轮心六分力作用下车身疲劳寿命分析与改进
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路 和乡村坏 路两种 路 面 ， 为加 快疲 劳分 析 ， 只用 此 两 种 路 面下 满 载状 态测 取 的六 分力 数 据进 行加 载 ， 输
出车身连接点三个方 向力和力矩 ，同时输出与试验 测 点对应 的转 向节顶 部加速 度 ，以方便 与试 验数 据
进 行对 比验证 。
图 ２ 试 验 车一 般 公 路 行驶 路 线
采 用车 身连 接点 固定 ，前 悬架 添加 ／ 添加 轮 不
胎 模型进 行分析 ，以乡村坏 路测取 的两前轮六 分力
数 据作 为输 入 ， 出转 向节 顶部 垂 直 ｚ向加速 度 １ 得 ０ 秒 仿 真结果 如 图 ６实 线 为不包 含轮 胎 的仿真 结果 ， ，
图 中可 以看 出 ， 不添 加轮胎 时加 速度 响应 明显偏 大 ， ｌ 内的加 速度 均方 根值 ６９ ３ ／ ， ０秒 ．１ ｍ ｓ 比添加 轮胎模 ｚ
和加速度传感器 ，测量车辆在各种路面行驶时轮心 三个方 向承 受 的力 （ｘＦ／ｚ、 （ ／ ／ ） 转 向 Ｆ ／ｙＦ）力矩 Ｍｘ Ｍｚ Ｍｙ 和 节顶部加速度（ｘ ｙ ｚ Ａ／ ／ ） Ａ Ａ 数据 ， 其中左前轮六分力传
感 器 如 图 １ 。
主要承载部件 ， 尤其轿车 、 客车等承载式车身 ， 是悬 架 、 动 机 和车 身 附件 的 安装 基 础 ， 发 承受 来 自路 面 、 发 动机 等各 种交 变载 荷 ，其疲 劳强 度性 能对 保证 汽 车产品安全和可靠性至关重要 。现代汽车工业竞争 日益 白热 化 ， 缩短 研 发 周期 ， 约 成本 ， 劳耐 久 为 节 疲
性 Ｃ Ｅ分析受 到极 大重视 。 年来综 合有 限元 方法 Ａ 近
和多体动力学 的车身耐久 性 Ｃ Ｅ分析研究取得一 Ａ 定 进展 ，清 华大 学朱 涛等 通过 同时测取 四个 车 轮 的 六分力数据 ， 进行 了白车身和焊点疲劳寿命分析＿】 ２。 ’ ３ 由于六 分力 仪价格 昂贵 ，同时 测取 四个 车轮 六分 力 需要 四套 传感器 ， 验成本 过高 。 文结合 国内某汽 试 本
３ 悬架连接 点载荷谱提取
对车身的疲劳寿命分析需要提供钢板弹簧 、 扭 杆 、 震 器 等 １ 悬 架 与车 身 连 接点 载 荷 谱 ， 减 ０处 由于
耐久 性试 验 中前 后车 轮六 分力并 非 同时提 取 ，如果
固定 模 型 １ 内均方 根值 ４６ ３ｒｓ ０秒 ． ｄｚ 加 簧 载质 ０ ｒ ，施 量模 型 １ 秒 内均 方根值 ４９７ ／ ， 域 内最大峰 值 ０ ． ｍｓ 频 ４ ｚ 都 出现在 ０５ ｚ说 明将连接 点 固定进行 载荷 提取 对 ．Ｈ ，
车 集 团新 型 客车 开发 项 目，单 独对 前后 车轮 测取 六 分 力信 号 ，采用前 后 悬架 动力 学模 型提 取 车身 连接 点 载荷 ， 并对 方 法 准确 性 进 行验 证 ， 取得 满 意 结 果 。
图 １ 六 分 力 传 感 器
试验 在 国内某试 车场 进行 ，分 别在 车辆 空载 和 满载 状态 下测试 ，试 验路 面包 括强 化坏 路 、高速 跑
町 １ ｓ） ｌ
型 的分析结 果 ４６ ３ｍ ｓ大 ３ ． ％。在相 同输 人条 ．０ ／ ３２ ４
图 ３ 右 前轮 六分 力 试 验数 据
件下分 别对 添加轮胎 ，车身连 接点 固定前 悬架模 型
和添 加轮胎 ，车 身连接 接点施 加簧 载质量 前悬 架模 型进 行分析 ， 向节 顶部垂 直 Ｚ向加速度 １ 秒 仿真 转 ０ 结果 如 图 ７ 可 以看 出 ， ， 两者 结 果 基 本 一致 ， 接 点 连
道、 乡村坏 路 等 ９类 ， 化 坏路 又 分 为 卵石路 、 石 强 条
路、 搓板 路 等 １ 种 ， 过 Ｇ Ｓ卫星 测取 的试 验 车 一 １ 通 Ｐ 般公 路 路 面行驶 路 线如 图 ２ ，此段 公 路 为加积 镇 至 博 鳌镇 连 接路 段 ， 沥青 路 面 ， 路 段 路面 宽 阔 ， 为 该 较
