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汽车疲劳耐久性试验 1 目录 汽车试验认证 汽车疲劳耐久试验 车辆使用测量 道路相关技术 耐久试验开发 2 汽车试验认证 认证内容 设计 通过样件试制 装配对设计结构 尺寸 公差配合 部件 之间的相对关系 以及制造工艺进行早期的检 查验证 功能 定性评价 利用主观 检测的手段 通过实际运行或模拟 发生设备 对设计意图应具备的功能反应进行验证 性能 量化评价 按照试验规范或法规规定的条件 借助于道路或 试验台架对产品进行实际运行 操作 通过主观评价或测量方法对设计意图功能的性能进行验证 以评价其性能是否达到规定的指标或限值要求 寿命 可靠性 疲劳耐久性 规定条件 规定时间 达到规定要求 按照试验规范所规定的 载荷 条件 借助于道路或试验台架对产品进行实际运行 操作 以验证产品在规定寿命周期内其功能达到规定的要求 3 汽车试验认证 认证方法 样品试制 设计图纸 工艺要求 道路试验 试验标准和规范 部件 系统 整车技术要求 法规和 限值 试验室 台架试验 试验标准和规范 部件 系统 整车技术要求 法规和限值 数模模拟分析 来自试验规范或设计技术要求的输入载荷 部件 系统 整车技术要求 法规和限值 4 汽车试验认证 认证要求 客观 合理 设计 认证条件应充分反映用户需求和产品的实际使用 基于用户需求的QFD技术和基于用户产品真实使用产品使用测量 全面 完整 基于用户需求和产品的实际使用测量的技术要求和试验规范的开发 提供用户充分满意的产品同时降低产品本身和售后服务成本 准确 有效 严格按照实验规范对产品进行试验 合理的认证策略 快速 及时 满足产品开发流程计划要求 在保证准确有效的前提下 快速早期的认证将为产品设计改进赢得时间和机会 同时也加速产品开发的进程 5 汽车试验认证 认证依据 标准 XXTS的制订 产品使用 用户车辆使用测量分析 用户特殊需求 质量功能部署 QFD 市场反馈 售后信息 质量信息 Warranty J D P 开发策略 专家系统 6 汽车试验认证 认证策略 置信水平的可靠性寿命 可靠度 致信度 样本数 寿命循环 失效判据 失效分类 等级 7 汽车疲劳耐久试验 目的和方法 目的 发现总体可靠性问题 这些问题可能在车辆的整个使用寿命过程中被专业用户所关注 锁定问题 评价 确认总体可靠性 方法 再现用户车辆使用和环境 确认贯穿于车辆使用目标寿命期内的性能和耐久性问题 由试验人员 司机 工程师 充当 扮演专业用户 为找到问题原因并解决问题 对各子系统输入进行主观评价 8 汽车疲劳耐久试验 依据 开发策略 用户特殊需求 市场反馈 售后失效模式 用户抱怨 机构评价 要求 客观 试验方法以用户产品使用为目标 合理的试 验 合理的评价 有效 降低售后产品故障率 减少售后成本 快速 适应产品开发流程需求 9 力 驶能 续行 汽车疲劳耐久试验 耐久试验内容和设施 充电 和专项操作 10 汽车疲劳耐久试验 试车场道路试验 提供了全面 系统和总成间相互作用载荷谱 道路试验提供包括驱动 环境 道路表面和机械工况在 内的全面整车级载荷谱 道路试验提供驾驶员反馈 人体生理学的 车辆响应 主 观感觉等等 11 汽车疲劳耐久试验 耐久试验类型 一般整车耐久性认证试验 整车评价 一般耐久性试验 质量评估试验 短期可靠性 耐候试验 冷 热气候暴露 加速腐蚀 结构耐久性开发试验 构架 主要承载结构和接口评价 试验室耐久性模拟和数模分析计算 加速结构耐久性 传动系统耐久性评价 有限耐久性 简化的 短期 传动系统耐久性 质量评估 12 汽车疲劳耐久试验 耐久性道路试验的角色 能够 客观地反映并识别和判断设计问题 提供全面 广泛的工作载荷 输入 基于实际的用户车辆使用 试验输入反映实际的的运行 工况 反映典型的使用环境 热 冷环境和腐蚀 工况 同时兼顾司机 技师 检查人员对车辆的主观评价 尽可能在产品开发早期获得改进的机会 13 汽车疲劳耐久试验 不能够 代替整车 子系统或部件认证的全部手段 反映用户实际使用中的某些特例 规范的目标是百分位用户使 用 反映特殊用途 出租车 警车 替代试验室试验 道路试验无法提供试验条件或环境的台架试验 量化设计的鲁棒性 不可外推结果 即使可靠度裕度很高 作为评价互换设计 替代设计 的工具 试验结果只针对试验样 品 作为产品担保试验 量产产品应由质量控制或货源鉴定保证 作为评价工艺 制造波动的有效工具 14 汽车疲劳耐久试验 用户使用测量耐久性道路试验 用户使用分析失效统计分析 耐久性试验规范疲劳耐久性评价 15 车辆使用测量 目的失效模式 用户车辆使用 认证试验 不相关 耐久试验完全不能反映实际使用 弱相关 耐久试验不能完全反映实际使用 相关 耐久试验充分反映实际使用 不同的认证效率和售后成本16 车辆使用测量 用途用户车辆使用 工程设计技术要求 认证试验规范开发 可靠性 