江毓　王驍磊　鄭燕萍　王羽塵

摘要：在試驗場整車耐久性試驗中，多年來不同的車型都是采用各試驗場統(tǒng)一的試驗標準，缺少試驗場道路設置和用戶使用的關聯(lián)研究。本文旨在提出一種關聯(lián)用戶使用情況的相對合理的試驗場整車耐久性試驗方案。研究通過采集試驗場路面的載荷信號，并對采集的數(shù)據(jù)進行信號處理，得到多個通道的頻率和疲勞損傷特征。然后，開展了面向安徽省某用戶的調查，采集了一定里程用戶使用路面的載荷，并將試驗場特殊路面與用戶實際路面進行對比，提出一套試驗方案，再對其合理性進行理論分析與論證。

關鍵詞：整車耐久性；試驗場；用戶關聯(lián)；試驗方案

1.引言

多年來，不同的車型都是采用各試驗場統(tǒng)一的標準來進行整車耐久性試驗，忽略了試驗場道路設置和用戶使用的關聯(lián)性。為研究用戶使用路面和試驗場路面之間的關聯(lián)關系，本文選擇了某國內汽車試驗場進行數(shù)據(jù)采集。利用數(shù)據(jù)采集設備、傳感器，采集試驗場各種路面多種載荷信號，將其與用戶實際路面載荷進行對比，提出一個較為合理的整車耐久性試驗方案，然后再對方案的合理性進行論證。

2.采集路面及試驗方案

2.1采集路面

測試的路面應該代表用戶日常使用，用戶日常行駛的路面千差萬別，故選取了8種有代表性的強化路面作為采集路面，這8種路面是面向用戶使用過程中常遇到的路面，采集路面如圖1所示。試驗車采用的行駛規(guī)范如表1所示。

2.2試驗方案

道路載荷的采集使用eDAQ公司的設備，其野外工作很穩(wěn)定。本研究要求測量設備抗震，低功耗，且盡可能地集成多個功能，因此選用了SomateDAQ數(shù)據(jù)采集設備。

測試選取了12個力信號，使用MTSswift20鈦材料六分力傳感器采集這四組信號（左前車輪X、Y、Z向，右前車輪X、Y、Z向，左后車輪X、Y、Z向，右后車輪S、Y、z向）。由于六分力測試系統(tǒng)采集的載荷是車輛的外部載荷，可以通過該外部載荷加載在車體模型上，借助CAE可以對各個部件的載荷進行計算，從而得到所有部件的疲勞壽命，可以在設計階段發(fā)現(xiàn)問題，優(yōu)于以往測試車輛內部載荷的方法。

車輪輪胎安裝了修改的輪輞適配器，輪轂適配器安裝在車軸上，而六分力傳感器安裝在輪轂適配器和輪輞適配器之間。當輪胎受到?jīng)_擊，力通過改裝的輪轂，經(jīng)過六分力傳感器，傳遞到輪轂適配器上，這個傳遞路徑和實際車輪受力傳遞到輪轂上是一致的，所以六分力可以獲取數(shù)據(jù)。三個方向的力和力矩由六個獨立的電橋測量，各通道之間幾乎無干擾。同時六分力傳感器也不受溫度和電磁的影響。

3.試驗數(shù)據(jù)的分析處理

采集到的信號首先進行了預處理，由于采集數(shù)據(jù)量巨大，如果使用人工統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)將需要很長周期，所以本次研究借助了GlyphWorks軟件，大大提高了研究效率。

3.1采集路面損傷分析

汽車上絕大多數(shù)零部件所受載荷的幅值是變化的，變幅載荷下的疲勞破壞，是不同頻率和不同幅值的載荷所造成的損傷逐漸積累的結果。當材料試件或零部件承受高于疲勞極限的應力時，每一個循環(huán)都使材料試件或零部件產(chǎn)生一定的損傷。

計算零部件的損傷有兩種方法：在計算零部件的損傷時，一般是用應力或應變信號根據(jù)零部件的S-N曲線用相應的方法計算。通過這種方法得出的損傷值是“真實”損傷值。另一種方法是將各類信號作為“廣義應力”輸入，通過預先設定的S-N曲線，即可求得名義損傷或偽損傷。本次研究中選用的S-N曲線斜率取-1/3，截距取10。特別指出，采用偽損傷方法得到的絕對數(shù)值并無實際意義，只能在同一通道信號間進行相互比較，是一種基于能量的比較方法。

