汽车疲劳耐久性试验

1、1汽车疲劳耐久性试验开发汽车疲劳耐久性试验开发2目录目录 汽车疲劳耐久试验介绍汽车疲劳耐久试验介绍 用户车辆使用测量用户车辆使用测量 道路相关技术道路相关技术 加速结构耐久试验规范开发加速结构耐久试验规范开发3q目的和方法目的和方法目的目的l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；l锁定问题；l评价、确认总体可靠性。 方法方法l再现用户车辆使用和环境用户车辆使用和环境；l确认贯穿于车辆使用目标寿命期内的性能和耐久性问题；l试验人员（司机/工程师）充当/扮演专业用户；l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。汽车疲劳耐久试验介绍汽车疲劳耐久试验

2、介绍4q依据依据 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）。q要求要求 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 Warranty 成本； 快速：适应产品开发流程需求。汽车疲劳耐久试验介绍汽车疲劳耐久试验介绍5汽车疲劳耐久试验介绍汽车疲劳耐久试验介绍q当前主要认证手段当前主要认证手段 试车场道路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。6汽车疲劳耐久试

3、验介绍汽车疲劳耐久试验介绍7认证试验认证试验 用户用户车辆使用车辆使用失效模式失效模式不相关：不相关：耐久试验完全不耐久试验完全不能反映实际使用能反映实际使用弱相关：弱相关：耐久试验不能完耐久试验不能完全反映实际使用全反映实际使用相关：相关：耐久试验充分耐久试验充分反映实际使用反映实际使用￥ 不同的认证效率和售后成本不同的认证效率和售后成本用户车辆使用测量用户车辆使用测量-目的目的8可靠性（寿命）、可靠性（寿命）、优化设计优化设计耐久、性能预测耐久、性能预测（FEAM) )发现、消除潜在发现、消除潜在失效模式失效模式 减少售后索赔和减少售后索赔和 召回成本召回成本 认证试验规范开发认证试验规范

4、开发工程设计工程设计 技术要求技术要求（整车（整车/系统系统/部件部件) 用户车辆使用用户车辆使用相相 关关 用户车辆使用测量用户车辆使用测量-用途用途9用户使用用户使用承载结构载荷承载结构载荷道路路面道路路面车辆载重车辆载重环境环境装置和附件的使用装置和附件的使用车辆用途车辆用途驾驶习惯驾驶习惯动力传动系统动力传动系统地区交通特点地区交通特点驾驶习惯驾驶习惯油品质量油品质量环境环境用户车辆使用测量用户车辆使用测量-内容内容10承载结构承载结构-行使速度行使速度用户车辆使用测量用户车辆使用测量-结果结果11承载结构承载结构- -载荷分布载荷分布用户车辆使用测量用户车辆使用测量-结果结果12承载

5、结构承载结构- -循环载荷循环载荷用户车辆使用测量用户车辆使用测量-结果结果13承载结构承载结构- -循环载荷循环载荷用户车辆使用测量用户车辆使用测量-结果结果14驾驶习惯、装置使用驾驶习惯、装置使用用户车辆使用测量用户车辆使用测量-结果结果15用户车辆使用测量用户车辆使用测量-结果结果16承载结构载荷承载结构载荷-疲劳损伤疲劳损伤用户车辆使用测量用户车辆使用测量-应用应用Rainflow CountingDamage Calculation: -Strain Life - Linear Damage SummationNeuber RuleMaterial Data Component Ge

6、ometry17用户车辆使用测量用户车辆使用测量-应用应用18q 结构的疲劳破坏机理结构的疲劳破坏机理 结构的疲劳破坏是由于结构在动载荷作用下塑性/疲劳损伤累积的结果； 循环载荷的描述-雨流矩阵； 累积塑性/疲劳损伤是由循环载荷引起的。0123412345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22Classes124356789道路相关技术道路相关技术19其中: - 第 级载荷; - 第 级载荷的循环次数; - 疲劳强度系数；; - 疲劳强度指数.iiiNicmq 基于疲劳损伤等效的道路相关基于疲劳损伤等效的道路相关 假设车辆的某零件在其整个使用寿命里

