的研发 方 法 。汽车 平 台化 和模 块 化 的开发 思路 为 缩 短整 车开 发周 期做 出了不小 贡 献的 同时 ，也 为 虚 拟开 发 和仿真 技术 的 日益 成熟 和精 确提 供 了支 持 。 汽车研 发 的发 达 国家 ， 劳耐 久计算 已具 备 在 疲
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
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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
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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
控 制在 ５ ％以 内 ， 由此可 见 ， 被测 零 部件 的应 变 该
片粘 贴位 置 ， 号质量 可满 足测试 要求 ， 信号 真 信 且 实有 效 。
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● 底盘 关键零 部件 的 ｘ ， 向的力或转 矩 ，Ｚ ｙ
・
前下 摆臂与转 向节球头结 合处 的 ｘ ， ｙ向力 四轮减 震器轴 向力 前后 防倾杆扭 矩
非常高的可信度， 大有取代耐久试验之势。

ｌ 疲劳 问题 的背景
众所 周 知 ，疲 劳 失效是 发 生在 机械 工程 领 域 中一 类非 常 普遍 的物理 现象 ，它 的基 本 特征 即表 现 为材料 在低 于其 静 强度极 限的交 变应 力 的持 续 作用 下 ， 萌生多种 类 型的 内部缺 陷 （ 如错位 、 滑移 、
横轴 为加载设 备 指示 的加载 力 ，竖轴 为数据 采集 器读 取应变 信号后 显示 的加 载力 ，在一 个加 载循
环 （ 载荷施 加到 释放 ） ， 从 中 指示 的加载 力应 变信
号 和读取 的加载 力间 的误差关 系 。从 图 １ 半部 下 分可 见 ，以加 载设备指 示 的加载力 作 为真 实值考
强度 计算模 型 （ 限元 模型 ） 有 的完善度 和准确 性 。 在 四轮减 震器 上布 置表 面温 度传感 器 ，以确 保在 路谱 采集 过程 中减 震器 温度在允 许范 围 内。 本 次 路 谱 采 集 所 使 用 的测 力 轮 为 奇 士乐 牌 Ｒ ａｙ ￥３ ｏＤ ｎ ６５型 ， 每个测力 轮具有 ５ 载荷 测量 元 个 件， 可测 量 ｚ向最 大为 ３ｋ ５ Ｎ的力 。测力 轮信 号可
外 ， 大量运 用 了橡 胶 、 还 塑料 、 高分子材 料等 。 劳 疲
计算只可针对金属材料 ， 轴承 、 橡胶件及塑料件的 疲 劳 寿 命 则无 法 通 过疲 劳 计 算 的方 法 进行 测 算 。
金 属 材 料 的疲 劳 损 伤不 仅 与 其受 力 （ 矩 ） 扭 的大 小 有关 ， 与所受 力 （ 矩 ） 且 扭 的重复 次数 也有 密切
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技 术纵横
１ ３
路谱采集与疲劳分析在当今汽车研发中的应用
陈 龙
（ 京汽 车集 团有 限公 司 ） 南
摘
要
汽车耐久性能一向被 消费者视为 当今汽车性能中最基本也是最重要的性能 之一 ． 耐久性能的好坏直接影响到该车型在 市场上的竞争力和在 消费者心 中的 口
的关系， 且疲劳损伤值与力 （ 扭矩 ） 的大小和重复 次 数成 正 比关 系 。 既然 力 （ 扭矩 ） 产生金 属疲劳 是 损 伤 的主要 原 因 ，那 么在 采集 道路谱 数 据 时这些
参 数也理 所 当然成 为 主要 的采集 参数 ，同时辅 以
悬架运动行程 、 加速度信号等参考信号 ， 为数据分 析 提供支持 。 本人经历的某车型疲劳仿真计算项 目的道路
发 动机悬 置 的 ｘ ， 向力 ，Ｚ ｙ
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●
根据强 度计 算结 果 ， 在车 身 、 后副 车架 的应 前 力集 中点 上增加 应变 测点 。其 目的一方 面在 于验
图 １ 相 对误 差 示 意 图
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证强度计算结果和物理采集结果的一致性 ，另一 方面 亦可 以 以物理 采集结 果 为真实 值 ，校核 Ｃ Ｅ Ａ
算 为背景 ， 述 了从 道路 谱数 据 采 集到 Ｃ Ｅ疲 劳分 析 的全过 程 。 讲 Ａ 关键 词 ： 汽车 耐久 疲劳 仿真计 算
引 言
汽车 整车 耐久 试验 作为 验证 汽车 耐久 性 能 的
宏 观 裂纹 ，以及 由于裂 纹扩展 而最 终 导致 结构破
坏 的过程 。
重要工具 ，是各个厂商在验证设计 阶段必做的试 验 之一 ， 而耐 久试 验 由于其 试验 周期 长 ， 复性 然 重 差 ， 试 验 事故 、 受 场地 局 限性 等 因素 的影 响 ， 易 极 导致项 目进度 延期 ，人 力财 务成 本居 高 不下 等 问
题 难 以得到解 决 。因此 ， 国外 汽车 厂商正 逐渐 放弃
２ 道路谱数据采集
任 何仿 真 计 算 都必 须 有 输入 激 励 作 为前 提 。 车辆在 全生 命 周期 使 用 中受到 的路 面 冲击 和车辆 自身 产生 的动 力输 出不 断在 整车 各个 部件 上施 加
对大规模耐久性试验的依赖 ，进而转化为利用虚 拟开发和仿真技术在项 目设计 阶段进行疲劳耐久 计算 ，在实 车试 验 阶段对 疲劳 计算 结果 进 行 比对