[發明專利]一種基于疲勞耐久性的商用車駕駛室輕量化方法

在審

• 申請號: 202210984955.X
• 申請日: 2022-08-17
• 公開（公告）號: CN115640713A
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 何水龍;李東海;吳星;鄧益民;李貝;譚榮彬;陳善彪;施佳能;申富強;王偉;全勇;廖有;張釋天;韋尚軍;高飛;徐源俊;莫號一;石勝文;陳錦輝;何萬嘉
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學;東風柳州汽車有限公司;柳州職業技術學院
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;G06N3/00;G06F111/04;G06F111/06;G06F111/08;G06F119/02;G06F119/04;G06F119/10;G06F119/14
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 楊佳

1.一種基于疲勞耐久性的商用車駕駛室輕量化方法，其特征在于，包括數據的采集和處理、模型的建立及驗證、虛擬迭代、疲勞仿真分析和輕量化設計與驗證。

2.根據權利要求1所述一種基于疲勞耐久性的商用車駕駛室輕量化方法，其特征在于，所述數據采集的目的是在試驗場地上獲取駕駛室氣囊支架位移和加速度信號，然后將其作為虛擬迭代的期望信號；采集數據不能直接用于虛擬迭代，需要利用nCode對數據進行Trend Remove消除數據漂移處理，從而保證疲勞試驗的有效性。

3.根據權利要求2所述一種基于疲勞耐久性的商用車駕駛室輕量化方法，其特征在于，所述模型的建立包括駕駛室有限元模型的建立和剛柔耦合多體動力學模型的建立；

駕駛室有限元模型的建立是為了利用慣性釋放法求解其應力場分布，當在外力作用下，若忽視結構體阻尼，慣性釋放分析的平衡方程為：

式中：F為模型節點的外部載荷矩陣；M是模型的質量矩陣；是模型節點的及速度矩陣；

X、Y和Z三向單元力和力矩應用于駕駛室支座和車架之間的連接處，應力響應由Optistruct解算器計算，應力時程計算公式如下：

式中：式中σ_ij，a(t)是應力時程；k為荷載數量；σ_ij，a，k是ij點靜載荷的應力響應；P_k，FEA是靜載荷力的大小。

具體而言，X、Y和Z單位力和單位力矩應用于駕駛室的四個懸置點，每個單位載荷設置為一個工況，共24個負荷工況，所建立的這些單位載荷條件對應于虛擬迭代的疲勞載荷譜通道。

建立剛柔耦合多體動力學模型，取前半部分車架，對截取后的車架進行網格劃分并基于Craig-Bampton模態綜合法輸出車架MNF柔性體文件，再將生成的MNF文件導入到Adams/car生成剛柔耦合多體動力學模型，對應于試驗場測試傳感器的安裝位置設置好輸入輸出通道，為后續虛擬迭代做準備；車架的柔性化處理在Adams中基于第二類拉格朗日方程獲得的柔性體動力學微分方程可表示為：

式中：M、K、D分別為柔性體的質量矩陣、模態剛度矩陣和模態阻尼矩陣；ζ為廣義坐標向量；Q為附加載荷向量；G為重力；ψ為約束方程向量；λ為對應于ψ的拉氏乘子向量。

4.根據權利要求3所述一種基于疲勞耐久性的商用車駕駛室輕量化方法，其特征在于，所述虛擬迭代的目的是根據實測路譜反求出駕駛室零部件位置的疲勞載荷譜，其是否收斂將直接影響疲勞載荷譜的精度，虛擬迭代的精度則通過時域和頻域來判斷；求解疲勞載荷譜的流程為：首先，生成隨機白噪聲信號驅動多體動力學模型，結合相應通道的響應信號，推導出系統的頻率響應傳遞函數：

其中x(t)、x(ω)分別表示白噪聲的時域信號和頻域信號；y(t)、y(ω)分別表示白噪聲激勵下的時域響應信號和頻域響應信號；H(ω)是多體動力學的頻率響應傳遞函數；

引入迭代步驟來減小誤差：

式中：k為修正值，使用初始激勵信號x⁰(t)驅動多體動力學系統，以獲得響應信號y⁰(t)，并將其與測試采集信號y_Des(t)進行比較，用響應偏差校正激勵信號，獲得激勵信號x¹(t)的下一次迭代：

e⁰(t)＝y_Des(t)-y⁰(t) (10)

x¹(t)＝x⁰(t)+a·△⁰(t) (13)

其中e⁰(t)是響應偏差值；Δ⁰為勵磁信號校正量；a是多體系統修正系數。通過多次迭代，使響應信號與期望信號無限接近，最終得到系統的外部激勵。