data Analysis引言室内台架道路模拟试验是近年来在试车场试验的基础上发展起来的研究汽车整车可靠性的重要手段之一。
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应用LMS测试系统进行整车道路模拟疲劳
耐久试验载荷谱研究
1 前言
道路模拟试验是一种室内试验技术，随着随机理论、控制技术和计算机的发展，整车道路模拟试验设备也日趋完善，是考察车辆道路可靠性试验的重要手段之一，且具有试验周期短、重复性和可控性好、不受天气限制等优点，能够满足各种波形再现振动试验，是汽车开发的一项重要技术[1]。
室内道路模拟试验的主要原理是：根据用户实际道路和试验场道路对车辆的等效损伤，选择合适的试验场路面，采集汽车轴头或者车身加速度等响应信号，将采集的信号进行编辑处理，获得合适的载荷谱原始信号；运用远程控制技术，将载荷谱原始响应信号作为期望信号，利用控制软件设置白噪声驱动信号，计算出台架的频率响应函数；由采集的原始信号，经过迭代，最终求出与路面激励等效的驱动信号；最后分析原始响应信号与试验台架得出的响应信号损伤比较，从而得到试验场道路最终循环次数，将驱动信号输入，进行整车疲劳耐久试验[2]。
近年来，对乘用车道路模拟强化坏路研究相对较少，且不同的设备的技术性能都有着较大的差别，试验准备要求较高，对于试验过程中的一些问题缺乏经验。
本文详细说明了试验准备的要求；应用LMS系统中的Xpress进行路谱的采集，并介绍运用Tecware编辑和处理原始信号的技巧方法及原则；并且在迭代完毕后对载荷谱原始信号与台架目标响应信号进行损伤对比，确定最终的试验循环次数。
2载荷谱的采集
要进行台架试验首选要进行载荷谱的采集，实验台为四通道道路模拟试验台，因此需要采集汽车轴头位置处的加速度信号，以轴头对应的车身的侧位置作为过程辅助参考点，如图1、2所示：
图1左前轴头加速度传感器安装位置图2车身加速度传感器安装位置
传感器的安装原则是不论在车身还是在车轮上，传感器尽量布置在汽车的刚体位置，能够准确反映路面不平度；传感器的测量方向要尽量与车轮或车身的振动方向保持一致；确保传感器固定牢固，传感器及传感器走线不与车辆各部位产生干涉；对各传感器布置位置进行拍照，以便与台架试验时传感器保持一致[3]。
动态信号数据采集分析系统为LMS公司生产的SCD09，试验软件为Test.Xpress模块，传感器布置完毕后，将传感器与数据采集器连接，在project 中设置试验名称“D015项目”，在VB8-E中将各个通道激活，并在properties 对参数进行设置，为了最大的保留数据，采集频率选择为512Hz，在Balancing 中设置为always，因为传感器的类型为应变式，选择传感器类型为Sensor with excitation differential，将各个传感器的灵敏度在Calibration valve中设置，并在measurement 中的setup栏里的measurement time 设置采样时间为5个小时。
为将数据采集器与试验软件相连，采用车用蓄电池对数据采集器进行供电；去试验场采集路谱前，要按照相应的可靠性试验标准，进行配重（包括轴荷、整车质量），进行台架试验时的配重要与采集路谱时的配重一致；对考查的重点零部件螺栓的扭矩值进行校正，并在螺栓上作标记，方便检查和试验后比较[4]；进行采集时，必要时要记录试验场各个路面情况，开始采集和结束的时间，采集完之后以便对各路面进行提取和标记。
信号的采集地点是海南国家汽车试验场，主要采集了四号车道的7种路面，按照试验场的顺序分为石板路、卵石路、条石路、搓板路（乙）、石块路、波形路、鱼鳞坑路。