寿命 优化设计 耐久 性能预测 发现 消除潜在失效模式 减少售后索赔和召回成本 相关17 车辆使用测量 内容用户需求 机构调查客户投诉 开发策略 市场调查 售后服务 18 车辆使用测量 内容用户使用 承载结构载荷 道路路面 车辆载重 环境 动力传动系统 装置和附件的使用 车辆用途 驾驶习惯 地区交通特点 驾驶习惯 油品质量 环境19 车辆使用测量 途径和方法驾驶习惯 装置使用及动力传动系统 已有信息 用户使用跟踪测量 用户使用调查 20 车辆使用测量 途径和方法承载结构载荷测量 试车场道路载荷 各地公共道路载荷 数据采集各种试车场道路 典型公共道路数据采集 非随机 试验人员随机 当地司机用户使用调查 各级道路行驶里程及比例公共道路分级及典型路段载荷 乘员和货物环境 气候 腐蚀 21 Vehiclespeed km h 车辆使用测量 结果承载结构载荷 行使速度Distance LevelofVehiclespeed 0 50 100 150 200 Distances km 22 Vehiclespeed km h Cut on s 车辆使用测量 结果承载结构载荷 载荷分布V speedDistributionofWFTForce1601401201008060402000 E 02 E 04 E 06 E 0 0 4 4 4 CountsLevel CrossingofLFWFTForce1 E 051 E 058 E 046 E 044 E 042 E 040 E 00 4 0 3 5 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0 0 5 0 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 Force kN 23 CycleCounts 车辆使用测量 结果承载结构载荷 循环载荷RainflowofWFT LF FxDYPGGMW155311 E 081 E 071 E 061 E 051 E 04 0 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 Range kN24 CyclesCount CyclesCount 车辆使用测量 结果承载结构载荷 循环载荷 100001000 100001000 90 ileEstimate90 Upperbound90 Lowerbound 100101 100101 0 40 80 120 160 0 40 80 120160200 Strain ue Strain ue 25 车辆使用测量 结果 驾驶习惯 装置使用 动力传动系统载荷测量 26 百 分 位 用 户 使 相对损伤比 用户车辆使用测量 应用承载结构载荷 疲劳损伤 局部应力和应变 雨流统计 材料数据部件尺寸数据 损伤计算 线性累积损伤用户使用 公共道路与试车场试验相对损伤用 27 车辆使用测量 应用 28 相对损伤 Test1 Test3 Test2 95 99 80 90 60 50 70 车辆使用测量公共道路载荷和试车场试验载荷相关性1 40 1 20 1 22 1 000 800 600 40 1 00 1 05 0 83 0 45 0 55 0 67 0 83 0 97 0 360 20 0 00 PGTEST PublicRoad 29 道路相关技术 结构的疲劳破坏 结构的疲劳破坏是由于结构在各种循环载荷作用下疲劳损伤累积的结果 疲劳寿命是疲劳损伤的反映 疲劳损伤取决于循环载荷的大小和作用次数 用载荷的雨流矩阵描述 MicrosofterPointPresenta MicrosoftowerPointPresentatio 疲劳损伤是由循环载荷引起的疲劳损伤取决于循环载荷的大小和作用次数 MicrosoftowerPointPresentatio MicrosoftowerPointPresentatio MicrosoftowerPointPresentatio 30 道路相关技术 结构在相同的载荷作用下 具有相同的疲劳损伤从而具有相同的疲劳寿命 尽管结构的载荷不同 但只要保证具有相等的疲劳损伤也将取得相同的疲劳寿命 多个载荷作用下的疲劳损伤具有迭加性 Minorrule 行驶路面的强度可以通过结构的疲劳响应进行量化 为了再现车辆在某一载荷环境下 比如 用户车辆使用 规定的试验规范 的疲劳损伤 称为目标 可以通过将车辆在各种典型道路行驶和操作 比如 试车场或试验台架 时的损伤 称为源 按不同加权 比例 系数进行混合模拟获得 31 道路相关技术 基于疲劳损伤等效的道路相关目标 车辆某一测量点 或零件 在实际使用环境下的载荷雨流矩阵 N Ni j i j 1 2 l 源 该测量点在试车场某典型道路上行驶一周的载荷雨流矩阵 nh nh i j i j 1 2 l h 1 2 k 根据材料的S