合成道路谱在四通道整车道路模拟试验中的应用
０２ 受纵 向载荷 （ 向 ） ．： 和侧 向载 荷 （ ｙ向 ） 响 的测 影 量 通道 标准 差较 大 ．大部 分通道 的标 准差大 于 ０ ． ． ２
因为 、 ｙ方 向受驾驶 员 驾驶 习惯 的影 响 比较 明显
（ ２ ）
（） ３
（） ４
成 了 ４个 车轮 的激 励时 域信 号 ，可立 即进 行 道路模
拟 试验
３ 合成 道 路 谱 在 某 车 型 中 的应 用
以某款 车为例 ． 分析合 成道路谱 在 四通道 整 车道
路模 拟试 验 中的应用效果 为全面 了解整 车的受 载情
式 中 ， Ｄ 为每 次测 量 的损伤 值 ： 损伤 值 的几 何平 Ｄ为
在上 海 大众试 车 场采 集试 验载 荷 上海 大众 试 车场 的 强化 试验 道 路 （ 简称 Ｓ Ｐ道 路 ） Ｖ 共设 有 １ ５种 特种 路 面 ．包 含 产 品车使 用过 程 中可 能遇 到 的各 种
将 每次 测量 的实 际损 伤值 和几何 平均值 的比值
定 义为 相对 载荷 ．图 ４为 ６次道 路测 量 中实 际道 路
．
试验 ． 试 ． 测
整 车 车 身 在 正 常 行 驶 状 态 下 主 要 受 到 以 下 载 荷 ： 不平 路 面上行 驶 时激起 的振 动 ； 弯道 、 在 在 起动 、
础 。本 文利用 线 性损 伤 累积理 论 （ ｎｒｅ ｍ ｎａｙ ｍｉｅ ｌ ｅ ｔｒ） ｅ 计算 每个 测量 通 道 的损 伤值 ｐ 具 体操 作方 法如 图 ３ １ ， 所示 。图 ３中 ，一 ５ Ⅳ标 准 参 考线 是斜 率 为 ５ 通过 点 、
用 下 加载 至 失 效 时 的循 环次 数 ： ｍ为载 荷 谱 中载荷
∑ 一 出现 的统 计次 数
６次 道路 测量 的损 伤值 的几 何 平均 值 和标 准差 ～
及 合成 道路谱 激励 下 的损伤 值见表 １
将 表 １中的 ７ ６个 通道 按 照 、 、 方 向的 ｌ Ｚ３个 ， 敏 感 性 进 行 分 类 １ ｌ ～ ３号 通 道 对 向 载 荷 敏感 ： １ ～ ６号 通 道 对 ｙ 向 载 荷 敏 感 ：７ ６ ４２ ２ ～ ４号 通 道 对 ｚ 向载荷 敏感 ：５ ７ ６ ６号通 道不 能 明确 载荷敏 感方 向 ．
做 为其 它信 号处 理 表 １可知 ． 同测 量点 的损伤 从 不
值 标 准差 是不 同的 ， 垂 直 载荷 （ 对 ｚ向 ） 感 的测量 敏 通 道 （ 车轮 加 速度 ） 准 差 总体 较小 ． 如 标 大部 分 通道 的标 准差 在 ０１以 内 ．只有个 别通 道 的标 准差 大 于 ．
（０ ，０） １ １ 的直线 。
加 速 和制 动 中产 生 的惯 性载 荷 ： 动 系 的激励 载荷 传
后 ２种 载荷 产 生 的频次 相对 较少 ．主要对 车 身与 发 动机 、 变速 器和 底盘 的连 接点 有影 响 ． 四通道 合成 在
道 路谱 中不做 考虑 左 前 轮作 动缸 位移激 励 信号 用功 率谱 密度 函数 Ｇ左 （ 表示 ， 前轮 作 动缸 位移 激 励信 号用 功 率谱 前厂 ） 右
路 面 状 况 ． 其 特 征按 一定 比例浓 缩放 大 ． 试 验 车 将 使
在该 道路 上行 驶 的里 程相 当 于在外 界道 路上 行驶 里
载荷 的离散 情况 及平 均道 路载荷 ．与表 １中标准 差 大 小变 化是 一致 的 向和 ｙ向信 号通 道 ６次道路 测 量 的相对 载荷 波 动范 围在 ０１ ５０内 ： ． ． － Ｚ向信号 通
均值 ； ｎ为测 量次 数 ； 为标 准 差 ； 为在 载荷 作 ｓ 。
０ ～１ ●
况 和评 价合 成道路谱 的实际加载效果 ． 车身 、 盘部 在 底 件 、 和车轮等多个部位布置 了测量点 ． 悬架 并采用 了多
种类 型传感 器 ． ７ 共 ６个信号通道 测量点 布置位 置和 四通 道整车道路模拟试验 台如 图 ２ 所示
路 激励 强 度 ．作 为 与合 成道 路谱 激励 强度 比较 的基
２１年 ０１ 第 ｌ 期 １
内， 只有 个别 通道 在此 范 围之外
．．— —
４ ．— ９ ． ． —
．
试验 ． 试 ・ 测
表 ｌ ６次 道路 测 量 损 伤 值 的 几 何 平均 值 和 标 准 差 及 合成 道 路 谱 激 励 下 的 损伤 值
道 ６次 测 量 的 相 对 载 荷 波 动 范 围 基 本 在 ０５ ． ． ０ ２
程 的数 倍 ， 到 强化 作 用 ， 而 缩 短 试 验 周 期 ８圈 起 从
Ｓ ＶＰ道 路构 成一 个测 量数 据 ．共 进行 了 ６次 道路 测 量 ，利 用 统计 分析 手段 获得 平均 的实际 强化试 验 道
密 度 函数 Ｇ右 ∽ 表 示 ， 前 则
趔
龟
Ｎ（ｏ ） １ｇ
