Page 93 - 《振动工程学报》2025年第8期

第 8 期 刘湘楠，等： 基于广义 S 变换的汽车零部件载荷谱编辑方法 1733

耐久性台架试验可为预测汽车零部件薄弱环节 S 变换双阈值的载荷谱编辑方法具有更好的编辑效
的疲劳寿命提供先验信息，是汽车零部件在设计和 果。然而，S 变换方法时频分辨率缺乏自适应性，影
制造过程中的关键环节 。载荷谱作为零部件耐久 响载荷谱能量的时频聚集性，并进一步影响载荷谱
［1］
性台架试验的输入，直接影响试验的效率和试验结 编 辑 效 果 。 为 了 克 服 S 变 换 方 法 的 局 限 性 ，DJU‑
果的准确性。实际上，试验场采集的原始载荷谱中 ROVI 等 ［10］ 提出了一种具有自适应时频分辨率特
包含了大量对零部件损伤贡献较小的低幅值高循环 性的非平稳信号分析方法，称为广义 S 变换方法。
［2］
载荷分量 。在进行零部件耐久性台架试验的过程 目前，广义 S 变换方法已经成功地应用于非平稳信
中，若以原始载荷谱为加载数据，将会导致试验周期 号故障特征提取和地震旋回特征分析等领域 ［11‑12］ 。
延长，耗费大量的时间和资源。因此，有必要研究一 但对基于广义 S 变换的载荷谱编辑方法的研究还不
种合理有效的载荷谱编辑方法，以缩短原始载荷谱
够深入，没有成熟的方法和理论。
的时间长度，进而提高汽车零部件耐久性台架试验
基于上述问题，本文基于广义 S 变换理论，提出
的效率。
一种基于广义 S 变换的汽车零部件载荷谱编辑方
现有的载荷谱编辑方法主要分为两类：时域编
法，旨在为提高汽车零部件的耐久性台架试验效率
辑法和时频编辑法。时域编辑法通过对载荷谱进行
提供一种有效手段，从而加快汽车零部件的耐久性
等间距加窗，计算每个窗口内载荷产生的损伤量，然
评估过程，为汽车制造业的产品研发和质量控制提
后设定合适的阈值，识别并删除低于阈值的小损伤
供技术支持。
窗口片段，从而实现载荷谱缩减 。在时域编辑法
［3］
［4］
的研究方面，花菲菲等 以车轮轴头为研究对象，提
出了一种基于真实损伤保留的汽车零部件载荷谱编 1 汽车零部件载荷谱采集
辑方法。研究发现，原始载荷谱和缩减载荷谱在损
在试验场强化路面开展整车耐久性测试，是获
伤保留量、功率谱密度及雨流计数等方面基本相同，
取零部件载荷谱的有效手段。本文以某 SUV 汽车
验证了时域真实损伤保留编辑方法的有效性。于佳
为测试对象，在试验场强化路面开展整车耐久性测
［5］
伟等 以副车架为研究对象，提出了一种基于伪损
试。典型的强化路面包括比利时路、搓板路、国情
伤保留的汽车零部件载荷谱编辑方法，通过对比原
路、坑凹路、卵石路以及制动路等。在悬置主动侧布
始载荷谱与缩减载荷谱之间的功率谱密度、统计参
置 PCB 三分力传感器，以采集悬置载荷谱。图 1 为
数及穿级计数，验证了时域伪损伤保留编辑方法的
有效性。尽管时域编辑法能够实现载荷谱缩减，但 悬置实物及传感器位置图。
载荷谱编辑效果与窗长相关。目前，窗口长度的设
置大多基于经验 ［4‑5］ 。
为了解决时域编辑法存在的不足，时频分析方
法逐渐被应用于汽车零部件载荷谱编辑。在时频编
［6］
辑法研究方面，朱茂桃等 提出了一种基于短时傅
里叶变换的汽车后拉杆悬置载荷谱编辑方法，并通
过耐久性台架试验，验证了缩减载荷谱和原始载荷
［7］
谱具有相同的加载效果。SHANGGUAN 等 提出
了一种基于小波变换汽车下摆臂前衬套载荷谱编辑 图 1 悬置实物及传感器位置图
方法。研究发现，采用小波变换编辑方法获得的缩 Fig. 1 Physical mount and sensor location diagram
减载荷谱在统计参数、功率谱密度及穿级计数等方
面均与原始载荷谱保持高度一致。董国疆等 以汽 对于汽车橡胶悬置，其路面随机激励的频率范
［8］
车转向节为研究对象，提出了一种基于 S 变换的汽 围一般低于 50 Hz ［13］ 。为了确保数据的准确性和全
车零部件载荷谱编辑方法，并与基于时域损伤保留、 面性，根据奈奎斯特采样定理 ［13］ ，设定采样频率为
短时傅里叶变换及小波变换等编辑方法进行比较， 1000 Hz，采样时长为 279.46 s。考虑到所研究的悬
验证了基于 S 变换的载荷谱编辑方法的优越性。姚 置主要承受 Z 向载荷作用，因此仅对 Z 向载荷谱 F Z
［9］
凌云等 针对 S 变换编辑法的阈值设定问题，以汽 进 行 分 析 。 此 外 ，为 了 降 低 高 频 噪 声 对 载 荷 谱 编
车转向节为研究对象，提出了一种基于 S 变换双阈 辑 效 果 的 影 响 ，对 实 测 载 荷 谱 进 行 了 低 通 滤 波
值的汽车零部件载荷谱编辑方法，并与传统的基于 （50 Hz）处 理 ［14］ ，得 到 预 处 理 后 的 悬 置 载 荷 谱 ，如
S 变换的载荷谱编辑方法进行比较，结果表明，基于 图 2 所示。