目標用戶道路譜與試驗場道路譜的載荷當量等效模擬研究

1、年第期前言道路試驗是汽車開發(fā)過程中不可或缺的重要階段。我國各地的道路情況差異較大，因而有必要對典型地區(qū)道路載荷譜進行分析，找出其與試車場道路載荷譜對應關(guān)系，為制定適合我國的試驗譜系及規(guī)范提供理論依據(jù)和有效參數(shù)。將地區(qū)道路等效成試車場道路不同路段混合而成的組合路段，即得到地區(qū)道路與試驗場道路載荷譜的當量關(guān)系，就可在試車場按一定比例混合各種路面來再現(xiàn)目標用戶地區(qū)道路載荷輸入，進一步擴展外推后，便可了解車輛在較長里程后的損傷情況，達到加速試驗的目的。本文通過對后橋載荷譜的分析，根據(jù)調(diào)查確定的用戶使用道路的組成比例和里程，得出用戶道路載荷譜與試車場道路載荷譜的當量關(guān)系，可作為產(chǎn)品設計開發(fā)和制定符合我國

2、道路特點的試驗標準的參考，具有實際指導意義。道路載荷譜的采集研究選擇安徽某試車場強化試驗路段作為道路譜采集的試驗道路。試驗道路一個循環(huán)總長為，共設種特殊路面，包括轎車使用過程中可能遇到的各種路面狀況。為考察實際用戶使用道路與試驗場道路間的組合關(guān)系，根據(jù)我國某汽車公司的用戶調(diào)查統(tǒng)計，確定典型地區(qū)道路分別為江蘇某地高速路段、浙江某市郊區(qū)普通瀝青路段、浙江某市山路和市區(qū)嚴重破壞瀝青路面，分別用于代表高速公路、一般道路、山路和惡劣道路。試驗車輛是一部裝備齊全、經(jīng)過磨合期后且車況良好的某中級轎車，為擋手動變速器，并按要求配重。道路載荷譜的研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一般用戶通過高速公路、一般道路、設計計算研究目標用戶

3、道路譜與試驗場道路譜的載荷當量等效模擬研究吳建國周鋐陳棟華魏傳峰（同濟大學）【摘要】基于實測后橋軸頭的垂向力、縱向力和測向力信號，利用載荷分析軟件，對某車型在典型地區(qū)道路和某試車場道路上實測得到的后橋載荷譜進行疲勞特性分析，得出了各類道路經(jīng)雨流統(tǒng)計的載荷特性，進而將試車場各路段進行組合來等效模擬用戶使用道路。對用戶使用道路與模擬后的試車場組合路段進行了多軸載荷損傷比較分析，驗證了兩者間的等效關(guān)系。主題詞：載荷譜道路等效模擬多軸損傷中圖分類號：文獻標識碼：文章編號：（），（）【】，：，汽車技術(shù)載荷載荷循環(huán)次數(shù)載荷×××××××

4、××××××循環(huán)次數(shù)載荷循環(huán)次數(shù)載荷×××××××××××××載荷一個雨流矩陣由很多含有不同峰值和谷值構(gòu)成的循環(huán)所組成。圖中每個點對應的右坐標軸和下坐標軸的數(shù)值分別表示循環(huán)歷程中先后經(jīng)歷到的個極值（峰值或谷值），左側(cè)和上側(cè)的數(shù)值是將右、下坐標軸刻度按比例等分成×個小方格。每當一個循環(huán)的峰（谷）值落于某一方格中，便在該方格區(qū)域的循環(huán)次數(shù)上。次數(shù)最終用亮度表示，某方格循環(huán)次數(shù)越多，該方格的顏色越亮。以

5、試車場道路等效模擬用戶使用道路首先將試車場強化道路根據(jù)其路面特征狀況進行歸類劃分，得到種路段，如表所列。采集各路段的道路載荷譜信號（輪軸分力信號），分別進行雨流計數(shù)，得到種路段的雨流矩陣，利用載荷分析軟件的工具，將個雨流矩陣分別輸入組合對象中，將疊加得到的用戶使用道路雨流矩陣輸入目標對象中，進行等效模擬，結(jié)果見表。試驗場路段總長，模擬后的每段等效路段長度試驗場路段長度×權(quán)重系數(shù)（即推廣的倍數(shù)）。山路和惡劣道路的里程比例分別為、和。為考察實際用戶使用道路與試驗場道路間的組合關(guān)系，將試車場各種特殊路段通過分割、外推和拼接來等效模擬高速公路、一般道路、山路和惡劣道路等共的道路情況，并最后對

6、實際用戶道路和等效模擬道路的車輛后橋多軸損傷進行比較，用于驗證。用戶實際道路譜雨流矩陣的編輯和處理雨流計數(shù)法是目前使用最多的雙參數(shù)統(tǒng)計計數(shù)法。通過雨流計數(shù)法的計算可以得到局部應力、應變的循環(huán)次數(shù)，并用雨流矩陣的形式表現(xiàn)出來。雨流矩陣也經(jīng)常用于描述零件所承受的載荷譜，疲勞研究中的目標載荷譜是由道路實測時間歷程進行雨流計數(shù)后再進行外推、疊加、修正后組合而成。為了真實反映用戶實際使用道路情況，首先采集種典型路面條件下由測量輪測得的后橋輪軸處縱向力、側(cè)向力、垂向力信號，圖為后橋軸頭三分力作用點位置和方向示意；然后使用載荷分析軟件分別進行雨流計數(shù)，按照組合比例、和分別推廣到、；再將段道路進行雨流疊加后得