N曲线计算疲劳损伤 相应与上述载荷的疲劳损伤矩阵 分别为 D Di j i j 1 2 l dh dh i j i j 1 2 l h 1 2 k 根据线性累积损伤理论 则用种k路面混合得到的总损伤矩阵为 d k h 1 Ahd h k h 1 Ah d h i j 32 道路相关技术疲劳寿命相等则意味着具有相等的疲劳损伤 为了等效目标疲劳损伤则 D d Di j k Ah dh 1 h i j k Ahdh i j h 1 1 i j 1 2 l h 1 2 k 33 道路相关技术方法1 基于测量载荷的双参数雨流矩阵 首先根据S N曲线计算各目标和源载荷雨流矩阵的等效疲劳损伤 得到总体疲劳损伤矩阵 将目标和各个源的总体疲劳损伤矩阵按照图1所示的方式划分成一系列互相重叠的子矩阵 同时计算各个子矩阵所包含的疲劳损伤并构成缩减损伤矩阵 然后按照给定的误差目标 对于缩减目标损伤矩阵的各个元素和总体损伤进行逐点拟合 总体疲劳损伤矩阵 8x8 矩阵缩减 缩减的疲劳损伤矩阵 3x3 34 R R R R 道路相关技术从式 1 得到 D Ri j k h 1 A h d Rh i j D1R 1 D1R mD2 1 D2 m Dm 1 Dm m k h 1k h 1k h 1k h 1k h 1k h 1 AhdAhdAhdAhdAhdAhd Rh 1 1Rh 1 mRh 2 1Rh 2 mRh m 1Rh m m 2 疲劳损伤取决于载荷的大小和次数 不同大小载荷通过循环次数的调整会取得相同的疲劳损伤 但是疲劳失效机理是不同的 35 T T 道路相关技术方法2 基于测量载荷的单参数雨流矩阵 并按照给定的误差目标 对目标载荷雨流矩阵的各元素进行逐点拟合 这种方法假设车辆结构的载荷的均值只取决于车辆的载重和初始安装状态 并且整个运行过程中不变化 因此并不考虑均值的影响 从式 1 得到 Di k h 1 Ah dh i k Ahdh i Th 1 N N N 12l k h 1k h 1k h 1 AA A hhh nnn h 1h 2h 3 3 车辆行驶过程中的各种动态和瞬态工况都会引起载重的移动和转移 从而使得测量均值变化 目标 或源 中所包含的载荷未必包含在源 目标 中 这种情形更多的发生在对于疲劳损伤影响很大的大载荷 因此对于试车场道路和试验设施要求比较高 36 2 i 道路相关技术求解 道路输入具有随机性 试车场各种典型道路的循环载荷矩阵构成了一系列的随机序列 根据方程 1 混合模拟的过程就是一个进行随机抽样和确定加权系数的过程 对于针对上述两种方法的方程 2 和 3 是一个高阶的不定方程组 直接求解是不可能的 一般采用在给定约束条件下的优化回归的方法进行求解 最小二乘方法是最常用的 若以总体误差最小为优化目标 则从方程 2 和 3 可得到优化目标分别为 方法1 mm i 1j 1 D Ri j k h 1 Ahd Rh i j Min 方法2 l i 1 N k h 1 Ahnh i 2 Min 37 一般耐久试验开发 方法1 以DPG试验场整车耐久性试验DPG T01为目标 利用BPG试验场道路和设施 开发BPG试车场整车耐久性试验BPG T01 MicrosoftowerPointPresentatio 数 量 用 户 整车耐久试验DPG T01 严重度 用户车辆使用 DPG试验场 BPG试验场38 一般耐久试验开发 方法1 BPG试验场16典型道路和操作子规范 子规范 道路或操作 BPG TM 01BPG TM 02BPG TM 03BPG TM 04BPG TM 05BPG TM 06BPG TM 07BPG TM 08BPG TM 09BPG TM 10BPG TM 11BPG TM 12BPG TM 13BPG TM 14BPG TM 15BPG TM 16 行驶速度 km h 55404040 48500 1300 1300 500 5030 601400 40Max35 00 60 长度 循环 km 110 20 15 5167 50 880 21 3112222 33 时间 循环 Minutes 55113058102146512510 39 3 3 3 3 3 Z Y 4 4 3 3 3 一般耐久试验开发 方法1 测量点信息 总成 系统 部件 测量点位置左前轮右前轮左后轮 测量参数3轴力3轴力3轴力 参数方向Fx Fy FzFx Fy FzFx Fy Fz 单位kNkNkN 数量333 参数用途相关相关相关 车轮 车轮力传感器弹簧位移 右后轮左前轮右前轮左后轮右后轮左前 右前 左后 右后 3轴力3轴力矩3轴力矩3轴力矩3轴力矩垂直位移 Fx Fy FzMx My MzMx My MzMx My MzMx My Mz kNkNmkNmkNmkNmmm 4 相关参考参考参考参考参考 悬架系统 转向拉杆稳定杆拉杆纵臂稳定杆拉杆 左后 右后左前 右前 左后 右后左后 右后前 后 