于翠, 李唐, 李國(guó)峰

（華晨汽車集團(tuán)控股有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

利用試驗(yàn)關(guān)聯(lián)技術(shù)建立試驗(yàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)的研究

于翠, 李唐, 李國(guó)峰

（華晨汽車集團(tuán)控股有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

近年由于道路分布和道路條件的變化，車輛的輸入載荷已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化，國(guó)內(nèi)各試車場(chǎng)的試驗(yàn)規(guī)范不能適用于主機(jī)廠的所有車型。本文利用試驗(yàn)關(guān)聯(lián)技術(shù)，將臺(tái)架試驗(yàn)、用戶使用和試車場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，最終制定合理的試驗(yàn)場(chǎng)規(guī)范。

關(guān)聯(lián)；試車場(chǎng)；扭力梁

CLC NO.:U467.5Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)07-12-03

前言

汽車試驗(yàn)場(chǎng)是專供汽車進(jìn)行道路試驗(yàn)用的場(chǎng)所，一般分為專用汽車試驗(yàn)場(chǎng)和商用汽車試驗(yàn)場(chǎng)，專用汽車試驗(yàn)場(chǎng)通常是大型汽車生產(chǎn)廠家進(jìn)行建造，商用汽車試驗(yàn)場(chǎng)是對(duì)社會(huì)開放的，同時(shí)也進(jìn)行產(chǎn)品定型試驗(yàn)等，如北京試驗(yàn)場(chǎng)、海南試驗(yàn)場(chǎng)和襄樊試驗(yàn)場(chǎng)等。較早階段，各汽車生產(chǎn)廠一般引用試驗(yàn)場(chǎng)的可靠性試驗(yàn)規(guī)范，近幾年，各汽車生產(chǎn)廠都逐漸開始應(yīng)用與用戶實(shí)際使用關(guān)聯(lián)的試驗(yàn)方法，將客戶實(shí)際的使用工況和試驗(yàn)場(chǎng)強(qiáng)化試驗(yàn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，將臺(tái)架試驗(yàn)也與試驗(yàn)場(chǎng)強(qiáng)化試驗(yàn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，最終制定符合企業(yè)的試驗(yàn)場(chǎng)規(guī)范。

本文中，某汽車主機(jī)廠在北京試驗(yàn)場(chǎng)的強(qiáng)化試驗(yàn)中，里程不足30%時(shí)就發(fā)生扭力梁斷裂的情況，試驗(yàn)人員從臺(tái)架試驗(yàn)入手，與試驗(yàn)場(chǎng)和用戶路面進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，最終調(diào)整已有的可靠性試驗(yàn)規(guī)范。

1、查找斷裂原因

1.1 布置傳感器

根據(jù)扭力梁在北京試驗(yàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中，經(jīng)常失效斷裂的位置，在扭力梁上粘貼應(yīng)變片，包括扭力梁彎曲和扭轉(zhuǎn)等通道，在測(cè)臂也粘貼了傳感器，其中，左側(cè)焊縫處粘貼如圖1所示。同時(shí)，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(jìn)行整車調(diào)試，運(yùn)往北京試

驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

1.2 數(shù)據(jù)采集

車輛到達(dá)北京后，按道路試驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，路面信息見(jiàn)表1，包括空載、半載和滿載。

表1 北京試驗(yàn)場(chǎng)典型路面及平均參考車速

1.3 數(shù)據(jù)分析

經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)應(yīng)變片（LU2）通道在搓板路上應(yīng)變幅值非常大，最大應(yīng)變達(dá)到了1800微應(yīng)變，其時(shí)域變化情況如圖2所示。

經(jīng)過(guò)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(shí)（頻率23.1-27.7Hz）,與扭力梁一階振動(dòng)模態(tài)相近，易發(fā)生共振，直接導(dǎo)致應(yīng)變幅值變大。