7、到目標用戶道路的雨流矩陣，結(jié)果如圖所示。圖后橋軸頭分力作用位置側(cè)向力縱向力垂向力（）縱向載荷（）側(cè)向載荷（）垂向載荷圖疊加后的用戶使用道路雨流矩陣表等效模擬用戶使用道路的試車場各種路段組合定遠試車場道路路段卵石路瀝青路水泥路水泥路彎道彎道下坡砂石路搓板路石塊路彎道減速坎鐵路道口路橋接縫路面凸起路面凹坑魚鱗坑石塊路試驗場路段長權(quán)重系數(shù)等效組合路段長年第期表為工具提供的兩種路面的后橋名義損傷比較，圖中的比例值為組合路段總損傷值除以用戶使用道路損傷值得到的百分比。從圖看到，等效組合路段在個方向的損傷值與實際使用道路個方向的損傷值接近，表明模擬效果很好。另外從表也可看出，垂向載荷帶來的損傷影響最大，其

8、次是縱向載荷，側(cè)向載荷帶來的損傷不及垂向的百分之一。表用戶使用道路與組合路段后橋軸頭分力名義損傷比較圖組合路段總損傷值除以用戶使用道路損傷值得到的百分比多軸載荷損傷驗證多軸載荷計算即多軸疲勞分析，是通過多通道的線性組合來計算損傷的一種方法。對多軸載荷的分析是基于以彈塑性力學為依據(jù)的模型以及與之相關(guān)的雨流計數(shù)法來進行的。它除單軸雨流信息外，還包含了單個載荷之間的相位和耦合關(guān)系的信息。為了驗證試車場組合道路是否能較好地等效模擬用戶使用道路，用載荷分析軟件分別對兩種道路進行多軸損傷分析。對于用戶使用道路，將段典型地區(qū)道路分別進行多軸載荷分析，然后按各自比例外推到，并進行疊加；對于試車場組合路段，對每

9、段實測后的載荷譜分別進行多軸載荷分析，然后按照表中權(quán)重系數(shù)進行線性外推并疊加。圖為最終得到的用戶使用道路和等效模擬路段多軸損傷分析圖，橫、縱坐標分別代表縱向載荷方向和側(cè)向載荷方向，垂向載荷方向用一系列的同心圓來表示，個方向的數(shù)字分別表示單位矢量在該方向上的投影。損傷用亮度表示，最亮的點即是最大損傷載荷方向，兩種道路的最大損傷值（用單位矢量表示）分別出現(xiàn)在（，）和（，）方向，分別為×和×，兩者比較相似，證明等效模擬結(jié)果可靠，方法是正確的。從圖還可看出，道路損傷主要由垂向力產(chǎn)生，縱向力次之，側(cè)向力對損傷基本無影響。（）試車場組合路段（）用戶使用道路圖多軸損傷分析圖結(jié)束語基于實測

10、后橋軸頭力信號，將用戶使用道路進行試車場路段等效模擬，并比較兩者之間名義損傷結(jié)果。驗證結(jié)果表明，通過對試車場的各種路段的線性組合，能夠很好地等效模擬用戶使用道路情況，這為萬甚至幾十萬的道路譜采集提供了方便的道路譜等效處理方式。該模擬方法可推廣用于不同地區(qū)的道路及典型路面，亦能在臺架上可靠地復現(xiàn)實際道路載荷，還能作為虛擬試驗模型的驅(qū)動信號獲取方法，同時該研究可為實際試車場的實車試驗設計提供理論依據(jù)。參考文獻卞云洲轎車后橋典型路況研究：學位論文上海：同濟大學，彭為典型地區(qū)道路與載荷譜當量關(guān)系及轎車后橋壽命數(shù)字化預測研究：學位論文上海：同濟大學，：后橋軸頭三分力作用方向用戶使用道路損傷值試車場組合路

11、段損傷值向××向××向××名義損傷值×××××××××××××向向××名義損傷值×××××××××××××向向××向向向汽車技術(shù)! 吉林大學創(chuàng)新基金資助項目。前言虛擬激勵法是由我國學者提出的用于分析結(jié)構(gòu)系統(tǒng)隨機振動的新方法，是具有理論研究與

12、工程應用前景的創(chuàng)新性成果，在土木、海洋等工程領(lǐng)域得到應用和重視。如何更好地將其應用于汽車隨機振動的研究中，是一個值得探討的問題。從工程應用的角度來看，現(xiàn)有關(guān)于虛擬激勵法的介紹過于理論化，不利于其在工程領(lǐng)域的推廣與廣泛應用。本文采用工程設計人員易于理解的方式對虛擬激勵法的基本理論進行總結(jié)，并以汽車單自由度振動系統(tǒng)為研究對象，將其應用于汽車隨機振動的研究中，為虛擬激勵法在汽車領(lǐng)域的進一步推廣與應用奠定基礎(chǔ)。虛擬激勵法的基本理論虛擬激勵法的理論基礎(chǔ)對于受到平穩(wěn)隨機激勵的線性系統(tǒng)，頻率響應是表征系統(tǒng)在頻域的動態(tài)特性的函數(shù)，決定了系統(tǒng)響應（輸出）與激勵（輸入）之間的關(guān)系，是頻率的函數(shù)。在零初始條件下，對常系數(shù)線性系統(tǒng)，頻率響，陳棟華轎車底盤零部件耐久性虛擬試驗理論與方法研究：學位論文上海：同濟大學，（責任編輯文楫）修改稿收到日期為年月日。虛擬激勵法及其在汽車隨機振動應用中的探討!李杰秦玉英趙旗張偉（吉林大學汽車動態(tài)模擬國家重點實驗室；上海泛亞汽車技術(shù)中心有限公司）【摘要】論述了虛擬激