侧向力轴向力侧向力扭转应变 YYTor kNkNkNue 222 参考参考参考参考 车身系统 车身结构加速度 横梁 门框空调通道变速箱悬置 应变3轴加速度3轴力 Tor Ten X Y ZFx Fy Fz uegkN 参考参考参考 动力传动系统支撑 发动机悬置 3轴力 Fx Fy Fz kN 参考 纵向支撑 前后力 Fx kN 1 参考 整车行驶工况 车辆总线 车速 速度 km h 1 参考 总计 53 40 一般耐久试验开发 方法1 相关结果 子规范 道路或操作 BPG TM 01BPG TM 02BPG TM 03BPG TM 04BPG TM 05BPG TM 06BPG TM 07BPG TM 08BPG TM 09BPG TM 10BPG TM 11BPG TM 12BPG TM 13BPG TM 14BPG TM 15BPG TM 16 加权次数Ah30010020020030402040040080010002008002001000400 里程 km 30010020040388020480060001760200260880040022000920总计 46683km 41 一般耐久试验开发 方法1 相关结果 雨流对比 Microsoft owerPointPresentatio 42 一般耐久试验开发 方法1 结果检验 相对损伤 测量点前后 Fx 侧向 Fy 垂直 Fz 前轴后轴平均 DPG T11 001 001 001 001 001 00 BPG T11 310 871 030 911 231 07 垂直方向 BPG T01疲劳损伤和最大载荷与DPG T01接近 前后方向 BPG T01疲劳损伤小于DPG T01 峰值载荷接近 前后方向 BPG T01疲劳损伤大于DPG T01 峰值载荷接近 主要相关和优先控制的垂直载荷比其他方向载荷有更还得相关性 43 一般耐久试验开发 方法1 FL FxRL Fx BPGDPG FR FxRL Fx 44 一般耐久试验开发 方法1 FL FyRL Fy BPGDPG FR FyRL Fy 45 一般耐久试验开发 方法1 FL FzRL Fz BPGDPG FR FzRL Fz 46 N N 加速结构耐久试验开发 方法2 道路设施整车一般耐久试验50000km 1100hrs石块路A 石块路B石块路C石块路BB2 6车速 行驶 行驶 石块路BB1 5车速 47 加速结构耐久试验开发 方法2 数据测量系统车辆 xxxx技术参数 发动机 1 6DOHC 变速箱 5 speedAT 悬架形式 前 麦佛逊 后 双连杆 整备重量 1255kg 车轮 胎压 195 55R15 0 18Mpa 设备 软件 数据采集系统 制造商 SoMatU S A 型号 e DAQFCS 车轮力传感器 制造商 MSCU S A 试件传感器 软件 数据采集 SoMatTCEfore DAQ 数据处理分析 nSfotE 损伤相关 nSfotE 48 加速结构耐久试验开发 方法2 车辆载重 轻载和重载 采样设备及参数设置 采样频率 409 6Hz帧长度 1024 帧滤波器频率上限 80Hz样本数 93名驾驶员 每个驾驶员在每一路面和工况下重复行驶3次共得到9个测量样本49 加速结构耐久试验开发 方法2 主要测量通道 测量载荷 共59 50 加速结构耐久试验开发 方法2 数据采集和分析道路数据采集 整车一般耐久性试验ch1 加速结构耐久性试验Road1Road2Road3Roadkch1 数据处理 ch2 ch3 ch3 ch2 ch3 编辑 滤波 51 CyclesCount CyclesCount CyclesCount CyclesCount CyclesCount CyclesCount CyclesCount CyclesCount CyclesCount CyclesCount CyclesCount CyclesCount CyclesCount CyclesCount 0 40 1 ch2 80 0le 70 0le 1000 100 0 1 10 1 0 timaE 9 8 10 0 0 0 加速结构耐久试验开发 方法2 数据采集和分析 续 整车一般耐久性试验 加速结构耐久性试验 雨流计算 原始雨流 100001000100 10000 ch1 ch2 1000100 1000 ch1 ch2 1000100101 80Strain ue 120 160 101 0 1000100100001041000 80 120 160 ch3 101 0 10010 40 1000100 80 120 160 ch3 1 100 Strain ue 1 Strain ue 10 0 10 40 80 120 160 0 40 80 120 160 1 Strain ue Strain ue 0 40 80 120 160 0 40 80 120 160 