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第一個(gè)問題：如何刪除毛刺信號

主要有兩種刪除方式，一種是手動刪除，主要適用于毛刺尖峰比較少的情況。打個(gè)形象的比方，你把信號生成excel表格形式，你發(fā)現(xiàn)某個(gè)位置的信號幅值突然增大許多，你可能會刪掉excel表的這幾行，這就是所謂的手動刪除。第二種方法比較常用，是自動識別斜率方法，相當(dāng)于把采集的通道數(shù)據(jù)分成無數(shù)小份，然后用戶設(shè)置一個(gè)斜率門檻值，因?yàn)槊绦盘柕男甭识己芨?，可以初設(shè)一個(gè)門檻值，這時(shí)候您會發(fā)現(xiàn)可能有些毛刺信號沒選上，這時(shí)重新多次修改這個(gè)門檻值，就會發(fā)現(xiàn)幾乎很快所有的毛刺信號都選中了。當(dāng)然了，自動刪除還有很多種選擇，定義斜率是一種常用的方法。如果某個(gè)通道的毛刺信號特別多，建議就不要刪除毛刺信號了，重新檢查相關(guān)傳感器、信號線連接等等問題，建議重新采集。

第二個(gè)問題：介紹雨流計(jì)數(shù)

圖1 雨流計(jì)數(shù)  (圖片來源網(wǎng)絡(luò))

在圖1中，雨流從1點(diǎn)開始，該點(diǎn)認(rèn)為是最小值。雨流流至2點(diǎn)，豎直下滴到3與4點(diǎn)幅值之間的2ˊ點(diǎn)，然后流到4點(diǎn)，最后停止于比1點(diǎn)更小的峰值5的對應(yīng)處。得出一個(gè)從1到4的半循環(huán)。下一個(gè)雨流從峰值2點(diǎn)開始，流經(jīng)3點(diǎn)，停于4點(diǎn)的對面，因?yàn)?點(diǎn)是比開始的2點(diǎn)具有更大的幅值，得出一個(gè)半循環(huán)2-3。第三個(gè)雨流從3點(diǎn)開始，因?yàn)橛龅接?點(diǎn)滴下的雨流，所以終止于2ˊ點(diǎn)，得出半循環(huán)3-2ˊ。這樣，3-2和2-3就形成了一個(gè)閉合的應(yīng)力-應(yīng)變回路環(huán)，它們配成一個(gè)完整的循環(huán)2′-3-2。

下一個(gè)雨流從峰值4開始，流經(jīng)5點(diǎn)，豎直下滴到6和7之間的5ˊ點(diǎn)，繼續(xù)往下流，再從7點(diǎn)豎直下滴到峰值10的對面，因?yàn)?0點(diǎn)比4點(diǎn)具有更大的幅值，得出半循環(huán)4-5-7。

第五個(gè)雨流從5點(diǎn)開始，流到6點(diǎn)，豎直下滴，終止于7點(diǎn)的對面，因?yàn)?點(diǎn)比5點(diǎn)具有更小的幅值。取出半循環(huán)5-6。第六個(gè)流動從6點(diǎn)開始，因?yàn)橛龅接?點(diǎn)滴下的雨滴，所以流到5ˊ點(diǎn)終止。半循環(huán)6-5與5-6配成一個(gè)完整循環(huán)5ˊ-6-5，取出5ˊ-6-5。

第七個(gè)流動從7點(diǎn)開始，經(jīng)過8點(diǎn)，下落到9-10線上的8ˊ點(diǎn)，然后到最后的峰值10，取出半循環(huán)7-8-10。第八個(gè)流動從8點(diǎn)開始，流至9點(diǎn)下降到10點(diǎn)的對面終止，因?yàn)?0點(diǎn)比8點(diǎn)具有大的幅值。取出半循環(huán)8-9。最后一個(gè)流動從9點(diǎn)開始，因?yàn)橛龅接?點(diǎn)下滴的雨流，所以終止于8ˊ點(diǎn)。取出半循環(huán)9-8ˊ。把兩個(gè)半循環(huán)8-9和9-8ˊ配對，組成一個(gè)完整的循環(huán)8-9-8ˊ。

這樣，圖1所示的應(yīng)變一時(shí)間記錄包括三個(gè)完全循環(huán)8-9-8ˊ,2-3-2ˊ，5-6-5ˊ和三個(gè)半循環(huán)1-2-4，4-5-7，7-8-10。圖1表明，雨流法得到的應(yīng)變是與材料應(yīng)力-應(yīng)變特性相一致的。從圖1中看出，有三個(gè)完全的循環(huán)，與此對應(yīng)，在圖2中有三個(gè)陰影線所示的閉合回路與之相對應(yīng)。

 (圖片來源網(wǎng)絡(luò))

