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汽車研發(fā)：路譜采集方法解析！

2025-10-07 19:15:58·  來源：汽車大漫談  
　
一、前言試驗車輛道路模擬試驗在整車的試驗開發(fā)和驗證中起著至關(guān)重要的作用。它有顯著的縮短試驗周期，同時具有試驗精度高、一致性高、可操作性和可重復(fù)性高等特
汽車行業(yè)標準下載：關(guān)注以上公眾號，回復(fù)關(guān)鍵字“汽車標準”
一、前言
試驗車輛道路模擬試驗在整車的試驗開發(fā)和驗證中起著至關(guān)重要的作用。它有顯著的縮短試驗周期，同時具有試驗精度高、一致性高、可操作性和可重復(fù)性高等特點，因此受到汽車企業(yè)的歡迎。 在進行正式道路試驗前，必須要進行路譜采集。
二、定義
嚴格意 義上的路譜，指的是道路路面譜（Road Spectrum），是路面不平度的功率譜密度曲線。
作為汽車振動輸入的路面不平度，主要采用位移率譜密度描述其統(tǒng)計特性，路面不平度的時間歷程可以視作平穩(wěn)隨機過程處理。 而汽車研發(fā)工程師所說的路譜，一般指的是車輛在路面行駛的道路載荷譜（Road load data），指的是汽車在行駛過程中，外部載荷時間歷程（一般為隨機性質(zhì)）施加在結(jié)構(gòu)上，引起結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，響應(yīng)信號一般包括應(yīng)力、應(yīng)變、加速度或力（力矩）等。

三、路譜的作用
道路譜的數(shù)據(jù)作用主要有如下三點：
1）提供仿真計算所需的載荷，驗證計算模型的準確性，分析計算結(jié)果的有效性。
2）為實驗室臺架試驗或者多體動力學(xué)仿真分析提供可靠地數(shù)據(jù)支持，從而對汽車各構(gòu)件的疲勞壽命能夠做出準確的預(yù)測與判斷。
3）可以幫助企業(yè)建立規(guī)范的整車試驗場道路試驗以及實驗室臺架試驗流程，提高整車耐久性、零部件總成耐久性等汽車試驗的系統(tǒng)性、合理性和科學(xué)性，縮短試驗周期。

四、準備工作
在采集路譜之前需要安裝各種傳感器以收集重要的參數(shù)信息，具體需要安裝的傳感器種類應(yīng)變片、應(yīng)變花如下表所示 。

其中重要的一個工作是要將所有布置應(yīng)變片的零件替換整車上原有相對應(yīng)的零件，并連接到數(shù)據(jù)采集設(shè)備上，逐個安裝和調(diào)試上百個通道，一切準備好后會按照標準在試驗場里跑各種各樣的試驗道路。
五、采集方法及數(shù)據(jù)處理
這一部分將講解汽車路譜的采集方法及相關(guān)的數(shù)據(jù)處理方法。
1、試驗方法
下面以某款車型為例講解如何進行試驗及獲取試驗數(shù)據(jù)后如何做后處理。 試驗車輛必須經(jīng)過底盤調(diào)校且車況良好。
試驗前對車輛的減振器阻尼、彈簧剛度及限位塊剛度進行測量。 試驗車輛根據(jù)車輛開發(fā)可靠性試驗進行配重、胎壓保持250kPa。 利用六分力儀測量車輛輪心的六方向力，同時測量彈簧位移、輪心加速度及GPS信息。采用動態(tài)信號采集儀，采樣頻率設(shè)置為1024Hz，截至頻率為80Hz。

試驗中為確保數(shù)據(jù)的置信度，設(shè)定3名試車員各采集5樣本，按形式規(guī)劃表要求的車速、擋位對各典型路面及工況進行采集，下面針對4種典型路譜進行描述。
1）一般公路測試