Strain ue Strain ue 雨流计算 似然估计 1000010001001010 1 99 8le90 0le80 0le70 0le60 0le50 0le1000010001000010010001002140106080100120140160180200 Estimatech1EstimateEstimateEstimateEstimateE9s9 8letestimate90 0leEstimate80 0leEstimate70 0leEstimate60 0leEstimate50 0leEstim9ateleEstimate90 0leEstimate80 0leEstimate70 0leEstimate60 0leEstimate50 0leEstimate ch3 10001001010 1 1000100101020406080100120140160180 1000100 99 8leEstimate90 0leEstimate80 0leEstimate70 0leEstimate60 0leEstimate50 0leEstimate 99 8le90 0le60 0le50 0le EstimateEstimateEstimateEstimateEstimateEstimate99 8leEstimate90 0leEstimate80 0leEstimate70 0leEstimate60 0leEstimate50 0leEstimate ch1 ch2ch3 99 8leEstimate90 0leEstimate80 0leEstimate70 0leEstimate60 0leEstimate50 0leEstimate020406080100120140160180Strain ue 0 1 Strain ue 204060801001201401601802001 0 1 100120 Strain ue 4060 80100120140160180 Strain ue Strain ue 0 1 0 1 20406080100120140160180200 Strain ue 20406080100120140160180 Strain ue 52 CyclesCount CyclesCount CyclesCount CyclesCount CyclesCount CyclesCount CyclesCount CyclesCount CyclesCount CyclesCount 90 Lowerbound 1 160 0 10 10 0 0 1 加速结构耐久试验开发 方法2 数据采集和分析 续 整车一般耐久性试验 加速结构耐久性试验 10000 90 ileEstimate90 Upperbound90 Lowerbound ch1 1000 90leEstimate90 Upperbound90 Lowerbound ch1 选择目标雨流 百分位 显著性 100010100001010001100100000104010001 80120Strain ue 90 ileEstimate90 Upperbound90 Lowerbound90 ileEstimate90 Upperbound90 Lowerbound200 ch2ch3 90leEstimate90 Upperbound90 Lowerbound100100090leEstimate90 Upperbound101001000101000120406080100120140160180 ch2ch3 100 Strain ue 0 10 40 80120Strain ue 160 200 0120406080100120140160180 1000100 90leEstimate90 Upperbound90 Lowerbound Strain ue 1 20406080100120140160180 1 020406080100120140160180Strain ue 0 40 80 120 160 200 Strain ue Strain ue 目标载荷 1E71000000 1E7 90 0leEstimate90 Upperbound90 Lowerbound90 0leEstimate90 Upperbound90 Lowerbound ch1 ch2 加速耐久道路载荷 源载荷 扩展百分位雨流 100000100000010000100000 1E7 90 0leEstimate90 Upperbound90 Lowerbound ch3 100010001000000 0 40 80 120 160 1000100000 Strain ue 0000040 80 120 160 Strain ue 1000 0 40 80 120 160