接下來是本篇文章的正題，通過載荷譜制定臺架加載，由于臺架種類太多，無法一一敘述，應(yīng)讀者要求，對道路模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行介紹，這個(gè)介紹只是通用介紹，因?yàn)闀懈黝愒囼?yàn)任務(wù)的讀者，所以，本文盡量從通用層面上覆蓋各類讀者。

1.什么是道路模擬

遠(yuǎn)程參數(shù)控制是一種先進(jìn)的模擬技術(shù)。它利用試驗(yàn)室結(jié)構(gòu)動力學(xué)試驗(yàn)和環(huán)境控制系統(tǒng)，再現(xiàn)和分析機(jī)械實(shí)際運(yùn)行的力學(xué)和運(yùn)動狀態(tài)。

該模擬技術(shù)不是模擬路面，而是模擬在路面激勵下試驗(yàn)車輛上任何感興趣的響應(yīng)點(diǎn)的響應(yīng)，能否模擬來自路面受力情況，這相比之前的試驗(yàn)方法，是一個(gè)質(zhì)的飛躍，重點(diǎn)放在了車輛本身上，而不是路面狀況。

2.道路模擬試驗(yàn)的基本過程

主要有如下這幾步，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)分析與編輯，系統(tǒng)傳遞函數(shù)測量，迭代計(jì)算驅(qū)動信號，執(zhí)行耐久試驗(yàn)。

Step1：數(shù)據(jù)采集

前面已經(jīng)介紹過了，前期建立好用戶和試驗(yàn)場的關(guān)系后制定相應(yīng)的規(guī)范，直接到試驗(yàn)場去采集載荷數(shù)據(jù)。

Step2：數(shù)據(jù)分析與編輯

常規(guī)的分析在上篇文章《載荷譜（三）：常見載荷譜的計(jì)算》中已介紹，在已介紹的分析基礎(chǔ)上，再進(jìn)行下面的處理。

我們采集來的響應(yīng)信號，疲勞設(shè)備軟件會有一個(gè)默認(rèn)的數(shù)據(jù)采樣率，因此我們采集的信號往往會先按照這個(gè)采樣率先進(jìn)行重采樣，因?yàn)榧词刮覀冚斎朐O(shè)備有較高的采樣率也是沒有用處的，設(shè)備會自動進(jìn)行重采樣。

接下來就是進(jìn)行濾波處理了，選擇多寬的頻率范圍需要試驗(yàn)人員結(jié)合行業(yè)里的一般要求和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行工程判斷。筆者見了很多公司的濾波范圍要求，不盡相同，每家都有各自的理由，要想制定一個(gè)專業(yè)的頻率范圍的話，還是要結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行制定的，考慮的因素也挺多，這個(gè)頻率范圍一旦制定，以后所有的這個(gè)試驗(yàn)都是按照這個(gè)范圍來濾波的。

接下來就是刪除小信號了，如下圖就是試驗(yàn)場跑出來的信號去刪除過度路面的片段信號。

我認(rèn)為主要有以下幾類編輯方法：

第一是目測手動刪除，主要用于瞬態(tài)的道路和工況，特別易于識別的道路和工況，包含足夠高損傷密度的道路和工況。直接大膽地選中去刪除這個(gè)片段。

第二類編輯方法是基于統(tǒng)計(jì)參數(shù)的絕對值門檻或者百分比門檻刪除。刪除時(shí)要注意保留極端路面的瞬態(tài)信號，還要注意刪除之后的路面總長度不應(yīng)該少于原路面的一定比例，避免過分取舍和強(qiáng)化而引起信號失真。

第三類方法是根據(jù)百分比損傷去刪除，一般是保留90%至95%總損傷，此類方法是刪除小的雨流循環(huán)單元從而使時(shí)域數(shù)據(jù)縮短。

第四類提高信號的頻率，這個(gè)方法的前提是試件的固有頻率不在信號的頻率范圍之內(nèi)，或者說試驗(yàn)信號的頻率的改變不影響試驗(yàn)效果，因?yàn)樾盘栴l率提高以后，整個(gè)頻譜右移。

筆者一般用第一類方法和第四類方法，因?yàn)樵谑褂闷渌椒〞r(shí)發(fā)現(xiàn)了一些缺陷，但是手動刪除不僅僅停留在過渡路面上，還是要結(jié)合信號特點(diǎn)來刪除。我曾經(jīng)和很多同行針對試驗(yàn)場采集的信號如何刪除討論過，對方基本上根據(jù)自己制定的試驗(yàn)場采集規(guī)范采集原始試驗(yàn)場信號，直接刪除過渡路面，然后在臺架上進(jìn)行公司之前規(guī)定的幾百小時(shí)即可，但是這樣做有很多缺陷，如果認(rèn)真計(jì)算起來會需要非常長的臺架時(shí)間才能驗(yàn)證完壽命要求。