Ｇ有 （ Ｇ左 （ ｏ （ 前 ＝ 前 ｃ 式 中 ．ｏ （） ｃｂ ｆ 为相 干 函数［ ２ １
（） １
图 ３ 损 伤 值 计 算 示 意
根 据 左前 轮 和右前 轮作 动缸 位移 激励 信 号 的功
率 谱密 度 函数 ， 结合 统计 学要 求 （ 如均 方根 值 等 ） 可 ，
通 过傅 立 叶逆 变换 生成 作动 缸对 车辆 激励 的时域 信 号 后 轮 的激励 与 前轮 的激 励相 比只有一 个 时 间上 的延迟 ， 延迟 通 过车 速和 轴距来 定 义 。这样 ． 生 此 就
损 伤 Ｄ及 其几 何平 均值 Ｄ 和标 准差 。 的计
算式 分 别为 ：
篑
通 道
１Ｆ 一 ＸＶＬ ２Ｆ 一 ＸＶＲ ３Ｆ 一 ＸＲＬ ４Ｆ － ＸＲＲ ５ ＭＹＶＬ 一
６一ＭＹＶＲ ７一Ｍ ＹＲＬ
Ｓ Ｐ损 伤 值 的 Ｖ 几 何平 均 值
摩托车道路模拟试验及应用
ｒ ａ ｎ ｏ ｃ ｅ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｓａ ｔｓ ｅ ｄ，ｉ ｏ ｄ ｓ ｅ ｔｕ ｉ ａ ｌｄ ｂ ｅｅ ｔｎ ｒ ｐ ｒｏ ｓ ｒ ａ ｏ ｄ ａ ｄ ｃ ｎ ｒ ｔ ｏ ｄ ｗｉｈ ｃ ｎ ｔｎ ｐ ｅ ｔ ｌａ ｐ ｃｒ ｍ ｓｓ ｍｐ ｅ ｙ ｓ ｌ ｃｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｂ ｅ ｖ — ｓ
的采 集、 内模 拟信 号 的分析 处理和 迭代过 程 。通过 对 实车合理 地选取 测 点和 布 置传 感 器 ， 集 室 采 了摩托 车在碎 石路和 水 泥路 上 匀速行 驶 时的道路 载荷谱 ； 以前后 轴加速 度 为期 望 响应 信 号 ， 行 进 了室 内模 拟迭 代 ， 到 了较 精 确的驱 动信 号 ， 而验证 了道路 模拟 机 的 实用性 和 可靠性 。 得 从 关 键 词 ： 路模 拟 ； 道 载荷 谱 ； 驱动信 号
ｓｒ ｄ ｒ ｓ ｎｓ ｉｎ ｌ ．ｔ ｎ ｏ ｒｓｍｕ ａｉ ｎ ｉ ｒ ｔ ｎ ｓｃ ｎ ｕ ｔｄ，ａ ｄ ｔ ｏ ｄ ｌａ ｐ ｃｒ ｍ ｓａ － ｉｅ ｅ ｐｏ ｅ ｓｇ ａ ｓ ｈｅｉ ｄ ｏ ｉ ｌｔｏ ｔ ａ ｉ ｓｉ ｏ ｄ ｃｅ ｅ ｏ ｎ ｈｅｒ ａ ｏ ｄ ｓ ｅ ｔ ｕ ｉ ｃ ｃ ｒ ｔｌ ｂ ａｎ ｄ．Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｒ ｃ ｉａｉｙ ａ ｄ ｒ ｌ ｂ ｌ ｙ ｏ ｅ ｒ ａ ｉ ｌ ｔｒ ｆｍｏｏ — ｕ ａｅｙ ｏ ｔ ｉ ｅ ｅ ｒｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ａ ｈｅｐ ａ ｔ ｌ ｎ ｅｉ ｉ ｔ ｆｔ ｏ ｄ ｓｍｕ ａｏ ．ｏ ｔ ｒ ｃ ｔ ａ ｉ ｈ
中图分 类号 ： ４ ７ Ｕ ６
文献标 识码 ： Ａ
文章编 号 ：６ ４—８ ２ （ ０ ０ ０ ０ １ ０ １７ ４ ５ ２ １ ） ７— ０ ２— ６
汽车道路载荷谱技术及应用
汽车道路载荷谱技术及应用一、载荷谱采集与处理载荷谱采集是汽车道路载荷谱技术的第一步，它通过在汽车上安装各种传感器，如加速度计、力传感器等，来收集汽车在行驶过程中的实时载荷数据。
这些数据经过处理后，可以用于分析汽车的结构性能、车辆的行驶性能以及道路的承载能力等。
二、汽车结构分析和优化通过对采集的载荷数据进行深入分析，可以进一步了解汽车的动态特性和结构性能。
借助有限元分析、结构优化等手段，可以在保证汽车结构强度的前提下，降低车辆的重量，提高汽车的燃油经济性和动力性能。
三、车辆性能评估与验证利用道路载荷谱技术，可以评估和验证车辆的性能。
通过比较实际采集的载荷数据和理论计算的载荷数据，可以评估车辆的设计和制造质量。
此外，通过对不同车型在相同道路条件下的载荷数据进行比较，可以评估车辆的行驶性能和安全性。
四、道路载荷模式识别道路载荷模式识别是汽车道路载荷谱技术的重要应用之一。
通过对大量载荷数据的分析和学习，可以识别出不同的道路载荷模式，如高速公路、城市道路、山路等。
这些模式可以用于指导车辆的设计和优化，以更好地适应各种道路条件。
五、智能驾驶与安全控制智能驾驶和安全控制是汽车道路载荷谱技术的另一个重要应用领域。
通过实时监测汽车的载荷状态，可以判断出车辆的行驶状态和路况，进而实现智能驾驶和安全控制。
例如，在遇到紧急情况时，系统可以自动采取避让或紧急制动等措施，提高车辆的安全性。
六、车辆运行状态监测与预测利用道路载荷谱技术，可以实时监测车辆的运行状态，并根据采集的载荷数据预测车辆的未来状态。
这种技术可以用于车辆的故障诊断和预测性维护，提高车辆的可靠性和安全性。
