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安徽省江淮汽车集团股份有限公司乘用车制造公司 安徽合肥 230000
摘要：汽车底盘有诸多零部件，部分特殊零部件在产品开发中采用载荷谱提取方法无法获取精准的载荷谱。而借助应变反求荷载方法分析汽车底盘部件疲劳耐久度，找出车辆、底盘部件薄弱环节针对性强化，保证汽车产品开发质量，为降低试验次数、缩短开发周期起到了重要作用。基于此，本文重点探究应变反求荷载方法在底盘件疲劳分析中的应用。
关键词：应变反求荷载方法；底盘件；疲劳；运用
引言
汽车重要的性能参数之一就是耐久性，会直接对汽车使用安全性、使用寿命造成影响。并且汽车耐久性也是最终检验汽车疲劳寿命的核心一环。CAE虚拟疲劳仿真技术可有效提取载荷谱，主要是借助六分力仪测试系统获取道路试验荷载参数，通过多体动力学虚拟模拟软件Adams、虚拟迭代软件FemFat-lab分解荷载。而对于一些特殊的底盘零部件，获取载荷谱的难度更高，如发动机悬置支架、前悬架横拉杆、减震器支架等。而应变反求荷载方法可以弥补该项技术的不足，更好的分析底盘特殊部件的荷载量。
1.静态标定试验
静态标定试验主要想减震器支架上施加一定量的荷载，记录应变片在力作用下的响应值，根据二者关系确定荷载——应变间的关系矩阵。为道路试验驾驶中减震器支架受力做准备。
1.1原理分析
汽车驾驶过程中减震器支架受力作用主要是沿着减震器二力杆方向，汽车行驶过程中这个受力方向部位定，也难以确定受力大小。通过将受力分解，可以大致可分为3个方向、3个荷载。对减震器支架静态标定试验，确定荷载、应变信号关系矩阵。根据试验标准对减震器支架3个方向荷载施加3000N的力，粘贴的感应片即可对各点应变进行检测。
在道路试验中，所测量汽车在道路上行驶减震器支架动态应变信号。标定试验可得应变信号量、应变列矩阵，从而得出关系矩阵。通过求得关系矩阵、试验得到应变列矩阵，得出减震器真实的载荷谱曲线。
1.2实施方案
在减震器支架的荷载敏感位置（取3个点）粘贴感应片。主要粘贴位置为上下过渡圆弧上部，电阻丝纵向位置；上过渡圆弧下部，电阻丝水平位置；圆柱杆和钣金焊缝，电阻丝纵向位置；圆柱杆和钣金焊缝，电阻丝垂向位置；中间弯折钣金面，电阻丝纵向位置；与下过渡圆弧上部的对称点，并顺时针旋转45°；上过渡圆弧下部对称点，电阻丝纵向位置。
1.3台架试验
如果减震器支架受力作用小（最大值不超过2000N），则无法使用液动、气动试验机加载，可以采用丝杆和手动加载方式试验。应变反求荷载识别技术在实际应用中，采用试验台架标定应变——荷载的关系矩阵，形态类似一种线性矩阵，为了能够得出符合实际的线性矩阵，需要做到以下几点：（1）零漂处理台架试验采集的数据信息；（2）试验台架标定中，每增加50N荷载力静止保持10-15s时间，从而形成阶梯类载荷谱，根据阶梯数据均值标定相同方向的刚度系数值[1]。
试验检测中的数据量非常大，为了线性化处理，应求出每个不同区域范围的平均值。为了更加清楚了解静载时间段，在开展试验当中，应记录静载时间区。在时间段截取时应尽可能选取较宽时间段，并且静载时间段前后1s过渡数据不计入其中，避免产生过大的误差。
2.刚度矩阵求解和验证
2.1刚度矩阵求解
通过软件对试验数据线性化处理得出斜率参数，通过台架试验得出各个通道处理后的数据信息，将这些信息录入软件中自动建立应变——荷载曲线图，曲线中的近似直线斜率是x向加载一一对应的刚度矩阵系数。
2.2刚度矩阵验证