如图3所示，为采集的汽车轴头原始加速度信号。
图3采集到的原始加速度信号
3载荷谱的处理
路谱采集完成之后，并不能直接进行迭代试验，而是要对路谱进行编辑和处理，进行一定的剪辑、滤波等处理，运用LMS.Tecware软件对其滤波、剪辑等操作。
1）剪除奇异点
奇异点是指路谱中一些不符合规律的点。
一般是在采集信号过程中出现的干扰或者偶然的因素造成的，这些错误点如果大量存在于采集信号中，会造成迭代结果较大误差，导致试验不能顺利进行，因此必须在数据处理时将其删除。
2）静态值统计特性
为了保证采集的路谱信号能够反映实际的车辆对路面响应，需要多次采集信号并对每次采集的信号进行静态幅值统计比较，利用Tecware软件的static values对静态特性值进行统计，选择有效信号，如表1所示对两次采集的石块路信号进行比较，最大值、最小值、平均值、标准差都很接近，说明重复性好，为有效数据。
即可几次采集的信号中选取一组进行后续处理。
表1石块路加速度静态值比较
3）删除损伤太小的路面
试验场中有一些过渡路面和损伤很小的路面，它的伪损伤值微乎其微，对整车及零部件的损伤贡献很小，而占用的时间却较长，为了节省试验时间，加快试验进程，需要删除过渡路面，删除时要删除起始点要接近水平0点，四个车轮信号同时进行删除，删除后对比如图所示4所示，比删除前的信号（如图3）缩短了近一倍的时间。
图4删除损伤很小的路面的加速度信号
4）滤波
工程实践证明，对乘用车振疲劳寿命影响较大的路面信号主要集中在低中频部分，一般不高于50HZ，甚至更小，低损伤的高频信号一般认为是噪音信号引起的，需要将其滤掉。
以左前轮的搓板路加速度信号为例，采用Tecware软件查看其功率谱密度，发现能量主要集中在50Hz以下，因此以1到50Hz的频率低通滤波，去除干扰噪声信号，如图5所示为滤波之前左前轮搓板路加速度信号，图6为滤波后的加速度信号，可以看出滤波后，基本波形保持不变；图7为滤波前后功率谱密度对比，发现主要能量的功率谱密度相近；以滤波前后损伤来进行对比，如图8所示，根据Minner疲劳法则, 应用双参数range pair，设原始信号损伤为百分之百，滤波之后信号的伪损伤占滤波信号总损伤的90%以上，说明能量损伤衰减很小，证明滤波前后能量基本不变的情况下，去除了噪声信号，有利于迭代的精度。
载荷谱经过以上的编辑处理之后，即可进行系统识别和迭代。
图5滤波前的左前轮搓板路信号
图6滤波后的左前轮搓板路加速度信号
滤波前原始信号
滤波后的信号图7滤波前后的功率谱密度对比
图 8滤波前后的伪损伤对比
4 伪损伤比较
当迭代达到相应的精度要求之后，就会得到通过台架试验得出的最终汽车轴头加速度响应信号，迭代之后的损伤会有衰减，如果迭代达不到要求，则损伤会衰减比较大，用Tecware 软件比较目标响应信号与原始目标信号的伪损伤，将衰减的损伤以乘以损伤系数，得到合适的疲劳耐久循环数[5]，如图9所示，台架的目标响应信号与原始的目标响应信号伪损伤之比如图所示，二者之比为1:1.04，因此可以增加相应的循环数，使损伤达到与原来损伤相同的数值。
图9原始响应信号与迭代后汽车轴头目标响应信号伪损伤比
通过迭代得到最终的驱动信号，用驱动信号激励试验台，并输入循环次数，就可进行整车道路模拟疲劳耐久加速试验。
5 结论 本文应用LMS 软件中的Xpress 测试系统对道路模拟载荷谱进行了采集，并详细说明了Tecware 软件对载荷谱进行编辑和处理技巧原则，以及用range pair 双参数发对载荷谱的伪损伤进行了计算，进而完成道路模拟疲劳耐久试验。
编辑后的原始信号
迭代后的加速度响应信号滤波前原始信号
滤波后的原始信号。