七、车辆维修与保养计划优化通过对车辆的载荷数据进行长期监测和分析，可以制定出更加合理的维修和保养计划。
例如，在某些情况下，某些部件的磨损可能比其他部件更快，因此需要更频繁地进行维修或更换。
通过优化维修和保养计划，可以提高车辆的使用寿命和经济效益。
八、定制化道路载荷模型构建针对不同车型、不同路况以及不同的使用需求，可以构建定制化的道路载荷模型。
道路滑行阻力在整车开发中的应用简述
道路滑行阻力在整车开发中的应用简述作者：刘中拥刘耀华杨亮王郡烽来源：《时代汽车》2019年第03期摘要：在整车开发过程中道路阻力的优化对单车及企业节能减排都有重要的意义。
本文简述了道路滑行阻力的定义，组成部分，并详述了道路滑行阻力的应用场景和主要优化方向。
对整车项目开发中整车的动力性、经济性、制动性或排放性能的开发具有一定的指导意义。
关键词：道路滑行系数；空气阻力；滚动阻力；机械阻力1 引言道路滑行阻力是通过滑行法计算所得的车辆道路载荷。
在整车开发中道路滑行阻力主要用于对汽车燃油经济性、动力性进行仿真计算或利用汽车底盘测功机进行汽车动力性、经济性、或排放污染物测试[1]。
2 道路滑行阻力的构成及测试方法2.1 道路滑行阻力的构成道路滑行阻力反映了整车在水平道路上匀速行驶过程中需要克服的阻力，包括空气阻力，滚动阻力和机械阻力。
空气阻力：Fw=CD*A*u2a/21.5[2]式中CD为空气阻力系数，A为迎风面积，ua为汽车行驶速度滚动阻力：Ff=G*f式中G为整车行驶过程中所受重力，f为滚动阻力系数。
道路滑行阻力：F=FW+Ff+Ft=CD*A*u2a/21.5+Gf+Ft式中，Ft为传动系机械阻力（此处传动系包括变速箱，传动轴，制动卡钳和轴承）2.2 道路滑行阻力的测量方法道路滑行法测量滑行阻力分为固定式风速仪滑行法和车载风速仪滑行法。
目前大多数主机厂采用的是固定式风速仪滑行法。
试验过程主要是，车辆行驶至规定车速，变速箱置于空挡开始滑行，滑行过程中连续记录滑行时间t和对应车速V，通过记录的数据计算出滑行过程中所受阻力。
其原理为牛顿第二定律公式F=ma=m（Δv/Δt）计算完成后滑行阻力表达式为F=f2V2+f1V+F0。
式中f2、f1、f0为道路载荷系数。
试验车辆要求，测试频次和数据处理等详细规定请参考GB18352.6-2016《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》中附件CC的相关内容。
3 道路滑行阻力在整车开发中的应用场景3.1 整车动力性和经济性仿真在使用AVL Cruise、Simulink等一维软件进行整车动力性和经济性的仿真时，以基准道路滑行曲线为依据，通过整车重量、风阻、滚阻等条件的变化，拟合新车型在不同工况下整车负载，进而仿真新车型的动力性和燃油经济性，为整车性能优化提供理论依据。
车辆道路模拟试验系统
车辆道路模拟试验系统随着我国汽车工业的迅猛发展，尤其是我国加入WTO后，伴随着新的《汽车产业发展政策》以及《缺陷汽车产品召回管理规定》的出台，汽车工业面临着新的机遇和挑战，努力提高汽车整车质量和加快新车型的研发速度是汽车工业的唯一出路，这不仅对汽车工业提出了更高的要求，同时也对试验设备制造业提出了新的课题，如何更加逼真的模拟道路试验并缩短试验时间以缩短新车型的研发周期成了汽车工业和试验设备制造业的共同追求。
1．道路模拟试验的发展和回顾从1886年世界第一辆真正意义的汽车诞生以来，汽车工业走过了一百多年的发展历程。
汽车的诞生彻底改变了人民的生活，同时对汽车也提出了新的要求：行驶寿命、行驶安全等等，如何更好的提高汽车的行驶寿命，同时又要降低成本成了汽车研发工程师的追求，于是提出了全历程的道路试验——试车场跑道跑车试验，通过试验为汽车研发工程师提供了宝贵的设计更改依据，但随着汽车工业的进一步发展，汽车工业的竞争日趋激烈要求汽车制造商必须更快的推出新一代的车型，才能保证在激烈的市场竞争中立于不败之地，于是到了20世纪60年代出现了室内台架模拟试验。
1.1简单路面模拟道路试验经历了漫长的发展历程，即使到了今天在汽车工业发展相对落后的中国仍在使用这种方法，这种方法存在着先天的缺点：试验结果受天气以及驾乘人员等因素的影响较大，试验结果的精度以及重复性较差，试验周期长。
到了20世纪60年代，汽车的设计和试验随着电液伺服闭环技术的日趋成熟逐渐由静态力学试验模式发展到动态特性的研究，1962年美国通用汽车公司凯迪拉克轿车部提出了委托美国MTS公司设计制造一台汽车道路模拟机的计划，经过双方密切合作于1965年制造完毕并投入使用，这就是世界上第一台汽车道路模拟机。
其输入信号是这样获得的：对安装在车身上的加速度传感器测得的加速度信号进行两次积分获得车身对路面的绝对位移，通过安装在车身两侧的测试轮测量测试轮与汽车车身的相对位移，二者的差就是路面高程在时间历程上的波形，即汽车道路模拟机的输入信号，但这种方法存在其很大的缺点：轮胎的包容性未能被模拟；存在轨迹误差。