7、程的疲劳载荷车辆的某零件在其整个使用寿命里程的疲劳载荷的 级单参数(变程循环次数)雨流矩阵为: (1) 相应的疲劳损伤矩阵为: (2) 该零件在疲劳载荷作用下的总损伤为:TlNNNN,.,21TmllmmTlcNcNcNDDDD/,./,/,.,221121lmiilicNDF11/l道路相关技术道路相关技术20车辆在试车场典型试验道路试车场典型试验道路 上上按照规定的工况行驶一周, 该零件测量载荷的 级单参数雨流矩阵为: 相应的疲劳损伤矩阵为: .(3).(3) 道路 行驶一周产生的的总损伤为: 其中: -第 级载荷; -第 级载荷的循环次数;jlTjljjjnnnn,2,1,.,Tmjlj

8、lmjjmjjTjljjjcncncndddd/,./,/,.,2,2,1,1,2,1jlmjijiljijcndf1,1,/ji,ijin,i道路相关技术道路相关技术21 将试车场 种典型道路按不同比例进行混合： 设试车场典型道路 的加权系数为 ，根据线性损伤线性累积原理则总损伤矩阵为: (4) 为了在试车场再现该零件整个使用寿命里程的疲劳损伤该零件整个使用寿命里程的疲劳损伤- -目标：目标： 将式(2)和(4)代入则：jjATjljjkjkjdddAdd,2,111,.,kTmjljlmjjmjjkjcncncnA/,./,/,2,2,1,11dDTmjljlmjjmjjkjTmllmmc

9、ncncnANNN/,./,/,.,2,2,1,112211道路相关技术道路相关技术22 由此可得到如下方程组: (5) 它们表明了: 相同载荷级下，试车场 种道路上循环次数的线性迭家等于目标载荷的循环次数。作为耐久性道路行驶试验，必须兼顾车辆的各个系统部件和各种载荷。因此类似式(5)的方程组不至一个。若测量点/载荷数为 ，则对于任一载荷 普遍的方程组可写成如下： . (6) 求解方程组(6) 确定各加权系数。kjjnAN1, 11kjjnAN1, 22kjljlnAN1,kPksjjsnAN1,12ksjjsnAN1,21ksjljslnAN1,sPs.2,1道路相关技术道路相关技术23道路

10、设施道路设施石块路石块路 BB1/ 5车速车速石块路石块路 AN石块路石块路 C 行驶行驶 + +石块路石块路 B行驶行驶 + +石块路石块路BB2/ 6车速车速整车一般耐久试验整车一般耐久试验 50000km /1100 hrs加速结构耐久试验开发加速结构耐久试验开发24数据测量系统数据测量系统车辆车辆:设备设备 & 软件软件 数据采集系统数据采集系统 - 制造商: SoMat U.S.A - 型 号 : e-DAQ FCS 车轮力传感器车轮力传感器 - 制造商: MSC U.S.Al试件传感器试件传感器l 软件软件 - 数据采集: SoMat TCE for e-DAQ - 数据处

11、理分析: LMS TecWare - 损伤相关: LMS TecWare技术参数技术参数l发动机 : 1.6 DOHCl变速箱 : 5-speed ATl悬架形式u前 : 麦佛逊u后 : 双连杆l整备重量 : 1255 kgl车轮/胎压 : 195/55R 15 (0.18Mpa)加速结构耐久试验开发加速结构耐久试验开发25车辆载重：车辆载重：轻载和重载样本数：样本数：9 3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 采样设备及参数设置：采样设备及参数设置：l采样频率: 409.6 Hzl帧长度: 1024/帧l滤波器频率上限:80Hz加速结构耐久试验开发加速结构耐久

12、试验开发26主要测量通道主要测量通道 ( (测量载荷测量载荷) )共共 59加速结构耐久试验开发加速结构耐久试验开发27道路数据采集道路数据采集数据处理数据处理(编辑、滤波编辑、滤波)ch3.Road 1Road 2Road 3Road k整车一般耐久性试验整车一般耐久性试验加速结构耐久性试验加速结构耐久性试验ch1ch2ch3ch1ch2ch3.数据采集和分析数据采集和分析加速结构耐久试验开发加速结构耐久试验开发28雨流雨流计算计算-原始雨流原始雨流04080120160110100100010000Cycles CountS tra in (u e )0408012016011010010

