整车疲劳耐久性能开发(1)

其它 7
小计 176
1、载荷谱采集
1.7 商用车案例
• 某自卸车襄阳试验场载荷谱采集
采集通道数 六分力 加速度 位移 应变 其它 小计
32 53 10 21 5 121
1、载荷谱采集
1.7 商用车案例
• 载荷谱采集-某自卸车矿区道路载荷采集
加速度 54
位移 应变 其它 小计
8
83 9 154
2、CAE分析
2、CAE分析
2.5 疲劳分析
• 虚拟迭代分解
车 架 接 附 点
车架安装点载荷示意图
驾 驶 室 接 附 点
序号 1 2 3 4 5 6 7 8
连接部件 后板簧
中轴缓冲块 后抽缓冲块 上前推力杆 上后推力杆 下前推力杆 下后推力杆 后稳定杆连杆
连接点数 2(左右) 2(左右) 2(左右)
1 1 2(左右) 2(左右) 2(左右)
• 3.1 材料寿命曲线 测试 • 3.2 疲劳台架试验
D
4、规范制定
• 4.1 用户关联 • 4.2 试验场关联 • 4.3 台架关联
E
5、虚拟试验场 开发
• 5.1 几何谱采集 • 5.2 路面构建 • 5.3 轮胎辨识 • 5.4 项目案例
1、载荷谱采集
1.1 采集设备
乘用/商用车车轮 六分力传感器
4450 4474
Empty Load
RR
WET
This part include a double journey of rough road
1、载荷谱采集
1.5 数据后处理 • 数据后处理流程
原
1、浏览检查数据完整性，
根据数据类型、用途进行分类：
1、单位转换
始
数 确认信号等级等
数 1、四、六立柱台架迭代信号
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wk.baidu.com方向。
传 感
器
应 变 片
位 移 传 感 器
底盘部件应 变花数据转
化为应力
后桥 ABS Max principal stress
1、载荷谱采集
1.3 关键传感器 • 车轮六分力传感器的应用
LF
RF
连接盒
遥控器
网线
LR
RR
数采/PC
车轮六分力能测量 车轮8个分量： -Fx\Fy\Fz -Mx\My\Mz -Vr(车轮转速) -R(车轮转角)
1、载荷谱采集
路试规范整理出各路面总循环表
计算目标总伪损伤
等效组合工况
组合工况分类
序号 1 2 3 略 23 24
工况 cobblestone resonance2 Reg—wave
略 Bodytwist slope10up
地理特征 平路面 平路面 平路面 略 平路面 坡道
路面分类 高频路面 高频路面 低频路面
略 低频路面 低频路面
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
试
结构静强度性能仿真
验
对
标
结构疲劳性能仿真
耐久性能开发 目录
衬套参数设置、调整，多体模型状 态与采集车辆状态核对等
高频路面虚拟迭代分解
迭代过程中精度监控
24个激励通道 DZ x 4 Fx&Fy x 4 Mx&My&Mz x 4 通过对比实测六分力数 据、轴头加速度、弹簧 长度进行迭代精度控制
低频路面施加车身姿态分解
质心6自由度 运动量计算
利用陀螺仪信号或车身上三点 加速度信号反算车身6个自由 度的运动量，施加于车身质心； 同时施加六分力测试数据，按 照测试时域长度运行模型，进 行载荷分解
GPS：可同步采集车辆 轨迹信息，可辅助载荷谱数 据后处理的数据确认、分割 等工作。
视频：可同步路面或车辆 特定区域的视频数据，该数 据可辅助载荷谱数据后处理 的数据确认、分割等工作。
振动路3 卵石路 振动路1 碎石路
1、载荷谱采集
1.4 采集记录
为了很容易的区分采集的数据和更好的进行分析，将按如下规则对采集数据命名：
2.1 技术路线
2、CAE分析
2.2 分析体系及规范
闭合件
底盘
车身
内外饰
Sedan 泵车
SUV 重卡
MPV 挂车