基于道路载荷谱的车身疲劳寿命改进研究
整 车室 内道 路 模 拟试 验 分 为轮 耦 合 型道路 模 拟 试验 和轴 耦 合型 道 路模 拟 试 验 两种 类 型 。失 效
位 置 的损 伤 贡献 分 析 结 果 表 明 ， 身 失 效 位 置 处 车 占比 ９ ％ 以上 的损 伤 发生在 以垂 向激励 为 主 的各 ８ 种 粗糙 路 面上 ， 因此 本 课 题 中采 用 轮 耦 合 方 式 的
目
—
架试 验加 载信 号 驱 动 台架 ， 各 监 测 点 处 采 集 应 在 变响 应信 号 ， 后 与 实 际道 路 上 采 集 的 信 号进 行 然 比较 ， 图 ３所 示 ， 算 出误 差 信 号 ， 此 修 正 驱 如 计 据
动信 号并 再 次 完 成 加 载 ， 此 循 环 下 去 。当迭 代 如 点 响应 与 目标 之 间 的 误 差 达 到 允 许 范 围之 内 时 ，
９ ％ 以 上 的粗 糙 路 面 采 集 的 信 号 进 行 迭 代 ， 流 ８ 其
程 图见 图 ２ 。
１ 代１ ｒ嘉 模 ＿ 嚣 拟Ｉ ． 迭－ １ － ＇ 膝 等
图 １ 车 身 开 裂 研 究 技 术 路 线
２ １ 典型 路面 道路 谱 采集 ．
研 究 过 程 中采 用 虚拟 试 验 台 的形 式来 建 立 目 标 车辆 的耐 久 性 虚 拟 分 析 模 型 ， 虚 拟 模 型 的边 该
界输 入 条件 为轮 轴 六 分 力 信 号 和轮 轴 位 移 信 号 ， 而 此信 号必 须 通 过 实 车 的道 路 载 荷 谱 采 集 得 到 。
此外 ， 虑 到后期 室 内道 路 模 拟 试 验 和 Ｃ Ｅ耐久 考 Ａ
分 析 的需要 ， 车 场 道 路 试 验 采 集 的 信 号 包 括 车 试
制动集成检测系统在整车道路试验中的应用
３ 王 德 杉 谢 进 荣 ． 车 半 挂 列 车 转 向特 性 的研 究 ． 车 技 汽 汽 术 ，９ ８， ９ ２） ３ ￣ ５ １ ８ １ （ ：６ ４ ．
４ Ｃ ｅ ａ ｄ Ｔ ｍｉ ｋ ｈ ｎ Ｃ．ｎ ｏ ｚ ａ Ｍ．Ｌ ｔｒ ｌ ｏ ｔｏ ｆ Ｃｏ ｕ ａｅ ａ Ｃ ｎ ｒ ｌ ｏ ｍｍｅ ｃａ ｒｉｌ
ｉ ｅ ｒ ｔｄ ｄ ｔｃｔ ｎ ｓ ｓｅ ｗｈｃ ｏ ｉｓ ｓ ｔ ｒ ｅ ｕ ｅ ｓ ｎ ｏｒ ａ ｌ ｉｐ ａ ｅ ｎｔｓ ｎｓ ｒ ｃ ｅ ｅ ａｉｎ ｓ ｎｓ ｒ ｐｒ ｓ ｕ ｅ ｎｔｇ ａｅ ｅｅ ｉ ｙ ｔ ｍ ｉｈ ｃ ｍｐｒ ｅ ｈｅ ｍｏ ｏ ｐｌ ｅ ｓ ￣ｃ ｂ ｅ ｄｓ ｌ ｃ ｍｅ ｅ ｏ ，ａ ｃ ｌ ｒ ｔ ｅ ｏ ｙ ｅ ｓ ｒ ｏ ｏ
整 车 制动性 能道路 试验 是基 于实 际 车载试 验环 境 ．通 过各 种车 载测试 设备 来 获取整 车在 实 际路 面 工 况下 的制 动性 能参数 ． 真实 、 可 客观 地反 映制 动系 统 的可靠 性 和整车 的动 态稳 定性 制 动集成 检测 系
生产 企业 的底 盘配 套研 发提 供实 际道路 工况 下 的制
感器 、 接 触 式 测 速仪 及 数 据 采 集 系 统 组 成 的 制 动 集 成 检 测 系统 对 其 进 行 了整 车道 路 试 验 ， 与 虚 拟 仿 真 试 验 进 行 非 并
验证 对 比 该 检测 系统 在 试 验 过 程 中实 时 接 收各 传 感 器 输 入 的制 动 性 能 物 理 量参 数 。根 据试 验结 果 ， 对该 乘 用 车 的
比
前 进挡
倒 挡
３５ ３ ０６ ２ ．３ － ． ４
基于ADAMS／Car某乘用车整车稳态回转仿真与道路试验对比分析
基于ADAMS／Car某乘用车整车稳态回转仿真与道路试验对比分析第一章：绪论车辆稳态回转是指车辆在转弯过程中，在保持速度不变的情况下，车身向心力与侧向离心力所产生的力矩达到平衡状态，从而实现稳定行驶。
稳态回转性能是乘用车安全性和驾驶体验的重要指标之一，也是车辆动力学研究的重要方向之一。
ADAMS/Car是一种广泛用于汽车动力学仿真的软件，它能够模拟车辆在各种路况和不同工作状态下的动态响应，以及车辆稳态回转性能。
本文以某乘用车为研究对象，基于ADAMS/Car软件进行整车稳态回转仿真，并与道路试验进行对比分析。
第二章：ADAMS/Car仿真模型构建首先，根据车辆技术参数，确定车辆的基本参数和动力学方程。
然后，利用ADAMS/Car软件构建乘用车的仿真模型，并进行力学系统和控制系统参数的设定。
最后，进行车辆稳态回转仿真模拟，得出车辆在稳态回转情况下的各项参数。
第三章：道路试验设计设计乘用车在实际道路上进行稳态回转试验，记录车辆在不同转角下的动态响应，包括横向加速度、横向偏差、横摆角等。