3.2各路面各通道損傷分析

在試驗場中，選擇修復路、破損路、鐵餅路、魚鱗路、卵石路、扭曲路、搓板路、石塊路8種特殊路面上進行測量，12個通道選擇左前車輪x、Y、z向、右前車輪x、Y、z向、左后車輪x、Y、z向、右后車輪x、Y、z向的損傷值。由于石塊路對車輪的損傷最大，本文將其作為基準，將其它7種不同路面各通道的損傷與石塊路各通道損傷進行對比，其比值如圖2所示。

由圖可知：魚鱗路、扭曲路、搓板路和破損路對車輪的損傷很小。其它路面對車輪的損傷程度順序為：石塊路>鐵餅路>卵石路>修復路。

3.8路面的加速度功率譜密度分析

功率譜密度是表示信號的能量或功率密度在頻域中隨頻率的變化情況，它主要研究信號的能量或功率的分布情況，確定信號所占的頻帶。以車輛z向位移為例選取左前側分析，將不同路段整合后的數(shù)據(jù)開展分析，取出z向相關數(shù)據(jù)，包括左前輪輪心z向受力、左前螺簧位移、左前車身加速度、左前輪輪心z向加速度，可以分析到左前螺簧位移應變譜1.47Hz處具有波峰，這代表了車身的固有頻率或是車輛的俯仰頻率，而車身加速度12.53Hz和12.82Hz代表了車輪的跳動，如圖3所示。特別在分析搓板路頻率時，發(fā)現(xiàn)底盤在27.63Hz附近會出現(xiàn)相同的波峰，如圖4所示。這是由于搓板路面行駛時，受到路面激勵，整個車輛都在做受迫運動，所以車輛在設計時需要考慮避開相應的頻率，防止出現(xiàn)共振疲勞。

4.與用戶關聯(lián)的試驗場耐久試驗方案研究

本文以安徽省某用戶為例，首先采用問卷調查的形式對安徽省某用戶車輛的使用情況進行調查。數(shù)據(jù)通常會使用正態(tài)分布和威布爾分布進行統(tǒng)計分析。通過Minitab軟件分析得知，威布爾分布擬合用戶里程分布更好，統(tǒng)計用戶在各個路況下使用里程風險更小些，所以本文采用威布爾分布來統(tǒng)計分析用戶在各個路況下的使用里程。90%的用戶每年行駛的各工況分布如下：

表3為在試驗場測試的各特殊路面組成，同樣地采集了用戶在安徽省的城市、高速、山路、國省縣鄉(xiāng)道路工況的損傷。下圖為試驗場與城市工況損傷對比：

從圖5可以看出，試驗場與城市工況損傷基本吻合，但是右前輪Y向的誤差較大，由之前的各路面損傷得知，石塊路對右前輪Y向有較大損傷，適當減少石塊路的試驗里程，形成新的試驗場試驗方案，試驗場與城市工況損傷會更加符合。

在試驗場行駛時，試驗場路面會產(chǎn)生一些特定頻率，這些頻率會觸發(fā)車輛共振，車上的部件會產(chǎn)生共振造成共振疲勞，但是實際路面不一定會產(chǎn)生這些共振，所以需要剔除這些路面。車輛在搓板路測試時，整個車輛在做受迫運動，在27.63Hz附近出現(xiàn)波峰，但是在從用戶采集的數(shù)據(jù)來看，并不會發(fā)現(xiàn)這個頻率，所以在編制相關性方案時需要將搓板路面避開，否則將出現(xiàn)過度試驗的問題。

由此，表3中給出的試驗場試驗路面組成，就是本研究提出的與用戶關聯(lián)的試驗場車輛耐久性試驗方案。

5.結語

本研究采集了試驗場8種特殊路面的載荷進行損傷分析。根據(jù)試驗場路面的損傷情況，提出了一種整車耐久性試驗的方案，即試驗場特殊路面里程組合。同時，采集安徽省城市、高速、山路、國省縣鄉(xiāng)道路工況的載荷，將試驗車在特殊路面的損傷與用戶在城市工況的損傷進行對比分析，用戶使用城市工況與試驗場組合路段損傷值吻合得較好。頻域分析中，搓板路測試中出現(xiàn)的27.63Hz在實際路面測試時并不會出現(xiàn)，所以在編制相關性方案時需要將搓板路面避開。由此，表3即為提出的整車耐久性試驗方案。