利用该方法提取的载荷谱对车身优化前后进行疲 劳
寿命 分析 ， 经试 验验证 取得 良好 的效果 。
２ 道路载荷谱采集
对 开发 过程 中的某 轻 型客 车进 行道 路 耐久性 试
平直 ， 符合 Ａ级路面试验要求 。 强化 坏路 下通过 数据 采集 仪 获取 的右前 轮六 分
力垂 向力 信号如 图 ３共 １０ 。 ， ０ ０秒
１ ８
技 术纵横
wk.baidu.com
轻 型汽 车技 术
２ １ （ ／ ） ２ ３ ２４ ０ ２ ５ ６ 总 ７ ／７
为验证 仿真 结果准 确性 ， 分别 比较 了模 型 添加 ／ 不 添加轮 胎 、连 接点 固定 和施加 簧载 质量 四种分 析 方 法 。车 身疲劳破 坏 大多发 生在满 载状 态下 强化 坏
轻型 汽车技 术
２ １ （ ／ ） ２３２４ ０ ２ ５ ６ 总 ７ ／ ７
技 术纵横
１ ７
轮心六分力作用下车身疲劳寿命分析与改进
沈 磊 张 守元 郁 强 张一 京
（ 南京 汽车集 团有 限公 司汽 车工 程研 究 院 ）
‘
摘
要
准确提 取 悬架连接 点载荷 是车 身疲 劳耐 久性 分析 的关键 。本 文基 于某轻 型客 车新 车
研发过程 中测取的道路试验轮心六分力数据 ，研究单独采用悬架模型进行车身连接点疲
劳载荷提取 的 准确 性 ，为低 成本 准确 获取 车身疲 劳耐 久分析 输入 载荷提供 了一 种 可行 方
法。在某国产轻型客车研发过程 中， 用该方法对车身优化前后进行疲劳寿命分析 ， 利 取得
良好 效果。
关键词 ： 六分力
悬架
疲劳载荷谱 疲劳寿命分析
１ 前 言
现代 机械 工业 中 ，有 ８％以上的结 构强 度破 坏 ０ 是 由疲 劳破 坏造 成Ｉ 随着机 械产 品运 转 速度 提 高 和 １ ］ ， 高 强度钢 的使 用 ， 劳破坏 更加普 遍 。 身是汽 车 的 疲 车
验 ，分 别在 该车前 轮 和后轮 轮 心安装 六分 力传 感器
出车身连接点三个方 向力和力矩 ，同时输出与试验 测 点对应 的转 向节顶 部加速 度 ，以方便 与试 验数 据
进 行对 比验证 。
图 ２ 试 验 车一 般 公 路 行驶 路 线
采 用车 身连 接点 固定 ，前 悬架 添加 ／ 添加 轮 不
胎 模型进 行分析 ，以乡村坏 路测取 的两前轮六 分力
数 据作 为输 入 ， 出转 向节 顶部 垂 直 ｚ向加速 度 １ 得 ０ 秒 仿 真结果 如 图 ６实 线 为不包 含轮 胎 的仿真 结果 ， ，
图 中可 以看 出 ， 不添 加轮胎 时加 速度 响应 明显偏 大 ， ｌ 内的加 速度 均方 根值 ６９ ３ ／ ， ０秒 ．１ ｍ ｓ 比添加 轮胎模 ｚ
和加速度传感器 ，测量车辆在各种路面行驶时轮心 三个方 向承 受 的力 （ｘＦ／ｚ、 （ ／ ／ ） 转 向 Ｆ ／ｙＦ）力矩 Ｍｘ Ｍｚ Ｍｙ 和 节顶部加速度（ｘ ｙ ｚ Ａ／ ／ ） Ａ Ａ 数据 ， 其中左前轮六分力传
感 器 如 图 １ 。
主要承载部件 ， 尤其轿车 、 客车等承载式车身 ， 是悬 架 、 动 机 和车 身 附件 的 安装 基 础 ， 发 承受 来 自路 面 、 发 动机 等各 种交 变载 荷 ，其疲 劳强 度性 能对 保证 汽 车产品安全和可靠性至关重要 。现代汽车工业竞争 日益 白热 化 ， 缩短 研 发 周期 ， 约 成本 ， 劳耐 久 为 节 疲
性 Ｃ Ｅ分析受 到极 大重视 。 年来综 合有 限元 方法 Ａ 近
和多体动力学 的车身耐久 性 Ｃ Ｅ分析研究取得一 Ａ 定 进展 ，清 华大 学朱 涛等 通过 同时测取 四个 车 轮 的 六分力数据 ， 进行 了白车身和焊点疲劳寿命分析＿】 ２。 ’ ３ 由于六 分力 仪价格 昂贵 ，同时 测取 四个 车轮 六分 力 需要 四套 传感器 ， 验成本 过高 。 文结合 国内某汽 试 本
３ 悬架连接 点载荷谱提取