盡管試驗(yàn)場與用戶有一定的加速在里面了，有些人直接將數(shù)據(jù)在臺架上跑上規(guī)定的幾百小時(shí)就算完成任務(wù)。如果認(rèn)真地計(jì)算起來的話，規(guī)定的這幾百小時(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，也就是說很多人做的試驗(yàn)沒有驗(yàn)證完就結(jié)束了，而試驗(yàn)人員自己卻不知道，很多人實(shí)際上是在臺架上做的可靠性試驗(yàn)而不是耐久性試驗(yàn)。具體的數(shù)據(jù)刪除，還是需要結(jié)合信號特性根據(jù)自己的主觀判斷去合理專業(yè)的刪除。

Step3：系統(tǒng)傳遞函數(shù)測量

也可以稱之為系統(tǒng)識別，與NVH試驗(yàn)中的模態(tài)測試測量固有頻率和振型是一個(gè)意思，試驗(yàn)?zāi)B(tài)中的激振器法和這里完全一樣。

這里一個(gè)難點(diǎn)是參數(shù)的設(shè)置上，很難有一種標(biāo)準(zhǔn)去定義這些參數(shù)，但是可以嘗試設(shè)置幾套不同的參數(shù)，最后選擇一條最優(yōu)的FRF曲線。

Step4：迭代計(jì)算驅(qū)動信號

由于整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括試件、測量系統(tǒng)等都存在非線性，使得根據(jù)線性系統(tǒng)假設(shè)得到的響應(yīng)與期望目標(biāo)響應(yīng)之間存在很大的誤差。為了消除非線性的影響，需要通過迭代的計(jì)算方法逐步修正激振信號，使系統(tǒng)的響應(yīng)信號趨近目標(biāo)信號。

Step5：執(zhí)行耐久性試驗(yàn)

前期的工作都做完了，然后就展開試驗(yàn)了，前面說過了，很多人做到公司要求的幾百小時(shí)就結(jié)束了是不符合壽命要求的。假設(shè)巧合的情況下基本符合壽命要求了，如何符合失效率的要求，因此試驗(yàn)時(shí)間的制定是很關(guān)鍵的。筆者購買轎車時(shí)也參考過這一條，沒做完耐久性試驗(yàn)的車不在我的考慮范圍之內(nèi)，最后選擇了一家沒有進(jìn)行同行交流過的汽車品牌之一，我默認(rèn)這輛車之前真正驗(yàn)證完了壽命要求。

3.道路模擬試驗(yàn)系統(tǒng)介紹

信號產(chǎn)生系統(tǒng)：主要包括計(jì)算機(jī)及其外設(shè)、函數(shù)發(fā)生器等。

電控系統(tǒng)：將指令信號轉(zhuǎn)變成電驅(qū)動信號，并通過多重閉環(huán)嚴(yán)格的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，準(zhǔn)確的完成各種指令動作。

伺服控制系統(tǒng)：將不斷變化的電信號對應(yīng)地轉(zhuǎn)換成動力液壓油的流量輸出，主要部件是伺服閥。

機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)：將動力液壓油的流量和壓力轉(zhuǎn)換成機(jī)械運(yùn)動，通過一定的夾具或者支撐激振被試試件，并將情況反饋給電控系統(tǒng)。

動力供給系統(tǒng)：負(fù)責(zé)提供足夠的穩(wěn)定的液壓驅(qū)動力。

按照試驗(yàn)臺和汽車的耦合方式，主要有如下分類：

輪耦合：

主要模擬道路的垂直沖擊振動，適用于研究汽車懸架系統(tǒng)的特性，整車及零部件的疲勞壽命，以及考核汽車的行駛系和承載系的可靠性等。如：四立柱。

軸耦合：

該耦合方式可對軸頭施加六個(gè)方向的載荷來模擬驅(qū)動力、側(cè)向力、垂向力、外傾扭矩、制動扭矩和轉(zhuǎn)向扭矩對汽車的影響。除一般的整車之外，能更好的考核汽車底盤零件的耐久性。

4.總結(jié)：

道路模擬試驗(yàn)是一種基本上最精確的臺架試驗(yàn)方法，尤其廣泛應(yīng)用在橋車和卡車行業(yè)。本篇文章在介紹的時(shí)候沒有單獨(dú)挑出某類試驗(yàn)進(jìn)行介紹，只是通用性的介紹了，此介紹內(nèi)容可以說是能應(yīng)用到各類試驗(yàn)中去。最重要的一點(diǎn)是，如果臺架上發(fā)生的失效情況能對應(yīng)實(shí)際用戶的失效狀況，那就是一個(gè)非常成功的試驗(yàn)。當(dāng)然，本文在介紹的時(shí)候闡明了作者本人的一些個(gè)人見解，如有偏激之處，敬請見諒。

如果讀者能有具體實(shí)例進(jìn)行同行之間的相互討論一下，那樣效果最好了，大家能相互學(xué)習(xí)，天天向上。

高超：來自某車輛企業(yè)，常年深耕各類疲勞試驗(yàn)和振動噪聲試驗(yàn)，尤其疲勞試驗(yàn)更甚。

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