仿真体系 试验体系
2、CAE分析
2.2 分析体系及规范
用户工况： 用户使用：超载、摔门、拖车、… 制造/运输：涂装定位孔、锚点… 用户环境：顶盖雪压、抗凹、…
道路工况： 极限强度工况：颠簸、减速带、紧急制动、… 疲劳工况：台架疲劳、试验场强化路面、…
驾驶室安装点
序号 1 2 3 4
安装位置 前左安装点 前右安装点 后左安装点 后右安装点
说明 固定副连接 圆柱副连接
车架与后左板簧安装点载荷（长波路） 驾驶室前左安装点载荷（长波路）
2、CAE分析
2.5 疲劳分析
• 虚拟迭代分解
等效工况组合目的： 为确保载荷分解精度，以及降低CAE分析成本，挑选一个最佳子集进行总伪损伤等效，该子集中包含路面文件推荐为8-16个。
11:50
12:20
YouTing toll gate
YuLong Town
4429 4450
Empty Load
SR(Province Road S205)
WET ok
4
4
Day08_4474km_Route1_L C1_RR_Part04
12:26
13:01
YuLong Town
SanJiao Town
位移传感器 乘用/商用车三 加速度传感器 向力传感器
GPS接收器
数据采集系统
无线/轴端信号传输
力矩方向盘
陀螺仪
摄像仪
1、载荷谱采集
1.2 零部件标定
根据标定系数 弹簧应变转化
为位移
力标定：用于受拉压零部件的应变-
力转换，将采集得到的应变响应信号 转换为可直接驱动CAE仿真或台架的 力载荷。 扭矩标定：用于受扭转零部件的应 变-扭矩转换，将采集得到的应变响应 信号转换为可直接驱动CAE仿真或台 架的扭矩载荷。
2、CAE分析
2.5 疲劳分析
• 疲劳分析
白车身钣金件疲劳分析
基于载荷谱
白车身焊点疲劳分析
后扭力梁疲劳分析
Remarks
QingGang
1
1
Day08_4374km_Route1_L C1_HW_Part01
9:13
10:15
SIH
HW service
4304 4374
Empty Load
HW
station
WET
1,9：31，Beibei tunnel/4km length/vehicle mileage
数 2、根据标定系数转
采 集 数 据
据
2、幅值谱分析，检查信 号是否符合正态分布
确 3、频谱分析，结合结构
认 特征，分析数据成分的
正确性
据 2、载荷分解关联信号 分 3、试验场强度等级关联信号 类 4、CAE分析关联信号
5、辅助判断信号
据 换为力、力矩信号 换 3、根据应变花信号 算 计算其他主应力
QingGang
2
2
Day08_4429km_Route1_L C1_HLR_Part02
10:37
11:22
HW service
YouTing toll gate
4374
4429
Empty Load
HLR
WET ok
station
3
3
Day08_4450km_Route1_L C1_SR_Part03
该载荷可作为重要的监控信号，用 于CAE仿真和台架试验的载荷迭代。
1、载荷谱采集
1.3 关键传感器 • 应变片的应用
剪切片 （V型片）
拉压片 （T型片）
剪切片：用于受扭转零部件，测量变形 的一种传感器，比如传动轴、稳定杆等。 拉压片：用于受拉压零部件，测量变形 的一种传感器，比如稳定杆拉杆、推力杆等。
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
除了命名上面的信息之外，还有一些信息是采集时需要记录的。
Part
Video file
File Name
Start End Start
End Start End load
Road
Road
Time Time Location Location km km Condition Classification Condition
1.3 关键传感器 • 加速度传感器的应用