对车身的疲劳寿命分析需要提供钢板弹簧 、 扭 杆 、 震 器 等 １ 悬 架 与车 身 连 接点 载 荷 谱 ， 减 ０处 由于
耐久 性试 验 中前 后车 轮六 分力并 非 同时提 取 ，如果
固定 模 型 １ 内均方 根值 ４６ ３ｒｓ ０秒 ． ｄｚ 加 簧 载质 ０ ｒ ，施 量模 型 １ 秒 内均 方根值 ４９７ ／ ， 域 内最大峰 值 ０ ． ｍｓ 频 ４ ｚ 都 出现在 ０５ ｚ说 明将连接 点 固定进行 载荷 提取 对 ．Ｈ ，
车 集 团新 型 客车 开发 项 目，单 独对 前后 车轮 测取 六 分 力信 号 ，采用前 后 悬架 动力 学模 型提 取 车身 连接 点 载荷 ， 并对 方 法 准确 性 进 行验 证 ， 取得 满 意 结 果 。
图 １ 六 分 力 传 感 器
试验 在 国内某试 车场 进行 ，分 别在 车辆 空载 和 满载 状态 下测试 ，试 验路 面包 括强 化坏 路 、高速 跑
町 １ ｓ） ｌ
型 的分析结 果 ４６ ３ｍ ｓ大 ３ ． ％。在相 同输 人条 ．０ ／ ３２ ４
图 ３ 右 前轮 六分 力 试 验数 据
件下分 别对 添加轮胎 ，车身连 接点 固定前 悬架模 型
和添 加轮胎 ，车 身连接 接点施 加簧 载质量 前悬 架模 型进 行分析 ， 向节 顶部垂 直 Ｚ向加速度 １ 秒 仿真 转 ０ 结果 如 图 ７ 可 以看 出 ， ， 两者 结 果 基 本 一致 ， 接 点 连
道、 乡村坏 路 等 ９类 ， 化 坏路 又 分 为 卵石路 、 石 强 条
路、 搓板 路 等 １ 种 ， 过 Ｇ Ｓ卫星 测取 的试 验 车 一 １ 通 Ｐ 般公 路 路 面行驶 路 线如 图 ２ ，此段 公 路 为加积 镇 至 博 鳌镇 连 接路 段 ， 沥青 路 面 ， 路 段 路面 宽 阔 ， 为 该 较
利用该方法提取的载荷谱对车身优化前后进行疲 劳
寿命 分析 ， 经试 验验证 取得 良好 的效果 。
２ 道路载荷谱采集
对 开发 过程 中的某 轻 型客 车进 行道 路 耐久性 试
平直 ， 符合 Ａ级路面试验要求 。 强化 坏路 下通过 数据 采集 仪 获取 的右前 轮六 分
力垂 向力 信号如 图 ３共 １０ 。 ， ０ ０秒
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轻 型汽 车技 术
２ １ （ ／ ） ２ ３ ２４ ０ ２ ５ ６ 总 ７ ／７
为验证 仿真 结果准 确性 ， 分别 比较 了模 型 添加 ／ 不 添加轮 胎 、连 接点 固定 和施加 簧载 质量 四种分 析 方 法 。车 身疲劳破 坏 大多发 生在满 载状 态下 强化 坏
轻型 汽车技 术
２ １ （ ／ ） ２３２４ ０ ２ ５ ６ 总 ７ ／ ７
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轮心六分力作用下车身疲劳寿命分析与改进
沈 磊 张 守元 郁 强 张一 京
（ 南京 汽车集 团有 限公 司汽 车工 程研 究 院 ）
‘
摘
要
准确提 取 悬架连接 点载荷 是车 身疲 劳耐 久性 分析 的关键 。本 文基 于某轻 型客 车新 车
研发过程 中测取的道路试验轮心六分力数据 ，研究单独采用悬架模型进行车身连接点疲
劳载荷提取 的 准确 性 ，为低 成本 准确 获取 车身疲 劳耐 久分析 输入 载荷提供 了一 种 可行 方
法。在某国产轻型客车研发过程 中， 用该方法对车身优化前后进行疲劳寿命分析 ， 利 取得
良好 效果。
关键词 ： 六分力
悬架
疲劳载荷谱 疲劳寿命分析
１ 前 言
现代 机械 工业 中 ，有 ８％以上的结 构强 度破 坏 ０ 是 由疲 劳破 坏造 成Ｉ 随着机 械产 品运 转 速度 提 高 和 １ ］ ， 高 强度钢 的使 用 ， 劳破坏 更加普 遍 。 身是汽 车 的 疲 车
验 ，分 别在 该车前 轮 和后轮 轮 心安装 六分 力传 感器