然趋势。为了确保新开发的产品具备足够的竞争优势，在设计初期，需要通过拓扑优化、提高材料强度等级和集成结构等手段，对车架进行轻量化设计。

轻量化车架在实际生产过程中会由于制造误差，使得实物与设计状态存在一定的差异。为确保每一台车架都能达到设计要求，必须对新开发的轻量化车架进行台架验证。目前车架台架试验项目主要包括模态试验和刚度试验，当然疲劳试验也是车架台架试验需重点考核的项目，比较常见的办法就是在刚度试验中重复一定次数（按经验），这种方法成本较低也较易实现，但需要强大的试验数据库作支撑。还有一种思路是采用路谱迭代的方式进行验证，这种验证方法对台架设备要求高，且必须搭载实车进行路谱采集，并对路谱进行迭代处理，试验结果与实车吻合较好。篇幅所限，本文仅对常规的模态试验和刚度试验进行探讨。

轻量化车架模态试验

1.试验激振点的选择

图1  模态试验悬挂点

车架模态是车架系统的固有振动特性，模态试验时应保证测试车架为自由模态状态下，本试验采用橡皮绳悬挂，悬挂点选择在纵梁前部和后尾梁处，这样就避开了所有模态振型的节点，具体悬挂方式如图1所示。

图2 力锤激励

激振点一般选在刚度大的车头或车尾位置，激振器与车架紧密连接。此次车架激振点选择在车架尾梁处，激励方向为X/Y/Z三个方向，试验使用力锤激励，具体如图2所示。

2.试验测点布置

图3 车架模型

测点布置原则为外力作用点、重要响应点、部件或结构的交联点等位置一般都选为测点，所布测点连线应能显示车架形状。本次试验测试点主要分布在车架大梁的上翼面和连接大梁的管梁上，共42个点，能大致反映此车架的主要轮廓。模型如图3所示。

3.试验激励方法

模态试验激励方法有SISO法（单输入单输出）、SIMO法（单输入多输出）、MIMO法（多输入多输出）三种方法。MIMO法测试一致性好，测点能量分布均匀，能有效区别密集模态，SIMO法介于MIMO法与SISO之间。考虑试验激振器能力，本次试验采用SIMO法。

本试验采用加速度传感器采集数据，大量通道数据的高速并行采集，因此要求大量的振动测量传感器。

轻量化车架刚度试验

车架刚度试验主要对车架弯曲刚度、扭转刚度两种受力工况进行受力模拟。受力模拟需要在专门台架上完成，车架系统进行台架试验的目的主要是为了节约时间与费用，通过台架在室内模拟车架受力，可以在设计初期检测车架力学性能。

1.弯曲刚度试验

（1）试验车架总成状态

对于试验车架总成，不仅要求是完整的车架，而且由于要模拟一部分载荷作用，需要有部分连接件，主要连接件种类有前板簧吊耳处横梁、前托钩横梁、前板簧前支架、前板簧后支架、平衡轴支座以及鞍座等。板簧处用型钢代替钢板弹簧与板簧支架连接，平衡轴处用工装连接，限制车架运动的自由度。

（2）弯曲刚度试验台架

图4  车架弯曲刚度台架试验

车架弯曲刚度主要由载质量引起，弯曲刚度试验台模拟将车架固定与试验台架上，对鞍座处施加垂向力，模拟挂车对鞍座的实际作用力，记录各测试点的位移，从而计算出车架刚度。具体台架需求及加载力如图4所示。

（3）测试点的选择

图5   车架测试点的选择

测试点选取应与CAE分析时测点保持一致，在CAE分析应力较大区域，应该重点布置测点，这些区域分别为横梁前侧螺栓孔边沿，横梁上部圆弧段及横梁后侧螺栓孔边沿。本次试验选择12个位置布置应变片，定义为测试点，具体如图5所示。

（4）测试方法

加载n=0.1 kN的预加载荷，以此状态作为测量基准（零点）；

加载力n=40～60 kN的间隔试验载荷；

用0.01 mm为单位测量车架各测量点的变形量及0.01 MPa测量车架各测量点的应力值。

2.扭转刚度试验

图6  车架扭转刚度台架

扭转刚度试验在车架总成状态、测试点的选择上与弯曲刚度试验基本一致，扭转刚度试验台架及加载力如图6所示。

试验时，在车架前轴中心处上翼面和车架后悬架中心上翼面布置数显倾角仪，确保初始状态车架上表面水平，作动器施加位移使车架前轴相对后轴扭转±1°、±2°、±3°和±4°，测量车架扭转应力。

3.试验台架搭建

图7 车架弯扭刚度试验台

考虑到试验台架搭建费用高、周期长的特点，且刚度试验台架与疲劳试验台架作用原理一致，为了节省费用并提高设备利用率，希望将刚度试验台架与疲劳试验台架联合搭建，只在作用力上进行区分，台架通用。对新开发某型牵引车轻量化车架进行台架试验，采用新搭建的弯扭刚度试验台进行，如图7所示。

试验结果分析

1.模态试验结果

表 模态分析结果值

图8 车架模态试验振型

试验完成后对试验数据进行进一步处理，得到车架试验模态数值见上表。模态振型见图8。试验模态数值结果与CAE分析结果对比，模态振型一致，模态数值频率差别在10.5%以内，前期CAE分析结果是可信的。分析造成频率差别的原因主要有：分析模型材料厚度与实物车架厚度存在偏差，没有考虑制造误差的影响。

2.刚度试验结果

图9 车架弯曲变形曲线

图10 车架扭转应力曲线

图11 车架扭转应力曲线

车架台架弯曲变形曲线如图9所示, 车架扭转应力曲线如图10所示, 车架扭转刚度曲线如图11所示。最终台架试验结果：模态值和刚度值均达到设计目标要求，认为车架合格，可以进行装车及整车试验。

结论

通过对轻量化车架的台架性能试验，能快速验证车架能否满足设计目标要求，保证车辆的行驶及安全性能,同时找出车架设计中存在的薄弱环节，为持续的优化改进提供参考依据，缩短车架开发、验证周期。