乘用车悬架强度设计工况定义方法研究
王长明1,2 陈志刚1,2 彭亮1,2 武小一1,2 （ 1.中国第一汽车股份有限公司研发总院，长春 130013；2.汽车振动噪声与安全控制综合技术国家重点实验室，长春 130013）
【摘要】提出一种工况载荷定义方法，即在试验场场地内开展整车目标工况的载荷测试，采用极大似然估计法对关键参数进行威布尔（ Weibull）分析，最终确定该工况载荷定义，以前悬架系统部件应力为例确定其评价指标，并开展了悬架系统承载能力实物试验和虚拟验证，结果表明，悬架系统实际承载能力满足设计目标，且虚拟验证可实现悬架系统实际承载能力的预测。主题词：悬架系统 载荷工况 强度设计 试验验证U463.3；U467.1 A 10.19620/j.cnki.1000-3703.20200622中图分类号： 文献标识码： DOI:
载荷类型与工况
工程上常用解析算法给出强度工况载荷，其计算方
2
法主要有 种：一种通过轮距、轴距、质心高度、冲击系数和加速度等参数计算得到，另一种通过载荷系数与静态车轮载荷的乘积得到。其中，冲击系数为单轴或整车受到的动态载荷与其对应静态垂向载荷的比值，载荷系
3
数为每个车轮轮心受到的 个方向载荷与其静态垂向载荷的比值。
2.1 载荷类型
按照用户在路面上的典型与极端操作，可将载荷分3
为典型、特殊和极限 种类型，并在概念设计、工程设计和生产准备等阶段进行虚拟和实物验证。
2.2 极值工况
C 7
从一汽农安汽车试验场数据库中选取 级轿车的组载荷谱数据，对其在典型路与性能路的车轮六分力数
1
据进行统计处理；表 所示为试验车、驱动形式和轮胎
2
参数，表 所示为载荷极值及其出现的工况。
由统计结果可知：纵向载荷极值出现在加速和制动操作工况，侧向载荷极值出现在定圆稳态回转试验工况，垂向载荷极值出现在扭曲路、失修坑路上。
2.3 受载分析
仅以水平路面、斜坡路驻车和紧急制动工况为例进
1 2
行受载分析，图 和图 所示分别为水平路面和斜坡路
3
驻车的整车受载示意，图 所示为水平路面紧急制动工以整车为研究对象，以点C为原点建立坐标系（见
3），
图 可得车辆系统平衡方程为：
FFx+FRx= 1）
ma （
FFz+FRz-mg= 0 2）
（
- FFzl1+FRzl2+(FFx+FRx)h= 0 3）
（式中， FFx、FRx分别为前、后轴制动力； FFz、FRz分别为前、后轴垂向力； m为整车质量； a为整车纵向加速度； l1、l2分别为整车质心到前、后轴的距离； h为整车质心高度。
3 载荷定义
悬架系统强度工况是指车辆在短时间内受到极大冲击力的情况，在实际操作中很难定量地获得用户载荷。故采用在试验场模拟用户使用进行实车测试的方式获得。
3.1 载荷测试
针对悬架系统强度设计工况，在典型路和性能路上4开展试验测试，试验车辆如图 所示，主要测试参数通
3.2 数据处理
65 km/h
本文以 紧急制动为例开展数据处理、关键参数定义和影响因素分析等。
3.2.1
预处理
预处理是指对试验原始测试数据存在的零漂、野
5~ 7
点和低通滤波等问题进行预操作。图 图 所示分别
65 km/h
为 紧急制动工况处理前、后的前轮制动力、前下控制臂应变和车身纵向加速度的时间历程曲线对
8~ 10 65 km/h
比，图 图 所示分别为 紧急制动工况处理前、后相应参数的功率谱密度曲线对比。6图 前下控制臂应变的时间历程曲线5 6 8~ 10
由图 、图 和图 图 可知：预处理对前轮制动7
力和前下控制臂测点应变的极值没有影响。由图 可知：预处理对车身纵向加速度的极值影响较大，主要原因是预处理的低通滤波操作将车身局部振动的传感器3.2.2
后处理选取计算关键参数所使用的数据通道，对其进行基本运算得到关键参数，采用极大似然估计法对关键参数Weibull）
进行威布尔（ 分析，确定其取值。
3.3 关键参数
以前轴垂向冲击系数、整车纵向加速度和整车纵向
3
摩擦因数 个关键参数为例进行分析。
3.3.1
关键参数定义
Weibull
选用 分布的极大似然估计法对试验数据进行计算[12]，以后处理结果为输入，对目标工况数据进行
Weibull 4
可靠性的 分析得到 种可靠度下的估算值，最终结合工况对标可以给出对应工况的关键参数取值。
11~ 13
图 图 所示分别为前轴垂向冲击系数、整车纵向加速度和整车纵向摩擦因数的分布概率。3.3.2
影响因素
ABS
紧急制动工况为用户经常遇到的工况， 对该工
65 km/h
况的影响较大，以 紧急制动的失效和正常工作
14 ABS
模式进行影响因素的分析，图 所示为 失效和工作模式制动过程示意。
14
由图 可知：
a. ABS
失效时，在制动过程中前轮出现抱死拖滑，后轮没有出现该过程；纵向载荷系数最大值出现在车轮由滚动向抱死拖滑转换的过程。
b. ABS
正常工作时，纵向载荷系数最大值出现在
ABS
起作用的制动冲击过程。c. ABS
正常工作时的前轮制动力和纵向载荷系数较其失效时大。
ABS
综上所述， 的设计与匹配对该工况的载荷定义有较大影响，在产品的开发和设计过程中应重点关注，
ABS
并通过该 匹配标定降低纵向载荷系数。
3.4 小结
65 km/h按上述关键参数分析可得到 紧急制动工况的载荷定义，综合其他车速紧急制动工况的关键参数数据可最终确定该工况的载荷定义。以此类推，可得到可测试工况的载荷定义。但对于一些实测中难以实现的工况可以由仿真并结合经验给出其定义，最终确定悬架强度设计工况载荷定义。