一般公路一圈約4km，汽車行駛速度為90km/h，采集三個循環(huán)的數(shù)據(jù)。

2）高環(huán)公路測試

一圈為4km，行駛速度為120km/h，采集三個循環(huán)的數(shù)據(jù)。

3）強化公路測試

強化公路一圈約4.5km，行駛速度為35km/h，采集三個循環(huán)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過路面有石板路、卵石路、扭曲路、搓板路、井蓋路、過鐵道、魚鱗坑、碎石路、沙石路等。

4）山路測試

一圈約10km，行駛速度為40-50km/h，采集兩個循環(huán)。
2、數(shù)據(jù)預(yù)處理

獲取的道路路譜需要經(jīng)過預(yù)處理，以提高數(shù)據(jù)的真實性及可靠性，并滿足后續(xù)的數(shù)據(jù)要求。利用專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件對信號進行預(yù)處理，包括：異常數(shù)據(jù)檢查、對稱性檢查、平穩(wěn)性檢查、異常點的判斷和剔除、趨勢項的消除、濾波、典型路面截取、標定、重采樣、數(shù)據(jù)壓縮等。經(jīng)過預(yù)處理后、數(shù)據(jù)的采樣頻率降為256Hz，截至頻率為40Hz，剔除小損傷循環(huán)，保證相對損傷再90%以上。
3、路面重構(gòu)
對預(yù)處理獲得的子樣數(shù)據(jù)進行雨流計數(shù)，并通過雨流計數(shù)外推，獲得母樣得數(shù)理統(tǒng)計結(jié)果，結(jié)合可靠性試驗中各典型工況得循環(huán)數(shù)，假設(shè)材料得SN曲線（斜率-5、截距10000），獲得 目標損傷。
根據(jù)以下原則從眾多的子樣本選出典型的特征路面，用于進一步的載荷分析及耐久分析：

1） 各通道極值與其測量的最大值保持一致或相近似。

2） 各通道損傷極值與其測量的最大值保持一致或相近似。

3） 包含有更多有效極值或損傷的特征路面。

4） 左右差異小的特征路面。

5） 所選的特征路面時間盡可能少。

選出9個特征路面，通過待定系數(shù)法，使相應(yīng)循環(huán)次數(shù)下的特征路面與目標損傷的相對損傷值保持在85%以上。


4、載荷分析
利用多體模型對路譜采集過程進行重現(xiàn)，并由此獲得底盤各零部件接口點的載荷譜。

對于車身載荷分析，需要使用虛擬迭代計數(shù)，保證車身狀態(tài)與實際相符。

對于底盤載荷分析，可以直接將車身約束，雖會導(dǎo)致扭力梁的載荷偏大，但計算結(jié)果偏于保守。

5、疲勞分析及試驗驗證

將獲得的扭力梁各接口點上的載荷譜作為輸入，進行扭力梁全壽命疲勞分析。 如最大損傷超過疲勞損傷盤底那個標準，且在進行可靠性道路試驗時也與計算結(jié)果吻合的話，那需要給出具體方案并根據(jù)軟件仿真來降低損傷，同時再次進行試驗驗證，以滿足可靠性要求。



六、結(jié)語
路譜的采集與分析能夠準確的反映出車輛受到的地面載荷。 基于損傷等效的路面重構(gòu)技術(shù)，從采集的眾多隨機信號中解析出最具代表性的典型路面激勵，從而實現(xiàn)以隨機載荷譜為基礎(chǔ)的高效、科學(xué)的耐久分析。 并且結(jié)合路面重構(gòu)獲取的道路譜，利用多體動力學(xué)進行載荷分析，可準確的獲得車身及底盤件受力情況，為前期零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計提供載荷 依據(jù)，用于確定結(jié)構(gòu)形式、材料及厚度。
同時作為零部件強度工況的設(shè)定依據(jù)，實現(xiàn)經(jīng)濟、合理有效的強度設(shè)計，避免不足或過設(shè)計，并且可使損傷的分布更加趨于合理，從而指導(dǎo)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化，提前預(yù)測并規(guī)避后期驗證試驗及可靠性道路試驗中結(jié)構(gòu)失效問題。

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