随机载荷减振器阻尼力测试
李波涛，徐雄威，王成业，董新年
（长城汽车股份有限公司技术中心、河北省汽车工程技术研究中心，保定 071000）
摘要：简单介绍了应变片的组桥和工作原理，阐述了使用应变片对车辆减振器阻尼力进行测试的方法，并结合整车试验，在各种不同路面下进行减振器阻尼力动态响应测试。根据减振器标定公式，计算在各种路况下减振器的阻尼力。 关键词：减振器；阻尼力；应变测试；nCode
引言
随着生活水平的提高，人们对汽车的乘坐舒适性、操纵稳定性和行驶安全性提出了更高的要求。减振器作为车辆悬架的重要组成部分，是影响上述指标的关键所在。
减振器的作用是迅速衰减车身和车轮之间由弹性元件引起的连续相对运动，改善车辆行驶平顺性、操纵稳定性和安全性，为人们的驾乘提供更舒适的感受。
1 减振器简介
评价减振器优劣的最主要的指标是阻尼特性。阻尼特性可以用示功图和速度特性进行体现。
示功图是减振器在运动过程中阻尼力随活塞位移变化而围成的曲线图。速度特性图为减振器在运动过程中阻尼力随活塞杆速度变化而形成的曲线图，两者结合观测，可对减振器阻尼力进行全面的评价。
图1 阻尼力-位移特性和阻尼力-速度特性
而目前面临的问题是，减振器阻尼力测试只在台架上进行，并且只选择几个特定的速度，并未涵
盖用户的所有使用工况，而增加测试点又会大幅度提高测试成本，此方法存在一定的不足。
基于提高阻尼力测试全面性的角度，需对阻尼力的测试方法进行完善。在减振器活塞杆表面粘贴应变片，结合整车道路随机载荷采集，可弥补上述方法的不足。
2 应变片工作原理
应变的测量是将应变片因应变而引起的阻值变化转换为电压信号。根据输出电压和各桥臂阻值变化之间的关系：
得出电压信号的变化。
图2 惠斯通全桥
3 减振器处理
3.1 应变片粘贴
在减振器活塞杆上加工四个凹槽，凹槽深度要
适中，并经过进一步处理。粘贴两枚应变片在其两个相对的凹槽位置，组成惠斯通全桥。
在活塞杆运动过程中，应变片随着活塞杆的拉
伸和压缩，产生等量的变形，从而引起阻值的变化， 产生应变。
速度下，对比台架的输出结果与采集到的应变片的输出结果，验证用于测试减振器阻尼力的测点位置以及的组桥方式是否合理。
图3 应变片粘贴
3.2 减振器标定
图6 TCE软件设置
按照减振器在整车上的安装方式，将减振器固定在标定设备上。通过标定设备力的输入与活塞杆应变的输出，得出力与电压之间的函数关系式。标定结果要保证一定的精度。
图7 减振器固定
图8 测试结果
图4 减振器标定记录
表1 测试结果：kN
速度
类型
m/s
台架 0.52 0.71 0.96 1.68 2.52 3.
图5 数据拟合
0.05 0.1 0.3 0.6 1.0 1.5
回弹 实测 0.50 0.68 0.93 1.73 2.49 3.83
误差 3.8% 4.2% 3.1% 3.0% 1.2% 1.5% 台架 0.31 0.44 0.73 0.98 1.36 1.97
压缩 实测
0.3
0.42 0.70 0.94 1.37 1.96
通过计算，得出标定系数为y=2.7x。其中y代表力，单位为kN；x代表电压，单位为mv。 3.3 验证
在TCE软件中输入标定系数，完成电压与力之间的转换之后，将减振器固定在台架上，在不同的
误差 3.2% 2.3% 1.4% 3.1% 2.2% 1.0% 由测试结果可以看出，台架输出的力与应变片测试输出的力，吻合度很高，故基于此方法进行测
试，其结果是可信的。
4载荷采集
4.1 测试方案
表2 测试方案
路面载荷 路况 载重 胎压 随机
公共道路
满载
2.2Bar
4.2 道路选择
依据某地区使用频率较高道路，经测量、计算，转化为测试工况。
测试工况包括省道、国道、市区、高速、乡道以及县道，各种路面比例按照上述的计算结果，进行比例分配。
表3 路面比例
类型 省道 国道 市区 高速 乡道 县道 比例 31% 22% 18% 13% 10% 6% 里程
310
220
180
130
100
60
注：共计1000公里 4.3道路载荷采集
基于选定的路线，采集各种路面下的随机载荷，车速控制在路面特征、交通状况下所能保证的最高安全车速。
图9路面特征
5 数据分析
对数据的质量进行判断，查看数据是否满足后续的使用要求。若出现毛刺、漂移、噪声等异常现象，则需要对数据进行预处理。
图11 数据采集结果
从图中看出，数据质量较好，可直接应用于下一步的数据分析。 5.1 数据截取
使用nCode软件，搭建数据截取流程，将采集到的大量的、包含各种路况的信息进行分段，截取出不同的路况及其里程。
在数据截取过程中，涉及到截取的精确性，GPS信号必不可少。
在数据输入模块，依据GPS信号选定一个时间
段内的数据，并选择出GPS中的速度信息，进行积分后可计算本时间段内行驶的里程，在
MetaDataDisplay进行显示，便可得到不同工况下的行驶里程。
在TSOutput中输入截取的数据的名称进行保存，以备后续之用。
图12 各路况截取
5.2 数据连接
对大量的数据总截取到的各种不同路面，按照同一种类型进行连接后，经统计分析得出各种路况下减振器的阻尼力。
图13 数据连接及阻尼力分析
图14 雨流分析
由雨流分析可以看出，在道路载荷采集过程中，大部分的载荷集中在小载荷范围内，只有极少量路面载荷较大，符合大部分用户使用工况特征。
表4 不同路况下阻尼力：kN
阻尼力 省道 国道 市区 高速 乡道 县道 拉伸 压缩
4.51 4.11 3.52 1.44 4.43 4.02 3.23 2.74 2.48 0.75 3.02 3.52
5 总结
在减振器活塞杆上粘贴应变片采集实际道路载荷，试验数据可信度高、可实施性强，可以有效测量减振器在各种工况下的阻尼力变化。
基于实测结果，可对减振器供货技术协议提供数据支持，检验供应商对阻尼力测试是否涵盖市场载荷下的阻尼力，把好减振器质量检验的第一关。