1.4 提出更改試驗(yàn)場(chǎng)方案

經(jīng)過(guò)以上分析，將車速提高到70km/h時(shí)，共振現(xiàn)象消失，應(yīng)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(jì)劃利用臺(tái)架試驗(yàn)、用戶路面和試驗(yàn)場(chǎng)關(guān)聯(lián)技術(shù)，進(jìn)行壽命計(jì)算，并制定新的合理的試驗(yàn)場(chǎng)規(guī)范。

2、臺(tái)架試驗(yàn)與試驗(yàn)場(chǎng)關(guān)聯(lián)

2.1 臺(tái)架獲取扭力梁的應(yīng)力-壽命曲線

利用臺(tái)架試驗(yàn)，獲取扭力梁的σ-2Nf（應(yīng)力-壽命）曲線，如圖3，這樣可以通過(guò)應(yīng)力-壽命曲線進(jìn)行壽命計(jì)算，以此為依據(jù)，對(duì)臺(tái)架試驗(yàn)規(guī)范、用戶使用情況和試驗(yàn)場(chǎng)規(guī)范進(jìn)行相關(guān)聯(lián)。

2.2 疲勞損傷計(jì)算

臺(tái)架試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中，載荷水平為± 1.0kNm，合格標(biāo)準(zhǔn)為12萬(wàn)次。在試驗(yàn)場(chǎng)試驗(yàn)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(jìn)行采集。將臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)計(jì)算，得到以下數(shù)據(jù)，見(jiàn)表2

表2 在不同車速下的疲勞壽命對(duì)比

2.3 確認(rèn)更改方案

根據(jù)如上分析結(jié)果，如果按50km/h進(jìn)行試驗(yàn)，其他的壞路行駛速度不變，理論上進(jìn)行1872km以上即可。如果按70km/h進(jìn)行試驗(yàn)，其他的壞路行駛速度不變，理論上進(jìn)行11234km即可。在后期路試試驗(yàn)反饋，按70km/h進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)歷了15000km的試驗(yàn)，扭力梁沒(méi)有發(fā)生斷裂情況。

3、用戶路面與試驗(yàn)場(chǎng)關(guān)聯(lián)

3.1 用戶路面數(shù)據(jù)采集分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證規(guī)范更改的合理性，本文將根據(jù)實(shí)際用戶工況進(jìn)行關(guān)聯(lián)計(jì)算。定義用戶使用道路目標(biāo)為200000km，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的用戶調(diào)查[1]得出，將路面劃分為高速公路、城市道路、高等級(jí)國(guó)道、低等級(jí)國(guó)道、山路和鄉(xiāng)村壞路，相應(yīng)的的里程比例分別為30%、45%、10%、5%、5%和5%。

實(shí)際采集了北京和遼寧省地區(qū)道路共計(jì)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(yáng)、大連、鞍山等14個(gè)市區(qū)道路；高等級(jí)國(guó)道為連接城市之間的干線國(guó)道（如G202、G305等）；低等級(jí)國(guó)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(yīng)變、彈簧以及扭力梁的重要應(yīng)變通道。

3.2 疲勞損傷計(jì)算

對(duì)采集的載荷譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理．消除信號(hào)毛刺、漂移等。然后將處理后的時(shí)域信號(hào)通過(guò)雨流計(jì)數(shù)法轉(zhuǎn)化成雨流矩陣，即得到應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)，雨流計(jì)數(shù)法已經(jīng)被證明是最為有效的估計(jì)方法，在對(duì)時(shí)間序列的載荷周期計(jì)數(shù)分析中得以廣泛應(yīng)用。

應(yīng)力載荷譜的形成是由道路實(shí)測(cè)時(shí)域信號(hào)在進(jìn)行雨流計(jì)數(shù)后，再進(jìn)行迭加、外推后組合而成。因此按照確定的用戶路面比例關(guān)系將所采集的用戶路面外推到用戶目標(biāo)里程200000km，得到用戶目標(biāo)的應(yīng)力載荷譜，用同樣的方式得到在15000km路試規(guī)范的應(yīng)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(yàn)場(chǎng)15000km標(biāo)準(zhǔn)更接近用戶的使用范圍。