同时，记录车辆的速度、转弯半径等基本参数。
第四章：仿真与试验对比分析对比分析ADAMS/Car仿真与道路试验中得到的数据，分析模型的准确性和仿真的可靠性。
通过比较实验与仿真数据的吻合度，说明ADAMS/Car模型的可信度，并分析在不同车速和可变转弯半径条件下乘用车的稳态回转性能。
第五章：结论根据ADAMS/Car仿真与道路试验对比分析得到的详细数据，得出乘用车的稳态回转性能好坏与不同参数的关系。
针对结果对乘用车的稳定性改进提出建议。
最后，总结本文的研究意义与研究缺陷，并展望ADAMS/Car软件在车辆动力学研究中的应用前景。
路谱采集与疲劳分析在当今汽车研发中的应用
力和扭矩 ，这些力和扭矩正是使车辆零部件产生 疲 劳损 伤 的主要原 因 。当然 ， 车辆受 热负荷 影 响而 产生的零部件热损伤也是汽车设计所必须考量的 问题 。 当今 汽 车所运 用 的材料 中 除 了金 属材 料 以
孔洞 、 微裂纹 、 应力诱发相变等 ）并逐渐演化成为 ，
１ 技 术纵 横 ４
轻 型汽 车技 术
２１ （ ０ 总 ２８ ０２ １ ） ７
谱数 据测量 点 主要包括 ： ● 整 车 Ｃ ＮＢ Ｓ信息 ： Ａ Ｕ 发动 机转 速 ， 车速 ，
档位 信息 ， 动踏板状 态等 制 ● 四个 车轮 ｘ ，方 向的力 和转矩 ，ｚ ｙ ● ● 转 向盘角度 四轮 悬架行 程
量 （ 轴 ） 数据 采集器 读取 的加 载力 与加 载设备 横 ， 指示 的加 载力 的相对误 差 （ 以百分 比指示 ， 轴 ） 竖
● 主要车身和底盘零件的 ｘ ，向加速度 ，ｚ ｙ
・
・
四轮减震器在车身安装点的加速度 车辆 质心加 速度
前后 副车架加 速度 四轮 转 向节加 速度
碑 。 因此 ， 车耐 久性 能也是 各 汽 车厂商在 新 车型研 发验 证 项 目中放 在 首要 位置 汽
并全 力 以赴 确 保 无误 的性 能之 一 。 疲 劳分 析 作 为一 种 虚 拟 耐久 试 验 的方 法 ， 为
缩短 整 车开发 周期 ， 免设计 失误 ， 避 提供 了良好 的基 础 。 文以 某车型疲 劳仿 真计 本
整车疲劳耐久性能开发(1)
用于获取加速度响应载荷 （如底盘、驾驶室、动力总成 等），是耐久性能开发的关键载 荷。
若需进行整车及系统的台架 试验，加速度信号还将作为重要 的迭代信号。
1、载荷谱采集
1.3 关键传感器 • 位移传感Байду номын сангаас的应用
Zd
用于获取底盘、驾驶室、动力总成 的相对位移，是耐久性能开发的关键载 荷。
路面特征分类
对路面工况进行分类，高频路面采 用虚拟迭代分解，低频路面采用施 加车身姿态分解
序号 工况 地理特征 平整度
1 铁轨路 平路面 高频路面
2 振动路3 平路面 高频路面
3 长波路 平路面 低频路面
…… ……
……
……
24 8字行驶 大弯道平路面 低频路面
25 倒档上坡
坡道
低频路面
整车多体模型建立及验证
1、雨流计数，统计各信号 2、虚拟损伤计算，对比不同路面的强度等
循环幅值、均值及次数
级，以及不同试验场同种路面的强度等级
1、载荷谱采集
1.6 商用车载荷谱采集
针对车架、驾驶室、悬挂部
件、轴头等关键区域，采集加速
加 速
度、应变、位移、力等载荷信号。 度
Z向是主要载荷方向。
传 感
器
应 变 片
位 移 传 感 器
耐久性能整体解决方案
基于实测载荷谱的耐久性能开发主要过程包括： 载荷谱处理后，通过多体动力学模型将轮心载荷分 解到底盘各个接附点，进行有限元疲劳强度仿真及 优化；以及载荷工况的等效、仿真和试验的精度对 比。
载荷谱
载荷分解
试验场/台架可靠性试验
仿
真
与
整车道路试验和整车台架试验的相关分析
整车道路试验和整车台架试验的相关分析张博;姚烈;孙明【摘要】为了支持整车台架试验,对比台架试验和道路试验的相关程度,本文将NVH的传递途径理论用来制定道路载荷和运动学数据采集方案,分别在时域、频域和损伤域进行了数据和故障模式的对比,证明了整车台架试验可以很好地模拟道路试验,为缩短整车开发周期,在开发阶段发现设计问题提供了一条切实可行的方向.