淺談國內道路試車場試驗中的輸入載荷

淺談國內道路試車場試驗中的輸入載荷

進行試驗的企業(yè)汽車試驗區(qū)是指專門為車輛進行道路試驗的場所，通常分為專用車試驗區(qū)和商用車試驗區(qū)。專用商用車常由大型汽車廠制成。商用車場向社會開放，產品定型試驗也開展在北京試驗、海南試驗和襄陽試驗等領域。較早階段,各汽車生產廠一般引用試驗場的可靠性試驗規(guī)范,近幾年,各汽車生產廠都逐漸開始應用與用戶實際使用關聯(lián)的試驗方法,將客戶實際的使用工況和試驗場強化試驗進行關聯(lián),將臺架試驗也與試驗場強化試驗進行關聯(lián),最終制定符合企業(yè)的試驗場規(guī)范。本文中,某汽車主機廠在北京試驗場的強化試驗中,里程不足30%時就發(fā)生扭力梁斷裂的情況,試驗人員從臺架試驗入手,與試驗場和用戶路面進行關聯(lián)分析,最終調整已有的可靠性試驗規(guī)范。1、找到錯誤的原因1.1應變片檢測和傳感器的安裝根據(jù)扭力梁在北京試驗場試驗過程中,經常失效斷裂的位置,在扭力梁上粘貼應變片,包括扭力梁彎曲和扭轉等通道,在測臂也粘貼了傳感器,其中,左側焊縫處粘貼如圖1所示。同時,其他參考通道,包括軸頭加速度和車身加速度,螺旋彈簧等按要求布置好,最終進行整車調試,運往北京試驗場進行數(shù)據(jù)采集。1.2數(shù)據(jù)收集車輛到達北京后,按道路試驗規(guī)范進行數(shù)據(jù)采集,路信息見表1,包括空載、半載和滿載。1.3微應變域經過數(shù)據(jù)分析,發(fā)現(xiàn)應變片(LU2)通道在搓板路上應變幅值非常大,最大應變達到了1800微應變,其時域變化情況如圖2所示。經過分析,扭力梁在搓板路上,拖臂受到了最大的彎曲程度,車速在50-60km/h時(頻率23.1-27.7Hz),與扭力梁一階振動模態(tài)相近,易發(fā)生共振,直接導致應變幅值變大。1.4應變值經過以上分析,將車速提高到70km/h時,共振現(xiàn)象消失,應變值隨之降低。故提出將搓板路的行駛速度提高的假想,并計劃利用臺架試驗、用戶路面和試驗場關聯(lián)技術,進行壽命計算,并制定新的合理的試驗場規(guī)范。2、平臺試驗與試驗相關2.1應力-壽命曲線利用臺架試驗,獲取扭力梁的σ-2Nf(應力-壽命)曲線,如圖3,這樣可以通過應力-壽命曲線進行壽命計算,以此為依據(jù),對臺架試驗規(guī)范、用戶使用情況和試驗場規(guī)范進行相關聯(lián)。2.2試驗樣本的定義臺架試驗標準中,載荷水平為±1.0kNm,合格標準為12萬次。在試驗場試驗中,我們定義兩種車速,50km/h和70km/h,分空載、半載和滿載三種情況進行采集。將臺架試驗數(shù)據(jù)和試驗場數(shù)據(jù)進行關聯(lián)計算,得到以下數(shù)據(jù),見表22.3按70km/h進行試驗根據(jù)如上分析結果,如果按50km/h進行試驗,其他的壞路行駛速度不變,理論上進行1872km以上即可。如果按70km/h進行試驗,其他的壞路行駛速度不變,理論上進行11234km即可。在后期路試試驗反饋,按70km/h進行試驗,經歷了15000km的試驗,扭力梁沒有發(fā)生斷裂情況。3、用戶路面與測試場之間的關系3.1道路等級和路段分布為了進一步驗證規(guī)范更改的合理性,本文將根據(jù)實際用戶工況進行關聯(lián)計算。定義用戶使用道路目標為200000km,根據(jù)相關文獻的用戶調查,將路面劃分為高速公路、城市道路、高等級國道、低等級國道、山路和鄉(xiāng)村壞路,相應的的里程比例分別為30%、45%、10%、5%、5%和5%。實際采集了北京和遼寧省地區(qū)道路共計3500km的數(shù)據(jù)。高速公路主要采集了京沈、京津塘、沈大和沈丹高速;城市道路為沈陽、大連、鞍山等14個市區(qū)道路;高等級國道為連接城市之間的干線國道(如G202、G305等);低等級國道為連接市與縣之間的省道；山路為本溪山路、岫巖山路;鄉(xiāng)村壞路為鄉(xiāng)鎮(zhèn)中的年久失修的道路或者有較多坑包的鄉(xiāng)村土路等。采集的通道包括軸頭垂直加速度、車身應變、彈簧以及扭力梁的重要應變通道。3.2應力載荷譜和相對損傷對采集的載荷譜數(shù)據(jù)進行處理.消除信號毛刺、漂移等。然后將處理后的時域信號通過雨流計數(shù)法轉化成雨流矩陣,即得到應力的循環(huán)次數(shù),雨流計數(shù)法已經被證明是最為有效的估計方法,在對時間序列的載荷周期計數(shù)分析中得以廣泛應用。應力載荷譜的形成是由道路實測時域信號在進行雨流計數(shù)后,再進行迭加、外推后組合而成。因此按照確定的用戶路面比例關系將所采集的用戶路面外推到用戶目標里程200000km,得到用戶目標的應力載荷譜,用同樣的方式得到在15000km路試規(guī)范的應力載荷譜,如圖4所示。從圖中可以看出搓板路速度為70km/h的北京試驗場15000km標準更接近用戶的使用范圍。從損傷的角度,根據(jù)Miner法,利用得到的應力載荷譜來分別計算相對損傷。按照表3劃分頻率帶,UR＿2應變花最大主應力值的相對損傷比較見圖5所示,從圖中可以看出在第5頻率帶,如果搓板路速度為50km/h,則北京試驗場15000km標準的相對損傷遠大于搓板路速度為70km/h和用戶的損傷。也就是說,在第5頻率帶,現(xiàn)行試車標準遠高于用戶使用情況,原因在于在這個頻率帶,扭力梁結構本身產生橫向共振頻率,而用戶道路上很少出現(xiàn)這種共振或者說幅值很小。3.3試驗結果分析為了考察標準修改后對于整車其它部件的影響,所以選擇底盤和車身有代表性的零部件進行采集和分析,將計算后的新標準的試驗場與用戶道路上的載荷譜(幅值域)對比見圖6,相對損傷的比較見圖7?？梢钥闯鲈谛薷暮蟮谋本┰囼瀳龅男略囓嚇藴氏?這些通道無論從載荷譜的角度還是名義損傷的角度,均與目標用戶實際使用情況較為一致。4、提高抗混合性的標準4.1在北京試驗場搓板路上,以50km/h～60km/h車速試驗時,扭力梁產生橫向共振,引起較大橫向載荷,進而引起在此種受力模式下的結構失效；4.2如果將搓板路的速度由50km/h調整到70km/h,使路面激勵遠離結構本身的橫向共振頻率,能改善扭力梁的受力模式,使之與用戶使用條件更為接近,可有效避免結構的不合理失效;4.3在修改后的北京試驗場的試車標準下,底盤和車身的部件無論從載荷譜分布的角度還是名義損傷的角度,均與目標用戶實際使用情況較為一致。綜上,針對扭力梁結構的車型,將搓衣板的