求解各个加载方向刚度矩阵数值，可得出空间荷载下的减震器支架刚度矩阵，借助该矩阵即可反向得出不同荷载量、荷载方向。在台架试验中为了能够保证所得的刚度矩阵精度和可行性，可在任意方向施加空间荷载，通过刚度矩阵反向求值，对比分析两项数据大小，即可反向验证上述方法是否可行。台架试验中加入任意荷载量，保持加载角度，传感器即可自动记录加载力的大小。借助台架试验获取应变数据信息，根据刚度矩阵反向得出空间荷载值，计算过程应和每个矩阵通道系数一一对应。
对比分析反求出的载荷谱和传感器自动生成载荷谱，即可直接看出刚度矩阵是否满足投入使用要求，借助X、Y、Z三个方向荷载得出加载角度值，二者误差不超过8%即代表合格。
3.道路试验数据采集以及载荷谱求解
3.1采集道路试验数据
在减震器支架上粘贴应变片，将减震器支架安装到整车上，即可在道路试验中采集相关数据，台架试验标准与道路试验标定基础必须保持一致，保证采集数据的标准性，之后即可开展路面数据测试。
3.2载荷谱求解
应变片获取到道路测试数据之后，进行零漂、滤波处理，之后使用刚度矩阵获取载荷谱并进行求解。
4.疲劳耐久性分析
借助反求方法获取载荷谱数据，分析得出疲劳耐久性数据。先采用有限元分析得出X、Y、Z三个方向单位荷载应力变化情况，之后采用疲劳分析软件分析疲劳耐久性，借助修正的经验公式即可得到减震器支架材料EN曲线。
将所得出的试验里程数据折算为汽车行驶12000km时疲劳度，如果疲劳损伤值在1以内，表明减振支架疲劳度可以满足日常使用要求。
5.应变反求荷载方法的实际应用价值
应变反求荷载系统可以实现实测应变行驶检测底盘特殊部件荷载情况，结合时间换算方式通过少量数据信息得出贴合实际的应变数据情况，从而准确识别出时间历程当中的荷载信息，识别复杂结构部件的荷载变化情况，有效解决了复杂部件、特殊部件疲劳荷载监测中的缺失问题，对底盘部件结构研发意义重大，有助于疲劳耐久性分析、结构改进设计、问题重现等。借助应变反求荷载方法所获取的载荷谱，可直接应用在疲劳仿真软件中计算疲劳度的可靠性[2]。在应变反求荷载系统中，主要分为四个模块，即预试验模块、载荷谱计算模块、准静态分析、线性动力学分析模块。实际应用中优化传感片的贴放位置，结合系统软件，从少量实测应变数据中识别贴合实际的结构荷载变化情况，得出集中力、压力、温度、疲劳度鞥数据参数，根据应变数据变化曲线得出区域的应力、应变、变形情况，从而为疲劳度分析提供精准的载荷谱、应变数据。应变反求荷载方法应用价值表现在：
（1）本方法无需安装力传感器，在荷载敏感区贴放传感片即可，从而识别出精准的荷载数据信息。
（2）支持实时测试各类复杂荷载类型，包括集中力、温度、弯矩、应力、压力、疲劳度等，获取更贴近实际的载荷谱。
（3）由于是不同时间段分开检测，可以掌握每个时间点结构真实应力、应变、变形情况，为底盘结构设计和改进提供信息支持。
（4）可以在计算机虚拟软件中重现底盘结构真实的应变情况。
（5）所提供的载荷谱中的应变、应力数据可直接应用于疲劳分析当中。
（6）重现出过去仿真技术难以重现的问题。
（7）计算得出各个时间点结构应力、应变、变形数据，每个记录时间段均可以查看，包括节点、单元、全局结果。
结束语
综上所述，在底盘部件检验中应用应变反求荷载方法，可以有效避免传统荷载提取方法的弊端。本文从四个方面分析了应变反求荷载方法提取载荷谱的方式，有效保证了数据提取的真实性，保证了疲劳分析精度。应变反求荷载方法在实际应用中取得了良好效益，特别是在底盘特殊部件荷载提取、疲劳耐久分析中优势会进一步放大。
参考文献
[1]汪谟清, 沈磊. 应变反求载荷方法在底盘件疲劳分析中的应用[J]. 上海汽车, 2015(11):38-41.
[2]宋自力, 徐余平. 实测道路载荷谱在新开发车型车身疲劳分析中的应用[J]. 汽车工程学报, 2020(02):136-141.