%In order to support the rig test of vehicles and compare the degree of correlation between the rig test and road test, this paper first develops a road-load and kinematics data acquisition scheme with NVH transfer pathway theory, and compares the bench response and the road response in time domain, frequency domain, and damage domain. The results have proved that the rig test of vehicles can simulate the road test very well, which provides a feasible path to find the design problems in the development stage and shorten the development cycle of vehicles.【期刊名称】《测试技术学报》【年(卷),期】2012(026)004【总页数】6页(P348-353)【关键词】道路载荷数据采集;整车台架;数据处理;相关分析【作者】张博;姚烈;孙明【作者单位】上海汽车集团股份有限公司技术中心,上海201804;上海汽车集团股份有限公司技术中心,上海201804;上海汽车集团股份有限公司技术中心,上海201804【正文语种】中文【中图分类】TM930.1;U4620 引言随着中国经济的不断良好发展,中国已经成为世界上数一数二的汽车产销大国[1],中国用户对车辆认知水平和要求也在不断提高,这就对整车厂商提出了更多、更高的要求:不断降低成本、缩短研发周期、提高整车质量、尽早发现工程质量问题并及时提供解决方案等[2],针对这些要求,试验认证都发挥着举足轻重的作用.试验认证中的试验室试验可以承担众多整车、子系统和零部件的力学、运动学耐久、性能试验.随着基本的整车,系统(子系统)和关键零部件结构的力学和运动学耐久、性能试验能力的建立,重点是针对汽车底盘、动力总成和车身等承载结构的系统试验,从而能够在整车开发过程的早期对工程设计方案进行及时的验证和评价,对暴露和潜在的问题进行及时的改进[3].并有力地支持整车研发的数模计算.随着不同车型、相同车型不同配置、相同车型相同配置的试验数据的积累,也可以为设计部门提供设计依据和参考,加深对车辆力学、结构和性能的了解,使汽车前、中期开发验证试验逐步从道路试验向试验室台架试验和数模计算转移,以缩短产品开发的周期和成本,提高工程质量[4].1 道路载荷数据采集上汽集团旗下某子公司针对市场需求计划开发一款小型车,已经完成底盘结构件、车身和底盘、动力总成连接结构硬点的布置、动力总成标定、悬置的选型和调校工作,并造出了样车,要对结构进行台架考核,道路载荷数据采集流程.1)试验计划编制确认.①编制道路行驶数据采集工作计划,包括数据采集通道如表1所示.②与试验需求者以及相关人员共同确认道路行驶数据采集计划.2)试验前期准备.①数据采集车辆(包括相关测量零部件)状态初步检查及确认.②选择并落实测量仪器.③装配并记录测量仪器和传感器.④与相关人员进行最终状态认可(包括测量车辆配置状况、测量仪器设置状态、最终交付内容和方式等).3)执行试验.①测量系统确认.②测量道路响应.③数据检查.4)数据处理及文档整理.①数据处理.②测量车辆处理(包括测量仪器拆卸、车辆返还等).③整理试验文档.④试验数据发布.⑤试验结束.1.1 数据采集项目执行针对台架整车耐久的要求,定出了要测量的力学和动力学通道,如表1所示,可以看出测量通道涵盖了几乎全部的整车承载结构载荷、复杂结构应变和部分车身及其附件的振动.1)传感器选择.考虑传感器的数量、频响、尺寸、满量程、使用温度范围、原理、优缺点等来选择.2)传感器位置选择.根据传感器尺寸、使用温度范围、原理和要测量通道属性等选择.3)数据所需要的数据格式和用户协商.1.2 数据检查通过通道属性、对称性、数据分析的基础、统计、PSD运算和经验等来判断数据的优劣.表1 道路载荷数据采集通道Tab.1 Road load data acquisition channels编号测量参数传感器类型单位1 4个车轮 6自由度轮心力/扭矩/轮心加速度N/Nm/g 6分力轮/电阻加速度计2 副车架关键点应变μe 应变计3 前悬挂纵向、侧向力,前下控制臂纵向、侧向力 N 应变计4 4个车轮弹簧垂向力 N 应变5 车身转向机、ABS模块、电瓶、油箱、备胎架垂向加速度 g 压电加速度计6 发动机、变速箱悬置三向力 N 应变计7 转向机拉杆、连杆轴向力 N 应变计8 后轴纵向、侧向变形μe 应变计9 后桥中心梁扭转μe 应变计2 台架准备选择M TS329 4自由度道路模拟机进行整车道路模拟台架试验.所谓4自由度为三向力和加速、制动通道[5],其结构如图1,图2所示.2.1 台架介绍图1 台架三向力和扭矩输入机械结构Fig.1 Rig three direction force and torque inpu tmechanical structure图2 整车前后结束结构Fig.2 Restriction structure for b rake2.2 数据后处理如图3所示为数据后处理的流程图.2.2.1 载荷谱压缩由于采集器输出的数据格式大部分为时间历程文件,可以通过滤波、去均值、去毛刺等处理,使数据更符合实际.