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 • 位移传感器的应用
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。
轴头载荷谱采集
车架/驾驶室/悬挂部件载荷谱采集
1、载荷谱采集
1.7 商用车案例
• 某牵引车定远试验场载荷谱采集
采集通道数 六分力 加速度 位移 应变
32 54 8 15
其它 18
小计 127
1、载荷谱采集
1.7 商用车案例
• 某牵引车襄阳试验场载荷谱采集
采集通道数 六分力 加速度 位移 应变
32 62 10 65
整车疲劳耐久性能开发
2019年
耐久性能开发意义
结构耐久性能改进
在整车开发前期或后期，通过CAE仿真和试验验证手段降低结构失效的风 险，或解决已经出现失效问题，保证达到整车质保要求。
结构轻量化设计
结构的耐久性能是制约结构轻量化的关键指标，只有精准地评估整车结构 的耐久性能，才能更科学地实现结构轻量化目标。
2、CAE分析
2.3 模型标定
2、CAE分析
2.4 试验对标
仿真预测
路试断裂
原模型
优化方案
车桥减震器支架强度路试验证
悬架系统疲劳台架验证 减震器套筒路试验证
2、CAE分析
2.5 疲劳分析
• 虚拟迭代分解
载荷谱数据处理
处理数据毛刺、漂移、平移等，路面工况 划分，样本赛选，滤波等
毛刺
漂移
路面工况划分
无线遥测方式
轮边滑环方式
轴端滑环方式
1、载荷谱采集
1.3 关键传感器 • 压力传感器的应用
应用于汽车上空气悬架、液压动力装置等部件的 压力载荷测量，以间接获取某些部件或系统的真实载 荷谱。
1、载荷谱采集
1.3 关键传感器 • 陀螺仪的应用
应用于整车姿态信号的测量。 在进行基于六分力载荷的载荷迭代时， 该载荷可用于消除整车刚体运动对迭代精度 的影响。
1、载荷谱采集
1.3 关键传感器 • 方向盘扭矩传感器的应用
应用于汽车方向盘的力矩、转角、转速 等信号测量。 该载荷可用于转向系统的力学性能仿真 或台架试验。 在绕8字等大转角工况载荷谱采集时，方 向盘转角信号可与同步采集的前轮六分力载 荷结合，获取精确的前轮载荷。
1、载荷谱采集
1.3 关键传感器 • 其它传感器的应用
DayAA_BBBBBkm_RouteC_LCD_EE_PartFF
DayAA：测试当天的日期，如Day01、Day02等等 BBBBBkm：本次测试结束时车辆里程。 RouteC：既定好的测试路线，比如路线1、路线2。 LCD：载荷状态，LC1为标准空载，LC2为标准满载。 EE：路面定义，比如HW为告诉公路、CR为城市道路、NR为国道等。 PartFF：当天采集的第几部分数据。
A BC
1、载荷谱采集
2、CAE分析
3、试验验证
• 1.1 采集设备 • 1.2 零部件标定 • 1.3 关键传感器 • 1.4 采集记录 • 1.5 数据后处理 • 1.6 商用车载荷采集 • 1.7 商用车案例
• 2.1 技术路线 • 2.2 分析体系及规范 • 2.3 试验标定 • 2.4 试验对标 • 2.5 疲劳分析
力标定：用于受拉压零部件的应变-力转换， 将采集得到的应变响应信号转换为可直接驱动 CAE仿真或台架的力载荷。 扭矩标定：用于受扭转零部件的应变-扭矩转 换，将采集得到的应变响应信号转换为可直接 驱动CAE仿真或台架的扭矩载荷。
1、载荷谱采集
1.3 关键传感器 • 旋转部件载荷传感器的应用
应用于汽车上旋转部件的信号传输 可采集信号为应变、转速、温度等信号
4、……
6、……
数 据 分割
数 据 修理
1、采集工况繁多，需将不同配载不同路面工况数据进行划分，便于后期分析
1、处理数据毛刺、漂移、平移等
毛刺
漂移
路面工况划分
1、不同配载不同路面下，
数
具备多次采集样本
数
据
2、基于最小标准差的原则，
据
筛
选择最具代表的样本
对
选
3、将选取样本，组合得到
比
最佳的整个采集数据