從損傷的角度，根據(jù)Miner法[2]，利用得到的應(yīng)力載荷譜來(lái)分別計(jì)算相對(duì)損傷。按照表3劃分頻率帶，UR_2應(yīng)變花最大主應(yīng)力值的相對(duì)損傷比較見(jiàn)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(yàn)場(chǎng)15000km標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)損傷遠(yuǎn)大于搓板路速度為70km/h和用戶的損傷。 也就是說(shuō)，在第5頻率帶，現(xiàn)行試車標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)高于用戶使用情況，原因在于在這個(gè)頻率帶，扭力梁結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)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(shuō)幅值很小。

表3 頻率帶劃分

3.3 方案更改后對(duì)其他部件的影響評(píng)估

為了考察標(biāo)準(zhǔn)修改后對(duì)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(jìn)行采集和分析，將計(jì)算后的新標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)場(chǎng)與用戶道路上的載荷譜(幅值域)對(duì)比見(jiàn)圖6，相對(duì)損傷的比較見(jiàn)圖7?？梢钥闯鲈谛薷暮蟮谋本┰囼?yàn)場(chǎng)的新試車標(biāo)準(zhǔn)下，這些通道無(wú)論從載荷譜的角度還是名義損傷的角度，均與目標(biāo)用戶實(shí)際使用情況較為一致。

4、結(jié)論

4.1 在北京試驗(yàn)場(chǎng)搓板路上，以50km/h～60km/h車速試驗(yàn)時(shí)，扭力梁產(chǎn)生橫向共振，引起較大橫向載荷，進(jìn)而引起在此種受力模式下的結(jié)構(gòu)失效；

4.2 如果將搓板路的速度由50km/h調(diào)整到70km/h，使路面激勵(lì)遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的不合理失效；

4.3 在修改后的北京試驗(yàn)場(chǎng)的試車標(biāo)準(zhǔn)下，底盤和車身的部件無(wú)論從載荷譜分布的角度還是名義損傷的角度，均與目標(biāo)用戶實(shí)際使用情況較為一致。

綜上，針對(duì)扭力梁結(jié)構(gòu)的車型，將搓衣板的行駛速度進(jìn)行了調(diào)整。在汽車生產(chǎn)廠進(jìn)行車型開發(fā)的過(guò)程中，如果將用戶對(duì)車輛的實(shí)際使用情況和試驗(yàn)場(chǎng)的強(qiáng)化路試驗(yàn)進(jìn)行合理地關(guān)聯(lián)，這樣就可以真實(shí)地考慮用戶的要求，避免了試驗(yàn)的盲目性，既能防止設(shè)計(jì)過(guò)度，也能保證盡早發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)故障。不僅能夠節(jié)約費(fèi)用，同時(shí)也將縮短汽車開發(fā)時(shí)間。

[1] 王萬(wàn)英. 試驗(yàn)場(chǎng)道路與用戶道路的當(dāng)量關(guān)系研究. 重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 24 (12).

[2] Ralph l. Stephens, Ali Fatemi, Robert R. Stephens and Henry O. Fuchs. Metal Fatigue in Engineering. A Wiley-Interscience Publication, 2001.

The Research of Making out The Proving Ground Standard Base on Test Correlation Technology

Yu Cui, Li Tang, Li Guofeng
（Brilliance Automobile Co., Ltd, Liaoning Shenyang 110141）

With the change of the distribution and conditions of the roads in recent years, great changes have taken place in the input load of the vehicle; the test standard of proving ground may not apply to all the manufactures. In this paper, Comparing rig test, customer usage and proving ground test, based on test correlation technology, eventually make out reasonable proving ground standard.

Correlation; Proving Ground; Twist Axle

U467.5

A

1671-7988(2014)07-12-03

于翠，就職于華晨汽車集團(tuán)控股有限公司。