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收稿日期:2020-10-27
作者简介：胡浩炬(1981 )，男，博士，工程师，主要研究方向为汽车底盘技术㊂E-mail:huhaoju@gacrnd㊂ 通信作者：邓小强(1985 )，男，硕士，工程师，主要研究方向为汽车底盘CAE 技术㊂E-mail:dengxiaoqiang@gacrnd㊂
DOI :10.19466/jki.1674-1986.2021.04.002
胡浩炬，邓小强，余家皓，郭绍良，罗欢
(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州511434)
摘要：目前大多数控制臂台架疲劳载荷为单向加载的块谱，忽略了载荷的多轴性㊂依据已测得的控制臂试验场道路载荷谱，通过多轴雨流投影方法分析了其载荷的多轴性，并以多轴雨流投影结果一致为目标，通过迭代方法求解获得其考虑载荷多轴性的载荷块谱㊂再通过疲劳计算方法对比了单轴与多轴载荷块在寿命预测的差异性，并与控制臂应变采集测试点的疲劳损伤对比，发现考虑多轴的载荷块具有更高的预测精度㊂载荷多轴性的载荷块编制方法可为汽车其他零件台架疲劳载荷块编制提供参考㊂ 关键词：控制臂；多轴载荷；载荷块；疲劳中图分类号:U463.1
Block Cycle Load Compilation for Automobile Control
Arm Fatigue Test Based on Multiaxial Load沟槽三通
HU Haoju,DENG Xiaoqiang,YU Jiahao,GUO Shaoliang,LUO Huan
(GAC Automotive Research &Development Center,Guangzhou Guangdong 511434,China)
擦车工具Abstract :At present,most of the fatigue loads of the control arm are uniaxial load.Based on the test road load spectrum of the control
arm,the multiaxial load characteristics was analyzed by the method of multiaxial rain-flow projection.In order to obtain consistent results of
multiaxial rain-flow projection,the block cycle load with the same multiaxial characteristics was obtained by iterative solution method.Then
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the uniaxial and multiaxial block cycle load for fatigue bench test were compiled by fatigue calculation.Compared with the fatigue damage at
the test point,it is found that the multiaxial block cycle load with consideration of multi-axes has higher prediction accuracy.The compilation
method of block cycle load considering the multi-axes can provide reference for the fatigue block-spectrum of other automobile parts.
Keywords :Control arm;Multiaxial load;Block cycle load;Fatigue
0㊀引言
欧姆接触汽车的耐久性是影响汽车产品竞争力的主要因素之一，因此耐久性试验是汽车产品开发的重要环节[1]㊂通常汽车的耐久性设计与开发需要经大量的实物台架试验验证，以底盘悬架零件为例，一般包含整车级㊁系统级㊁零部件级的耐久性试验[2]㊂零部件级台架耐久性试验一般为加速试验，整车路试采集的路谱信号通常很难直接应用于零部件级的结构疲劳试验㊂通过损伤等效方法获得等效于路试损伤的
载荷块，再用于零部件台架耐久性试验，是目前国内外汽车厂商广泛应用的一种台架试验方法[3]㊂利用此方法，在保证产品质量的同时又可以缩短台架验证周期㊂但目前为止国内的大多数整车企业缺乏有效的技术手段定义零部件级的台架疲劳载荷，且在制定零部件级台架耐久性试验时大都只考虑单一方向的载荷，忽略了零件载荷的多轴性，适用性与可靠性通常不理想㊂如何制定合适的零件台架耐久性试验载荷以确保零件设计的可靠性，已显得尤为重要㊂
本文作者以某车型控制臂为研究对象，对其试验场路
谱载荷进行单轴和多轴雨流分析㊁伪损伤计算㊁单轴与多轴载荷块编制，同时建立控制臂有限元模型，进行疲劳计算及对比分析，在结合控制臂路试应变采集数据，验证了基于多轴载编制的疲劳试验载荷块的有效性㊂
1㊀控制臂载荷谱与分析1.1㊀载荷获取
图1
为控制臂结构及试验应变采集位置㊂
图1㊀控制臂结构及试验应变采集位置示意
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图2㊀典型工况控制臂测点的应变信号
图3㊀控制臂球铰处的试验场道路谱载荷
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L β(t )=ðd
k =1
βk L k (t )
(1)
选取所有可能的投影方向，基于上式将L k (t )转换为L β(t )，再通过雨流计数和伪损伤计算得到各个β向的L β(t )的雨流计数统计与伪损伤值㊂β方向的选取可根据载荷L k (t )的维数d 进行确定，如d =2,β值见表4㊂
图4㊀多轴雨流投影结果(X 与Y 组合的12个方向伪损伤分布)
由图可知，疲劳损伤最大的方向为(-0.5087)，伪损伤值为17.66；疲劳损伤最小的方向为0.87,0.50)，伪损值为1.27㊂
2 载荷块编制
1㊀单向载荷块编制
文中提到的单向载荷编制是不考虑X 与Y 两个方向载荷耦合，分别对X 和Y 方向的载荷进行载荷块制定载荷块程序谱幅值一般分为3~8级，由德国工程师GASSNER 于1938年首次提出，并得到广泛应用㊂各级载荷大小的划分按照幅值比系数法，幅值比系数分别取为:1,0.95,0.85,0.725,0.575,0.425,0.275,0.125[12]㊂基于此方法进行载荷谱分级，根据第2.1节中X 与Y 方向的单轴雨流统计结果，分别得到X 和Y 单轴方向的8级载荷谱见表5㊂
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图5㊀零件受载图示
根据控制球铰点载荷分析可知，此车型控制臂Z 向疲劳损伤非常小，其受载可视为X 与Y 两轴组成的随机载荷L k (t )，故其等效的两轴载荷L eq k (t )可表示为
图6㊀控制臂载荷L k (t )与等效载荷L eq k (t )雨流投影对比
3 疲劳计算与试验对比
3.1㊀有限元模型建立及标定
根据三维数建立控制臂有限元模型：控制臂金属钣
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结果㊂从表7中可知：计算值与试验值最大相对误差+14.8%，最小误差+3.9%，平均误差9.4%㊂计算结果与测试结果有较好的一致性，误差在可接受范围内㊂
图8㊀两种载荷分块疲劳计算结果
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