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基于襄陽汽車試驗場幾種典型乘用車耐久性工況分析

發布時間:2022-01-20 10:04所屬分類:城市管理

摘要:本文使用六分力傳感器對襄樊汽車試驗場幾種典型的耐久性規范進行測量,應用TECWARE軟件對信號進行消零漂、奇異值的剔除、數字化濾波、雨流計數、行雨流計數后進行疊加,雨流矩陣

  摘要:本文使用六分力傳感器對襄樊汽車試驗場幾種典型的耐久性規范進行測量,應用TECWARE軟件對信號進行消零漂、奇異值的剔除、數字化濾波、雨流計數、行雨流計數后進行疊加,雨流矩陣的外推等操作,得到了每種耐久性工況全壽命里程累積名義損傷結果。通過對累積名義損傷結果的分析,對某自主品牌規范提出了修改建議,同時對各種規范的考核特點進行了描敘。

  關鍵詞:耐久性規范;六分力傳感器;載荷譜;雨流計數;名義損傷

  背景

  汽車耐久性工況的制訂時,首先需要調查用戶使用情況,建立用戶用途目標,即以市場為導向,其產品應當既充分滿足用戶的使用要求[1][2]。但是如果我們開發的產品遠遠超出用戶的使用的要求,那就說明我們開發的產品設計“過頭”了。設計“過頭”的產品通常是既不經濟又缺乏市場競爭力的產品[3][4]。因此,如何設計滿足用戶使用要求、又有合理的使用裕度的產品是國內汽車行業面對的一個重要課題。

  調查用戶的使用情況是建立合理的用戶用途目標的有效途徑。這種調查可以使用銷售、維修、市場調查等部門所獲得的統計數據[5][6]。對于剛剛進入自主品牌轎車的企業來說,這些數據非常匱乏。為了確定車輛各種工況的行駛里程及車輛操縱習慣,包括:城市工況、高速公路、國道等道路的分配比例,車輛停車、倒車次數,車輛制動使用情況,車輛駛過路障、馬路崖的狀況等很多特殊工況,典型路況載荷譜數據采集,這種用戶調查工作量非常龐大。另外,中國是一個地大物博,地形復雜的國家,如果考慮汽車在不同地區的使用情況,則需要不同地區的采樣工作,甚至制定一些特殊地區的試驗工況,以滿足特殊地區的需要??傊?,制定用戶用途目標是一件非常復雜的工作,國內企業有關這方面的工作還處于起步階段。

  從目前襄樊汽車試驗場各個公司的耐久性規范的制訂情況來看,所有的耐久性規范的制訂都是依托合資公司外方規范,根據襄樊汽車試驗場的實際路況進行制訂。為此本文將針對幾個主要的耐久性工況數據進行分析,比較不同公司耐久性工況的特點。

  2 測試系統的構建及規范描敘

  采用DEWETRON 101作為數據采集系統,采用kistler公司S635型輪胎六分力傳感器作為輪胎x、y、z三個方向力和轉矩測量裝置(見圖1),車輪轉速采用六分力傳感器輪速信號。采用KMT8000發動機轉速測量裝置測量發動機轉速。其中輪胎力信號與數據采集系統的通訊采用CAN通訊傳輸,顯著減少了數據線使用數量,降低了數據采集時故障出現概率。

  本次使用的數據處理軟件是LMS的TECWARE。LMS的TECWARE處理軟件是一款專門用于疲勞分析的軟件,其涵蓋了基本的疲勞分析理論和方法,如原始數據的交互編輯、雨流計數和對疲勞敏感的時間歷程縮聚、平均載荷的修正、雨流矩陣的外推、矩陣的疊加、雨流矩陣的比較等。還包括雨流矩陣的濾波,多軸濾波等功能。

  本次采樣選取了襄樊汽車試驗場幾個典型的乘用車耐久性規范進行采樣(見表1)。

  在進行每一種耐久性工況采樣時,為了消除駕駛員的操作習慣和道路狀況等偶然因素的影響,由6名駕駛員各采集一個循環。

  3 載荷譜數據處理及分析

  由于可靠性道路相關分析都是建立在疲勞累積損傷基礎上,是以各通道信號時間歷程的累積損傷為判據進行選擇。故應先對各通道進行損傷分析。在工程實踐中,從能量分析的角度出發,對各種信號,不論是加速度、位移、力、轉矩還是應變都可認為是“名義應力”,知道了“名義應力”輸入,通過預先設定的S-N曲線,即可求得名義損傷或稱偽損傷。利用LMS軟件TECWARE模塊可進行各通道的名義疲勞損傷計算。