但处理后的数据量仍然很大、试验所需时间很长,不利于发挥台架试验的优势,所以需要进行等损伤时间压缩.目前普遍采用的方法为雨流计数法.雨流计数法是由MatsuisKi和Endo等人考虑了材料应力-应变迟滞回环和载荷时间历程对应起来,这种方法已经广泛应用于疲劳寿命估计中[6].随机载荷谱经过计数后,可以形成若干个雨流矩阵图3 一般数据处理流程F ig.3 Generic data post p rocessing process式中:R为雨流造矩阵;i为雨流循环开始点级别;j为雨流点循环结束点级别;rij为雨流开始于i结束于 j的循环数.2.2.2 计算原理对于不同路面的组合可以用到[7]式中:ai为第i种道路所占的比例;Ri为第i种道路的雨流计数结果;n为路面种类. 疲劳损伤计算方法 S-N曲线式中:S为载荷;N为寿命;m与C是与材料、应力比、加载方式有关的参数. Miner线性累积损伤理论认为[8],构件在载荷S作用下,循环至破坏的寿命为 N,则可定义在其经受 n次循环的损伤为构件在载荷S作用下,经受 ni次循环损伤为D i=ni/Ni.若有K个载荷水平Si作用下,经过ni次循环,则可定义总损伤为[9]2.3 台架响应和道路响应的相关分析[10]迭代到期望的精度后,用得到的驱动信号激励车辆的台架响应,分别在时域、频域、损伤域(寿命)进行对比分析.由于文章篇幅所限,选取后来在道路和台架都出现故障的零件或相关零件(车身振动、副车架、后桥、变速箱悬置)进行对比.2.3.1 时域相关如表2所示,在时域内统计对比了台架和道路响应的最大、最小、均方根、峰值系数和伪损伤值,可以看出,道路和台架响应的比例范围在0.7～1.1之间,可以说符合的已经很好了.表2 道路响应 &台架响应时域统计值和寿命(伪损伤)对比Tab.2 Road response&rig response statistics and life dam age com parison通道名称标准差峭度峰值系数最大值最小值范围寿命Body rig 40.4 3.13 7.06 213 -177 391 21 425 Body road 42.6 3.29 5.28 300.8 -234.6 535.5 21 558 Cradle rig 15.6 4.6 6.8 95.9 -106.1 202 8 392 Cradle road 16.4 4.7 7.5 117.4 -123.2 240 8 614 Rear axle rig 70.9 3.95 6.04 322 -414 736.2 4 200 Rear axle road 68.6 3.74 5.23 337.6 -370.7 708.3 4 500 Transmoun t rig 147.9 3.81 5.78 853.4 -856.2 1 709.6 15 795 Transmoun t road 148.6 3.76 6.88 1 022.7 -811.8 1 834.5 19 0172.3.2 自功率谱(频域相关)如图4～7所示,红色线为该零件道路响应,蓝色线为该零件台架响应,从图中可以看出,谱型大体相似,尤其是变速箱悬置和车身振动,几乎相同;副车架和后桥则有的频率段台架响应能量多些,有的频率段道路响应能量多些,但总体差别不大.图4 车身振动Fig.4 Bod y vib ration图5 副车架关键点应变Fig.5 Cradle key points strains图6 变速箱悬置垂向力Fig.6 Transm ission m ount vertical force图7 后桥扭矩应变F ig.7 Rear axle torque strain2.3.3 损伤域相关笔者采用LMS公司的Tecware[11]进行损伤计算,因文章篇幅仅选择计算方法为程对累计损伤.结果如下图8～11所示,横坐标为累计损伤,纵坐标为幅值范围,可以看出这四个零件道路与台架响应在各个工作范围区间的累积损伤基本相似,车身、变速箱悬置和后桥几乎重合.图8 车身振动Fig.8 Body vib ration图9 副车架关键点Fig.9 Cradle key poin ts图10 变速箱悬置垂向力Fig.10 Transm ission m ount vertical force图11 后桥扭矩应变Fig.11 Rear axle torque strain3 试验结果使用做好相关分析的驱动信号,按照企业规范进行编制、排序整车台架道路模拟耐久试验并执行.