13、0010000Cycles CountStrain(ue)04080120160110100100010000Cycles CountStrain(ue).ch1ch2ch3.ch1ch2ch3ch1ch2ch3.040801201601101001000Cycles CountStrain(ue)040801201601101001000Cycles CountStrain(ue)040801201601101001000Cycles CountStrain(ue)020406080 100 120 140 160 1800.11101001000 99.8le Estimate 90.0l

14、e Estimate 80.0le Estimate 70.0le Estimate 60.0le Estimate 50.0le EstimateCycles CountStrain(ue)020406080 100 120 140 160 1800.11101001000 99.8le Estim ate 90.0le Estim ate 80.0le Estim ate 70.0le Estim ate 60.0le Estim ate 50.0le Estim ateCycles CountStrain(ue)020406080 100 120 140 160 1800.1110100

15、1000 99.8le Estimate 90.0le Estimate 80.0le Estimate 70.0le Estimate 60.0le Estimate 50.0le EstimateCycles CountStrain(ue)雨流计算雨流计算-似然估计似然估计ch1ch2ch3.020406080 1001201401601802000.1110100100010000 99.8le E stim ate 90.0le E stim ate 80.0le E stim ate 70.0le E stim ate 60.0le E stim ate 50.0le E stim

16、ate? ? ?Cycles CountS train(ue)020406080 1001201401601802000.1110100100010000 99.8le Estim ate 90.0le Estim ate 80.0le Estim ate 70.0le Estim ate 60.0le Estim ate 50.0le Estim ate? ? ? ?Cycles CountStrain(ue)020406080 1001201401601802000.1110100100010000 99.8le Estim ate 90.0le Estim ate 80.0le Esti

17、m ate 70.0le Estim ate 60.0le Estim ate 50.0le Estim ate? ? ? ?Cycles CountStrain(ue)整车一般耐久性试验整车一般耐久性试验加速结构耐久性试验加速结构耐久性试验数据采集和分析数据采集和分析(续）续）加速结构耐久试验开发加速结构耐久试验开发.29选择目标雨流选择目标雨流-百分位百分位-显著性显著性ch1ch2ch3.ch1ch2ch3.ch1ch2ch3.020406080 100 120 140 160 1801101001000 90le Estimate 90% Upper bound 90% Lower b

18、oundCycles CountStrain(ue)020406080 100 120 140 160 1801101001000 90le Estimate 90% Upper bound 90% Lower boundCycles CountStrain(ue)020406080 100 120 140 160 1801101001000 90le Estimate 90% Upper bound 90% Lower boundCycles CountStrain(ue)目标载荷目标载荷-扩展百分位雨流扩展百分位雨流0408012016010001000010000010000001E7

19、90.0le Estim ate 90% Upper bound 90% Lower boundCycles CountStrain(ue)04080120160200110100100010000 90% ile E stim ate 90% U pper bound 90% Low er boundCycles CountStrain(ue)04080120160200110100100010000 90% ile E stim ate 90% U pper bound 90% Low er boundCycles CountStrain(ue)0408012016020011010010

20、0010000 90% ile E stim ate 90% U pper bound 90% Low er boundCycles CountStrain(ue)0408012016010001000010000010000001E7 90.0le Estim ate 90% Upper bound 90% Lower boundCycles CountStrain(ue)0408012016010001000010000010000001E7 90.0le Estim ate 90% Upper bound 90% Lower boundCycles CountStrain(ue)数据采集

21、和分析数据采集和分析(续）续）整车一般耐久性试验整车一般耐久性试验加速结构耐久性试验加速结构耐久性试验加速结构耐久试验开发加速结构耐久试验开发30 混合混合 - - 加速结构耐久道路损伤等于整车一般耐久试验加速结构耐久道路损伤等于整车一般耐久试验0408012016010001000010000010000001E7Cycles CountStrain(ue)04 08 01 2 01 6 011 01 0 01 0 0 0Cycles CountS tr a in ( u e )Road 1Road 2Track 10Road 3.040801201601000100001000001000

22、0001E7Cycles CountStrain(ue)0408012016010001000010000010000001E7Cycles CountStrain(ue)04 08 01 2 01 6 011 01 0 01 0 0 0Cycles CountS tr a in ( u e )04 08 01 2 01 6 011 01 0 01 0 0 0Cycles CountS tr a in ( u e )04 08 01 2 01 6 011 01 0 01 0 0 0Cycles CountS tr a in ( u e )04 08 01 2 01 6 011 01 0 01 0 0