  目前,對載荷一時間歷程的計數方法有穿級計數法、峰值計數法、變程計數法、均值計數法、全波法及雨流計數法。本課題中采用的是以雙參數法為基礎的“雨流一回線法”,在對測量信號進行處理時,首先對測量信號經過雨流計數,計數的原則是:將所有測量信號在適當范圍內分成間隔相等的100級進行雨流統計。統計應變和力的往復變化次數,它代表材料的疲勞損傷。雨流矩陣揭示了特定幅值和均值的事件出現的頻次。對于不同工況載荷雨流計數,對于雨流計數參數的選擇并不是很重要,關鍵是參數設置必須相同。尤其是進行雨流計數時,同一通道應保持相同的載荷變化范圍和相等的分隔數。通常情況下,我們在選取參數時均采用LMS的TECWARE軟件中所推薦的參數。

  在對信號進行雨流計數前,需要對測量信號進行一定預處理,包括:消除信號漂移( Drift/Offset correction)、奇異值的剔除(Spike Filter)、數字化濾波( Fourier Filter)。

  由于每一種耐久性工況采了6個樣本,將每種工況所有樣本進行雨流計數后進行疊加,然后使用TECWARE的外推功能,得到表1中所示各工況的耐久性總里程的雨流矩陣結果,圖2為規范C左前輪z向80000km載荷的雨流計數結果。

  表2為四種耐久性工況全部試驗里程各通道累積名義損傷結果。

  分析結果如下:

  1)考慮到影響承載系統的主要載荷為Fz,由圖3可以看出,D(國內某自主品牌)規范名義損傷量最大,對承載系統的考核最強,A規范對承載系統的考核最弱,綜合比較幾種耐久性規范的排序為(從強到弱順行):D規范、B規范、C規范、A規范。從單個循環的采樣過程來看,B規范的z向沖擊載荷明顯偏大,但由于其總循環里程較少,所以其總累積損傷不是最強。

  2)考慮到轉向系統的主要載荷為前輪Mz,由圖4可以看出,B規范名義損傷量最大,對轉向系統的考核最強,C規范對轉向系統的考核最弱,綜合比較幾種耐久性規范的排序為(從強到弱順行):B規范、A規范、D規范、C規范。采樣過程中能明顯感覺到B規范轉向動作較大。

  3)對于制動系統的考核,考慮到前輪的轉矩My中包含了制動和驅動轉矩兩步兩部分的影響,僅以后輪的轉矩My3、My4作為比較依據,結果見圖5。C規范名義損傷量最大,對制動系統的考核最強,B規范對制動系統的考核最弱,綜合比較幾種耐久性規范的排序為(從強到弱順行):C規范、A規范、D規范、B規范。從這幾家公司整個耐久性循環中對制動蹄片的更換情況來看,也應證了上述分析結果。

  4)對于傳動系統的考核,考慮到前輪的轉矩My中包含了制動和驅動轉矩兩步兩部分的影響,需要對輪胎六分力傳感器前輪測量信號Myl、My2中剔除制動工況的影響,得到前輪左右半軸的輸出轉矩和轉速。利用差速器轉矩、轉速分配規律計算得到主減速器從動錐齒輪傳動的轉矩和轉速,以該轉矩作為傳動系統的輸出載荷,進行累積損傷分析,采用雨流計數分析結果見圖6(有關傳動系齒輪的載荷分析此處沒有進行)??紤]到本文的研究重點是對幾種耐久性工況下傳動系統的耐久性進行橫向對比分析,故沒有考慮傳動系的傳動效率,若要對主減輸入軸、變速箱1軸、2軸等進行轉矩分析,則應根據傳動比、傳動效率等因素進行計算。

  從圖6的結果可以看出B規范名義損傷量最大,對傳動系統的考核最強,C規范對傳動系統的考核最弱,綜合比較幾種耐久性規范的排序為(從強到弱順行):B規范、A規范、D規范、C規范。從這幾家公司整個耐久性循環中情況來看,B規范包含了非常多急加速、爬坡、高速行駛工況。

  4試驗結論

  1)相對比較而言,D規范對于承載件的考核明顯偏強、傳動系考核偏弱、轉向系考核偏弱、制動系考核較為適中的特點,可以在現有的耐久性工況的基礎上適當降低其耐久性行駛里程、增加急加速、繞8字工況,以達到對車輛綜合考核的目的。

  2)綜合比較來看,B規范對車輛承載系統、傳動系統的考核較強,且這兩大系統涵蓋了車輛大部分零部件;綜合比較來看,A規范僅對制動系統考核稍強外,對車輛其他絕大多數零部件的考核都較弱。

  參考文獻:

  [1]顧凱峰.以用戶體驗為導向的產品設計調研方法新思考一一以某品牌汽車坐墊研發為例[D].華東理工大學,2013.

  [2]陳龍.路譜采集與疲勞分析在當今汽車研發中的應用[J].輕型汽車技術,2012,000(010):13-17.

  [3]王秉剛.汽車可靠性工程方法[M].機械工業出版社,1991.

  [4]高鎮同,熊峻江.疲勞可靠性[M].北京航空航天大學出版社,2000.

  [5]王萬英,吳順洪,唐北平,等.試驗場道路與用戶道路的當量關系研究[J].重慶理工大學學報,2010,24(012):15-19.


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