台架试验的有效性检验一般有两个直观的依据:①故障模式是否与道路(试车场和公共道路)相同;②发生故障时间是否相近.表3 道路 &台架失效模式和失效时间对比Tab.3 Road&Rig failure mode and failure tim e comparison试验属性系统道路台架失效模式失效时间失效模式失效时间车身焊点33%106.7%排气管吊钩12%123.2%变速箱悬置33.7%62.1后桥纵臂70.8%133.9%通过此方法,在试验后编制一个表格,涵盖道路试验和台架试验故障模式照片和失效时间比对,见表3.如表3所示,道路和台架的故障模式完全一致,但失效发生时间有的比较接近,有的相差比较大,都是台架比道路失效时间晚,换句话说是车辆在台架的寿命比道路的寿命长.4 结论与4立柱(单自由度)相比,16通道(4自由度)可以复现更多的自由度和载荷输入[1],能做出更多的故障模式,故障模式与试验场的结果也十分贴近,不过故障发生时间相差较大,可能是由于有两个自由度 M x和M z没有受控的缘故.从自功率谱来看16通道的台架响应在某些频率段上比道路响应的能量要高,这就会引起过度损伤,也许会引起试验场不会发生的故障失效模式,如果能增加转向扭矩和发动机扭矩输入,再提高迭代的技巧和疲劳计算的方法精度,将会使整车道路模拟台架试验结果和相关分析更贴近试验场;就会增加设计人员对台架试验结果和相关分析的信心,进而使整车道路模拟台架在整车开发流程中、前期阶段发挥更大的作用. 参考文献:[1] 罗裕.新车质量问题成中国汽车业无法回避的问题[J].新民晚报,2012(2):26-28. Luo Yu.The new car quality problems become an problem which Chineseautomobile industry cannot escape[J].Xinm in Evening New s,2012(2):26-28.(in Chinese)[2] 张志刚.推进自主创新展示行业风采[J].世界制造技术与装备市场,2010(2):18-19. Zhang Zhigang.Promote independent innovation exhibition industrystyle[J].The World Manufacturing Technology and EquipmentMarket,2010(2):18-19.(in Chinese)[3] 张博,吴伟,吴佳魏.基于零部件、子系统的道路试验和整车台架试验的相关分析-四通道篇[R].上海:泛亚汽车技术中心有限公司,2007.[4] 廖春发.为提高质量缩短周期降低成本:美国航天界试行全新的CE法[J].质量与可靠性,1993(5):11-12.Liao Chunfa.In order to im provequality,shorten the cycle reduce costs:the United States of America aerospace industry try out new CE method[J].The Quality and Reliability,1993(5):11-12.(in Chinese)[5] MTSSystems Corporation.MTS 329 usermanual[Z].USA.14000 Technology Drive,Eden Prairie,2011.[6] 明平顺,李晓霞.汽车可靠性技术[M].北京:人民交通出版社,2002:45-48.[7] 张桂明,姚烈,李嘉,等.探索疲劳损伤理论在车辆疲劳试验中的应用[R].上海:泛亚汽车技术中心有限公司,2002.[8] 张行,赵军.金属构件应用疲劳损伤力[M].第1版.北京:国防工业出版社,1998:43-44.[9] 郭虎,陈文华.汽车试验场可靠性强化系数的研究[J].机械工程学报,2004,40(9):15-16.Guo Hu,Chen Wenhua.Automobile reliability enhancementcoefficient[J].Chinese Journal of Mechanical Engineering,2004,40(9):15-16.(in Chinese)[10] M TS System Corp,RPCSoftware Manual.14000 TechnologyDrive[Z].Eden Prairie,MN 55344-2290,2010.[11] LMS Engineering Innovation Corporation.LMSTecW are 2.14 Hands-on exercises[Z].LMSDeutschland GmbH Kaiserslautern,Germany October,2005.。