汽车零部件疲劳试验课件

程序载荷疲劳试验程序载荷疲劳试验1目录程序疲劳试验方法零部件程序载荷疲劳试验开发疲劳耐久试验策略目录程序疲劳试验方法零部件程序载荷疲劳试验开发2程序疲劳试验方法道路载荷数据采集：驾驶习惯、随机因素的影响: n名司机、每一子规范m次重复采集每一子规范共n*m个载荷样本。程序疲劳试验方法道路载荷数据采集：驾驶习惯、随机因素的影3程序疲劳试验方法计算每个子规范一个循环样本载荷的雨流矩阵：对每个子规范一个循环样本载荷的共n*m个R-M雨流矩阵按百分位扩展（似然分析）并选定分位；程序疲劳试验方法计算每个子规范一个循环样本载荷的雨流矩阵4程序疲劳试验方法根据各子规范的循环次数，将（选定分位）一个循环的雨流矩阵扩展、外推到母体（对于来自试车场道路采集的载荷可以直接乘以循环次数）；程序疲劳试验方法根据各子规范的循环次数，将（选定分位）一5程序疲劳试验方法将各个子规范的雨流矩阵进行叠加，得到耐久试验总规范载荷雨流矩阵，并根据材料/零件的S-N曲线计算:

总载荷雨流矩阵中每一元素的疲劳损伤;

计算每一元素1次循环的疲劳损伤;程序疲劳试验方法将各个子规范的雨流矩阵进行叠加，得到耐久6程序疲劳试验方法产生载荷谱：1、循环特性R=-1（不考虑均值影响）：沿Range轴对损伤求和。损伤矩阵1）多级载荷谱：根据S-N曲线将各Range所对应的总损伤折算成与Range相应的循环次数;程序疲劳试验方法产生载荷谱：1、循环特性R=-1（不考虑7程序疲劳试验方法2）单级载荷谱：a.规定总的循环次数，根据S-N曲线将各Range的损伤总和折算到相应的Range。b.根据技术要求选定试验载荷Range，根据S-N曲线将各Range的损伤总和折算成对应于选定Range的循环次数。程序疲劳试验方法2）单级载荷谱：a.规定总的循环次数，根b8程序疲劳试验方法2、任意循环特性（考虑实际均值的影响）：1）多级载荷谱：在损伤矩阵中选定多个元素（Mean、Range）作为试验载荷、同时规定总的循环次数，将其余元素的损伤折算到选定的各个元素上并保证总次数满足规定要求；程序疲劳试验方法2、任意循环特性（考虑实际均值的影响）：1）9程序疲劳试验方法2）单级载荷谱：

a.根据技术要求在损伤矩阵中选定一个元素（Mean、Range）作为试验载荷，并计算其一次循环损伤，将损伤总和折算成对应于选定试验载荷的循环次数。例：选定（Mean=1000N,Range=8000N）为试验载荷，则：一次循环的损伤等于：2.9E-2/1000=2.9E-5将总损伤折算到试验载荷，形影的总循环次数为：9.3E-1/2.9E-5=31730程序疲劳试验方法2）单级载荷谱： a.根据技术要求在损伤矩10程序疲劳试验方法b.规定总的循环次数，将损伤总和折算到相应的元素上并保证总次数满足规定要求；例：选择试验总循环次数为：100000则：程序疲劳试验方法b.规定总的循环次数，将损伤总和折算到相应11零部件程序载荷疲劳试验开发

后桥刹车载荷疲劳试验：

1、刹车工况后桥受力及最大设计技术要求： 前进刹车：

FRF(a/g)[WR(a/g)(WH/L)]

倒车刹车：

FRR(a/g)[WR(a/g)(WH/L)]

技术参数

W WR

H L r制动减速度

amax

FRF

FRR量值25621280 6403089 341 0.8 0.567107578单位

kg kg mm mm mm g

N N

说明整车满载载重满载后桥轴荷中心到地面高度前后轴距车轮滚动半径前进倒车前进刹车后轮接地面制动反力倒车刹车后轮接地面制动反力零部件程序载荷疲劳试验开发 技术参数量值单位 说明12零部件程序载荷疲劳试验开发2、按照试验规范采集道路行驶载荷，综合道路采集的左、右轮的刹车力矩得到后桥总刹车力矩My:

My=LR_My+RR_MyLR_MyRR_MyLR_My+RR_My零部件程序载荷疲劳试验开发2、按照试验规范采集道路行驶载荷，13零部件程序载荷疲劳试验开发3、将道路采集的各子规范后桥总刹车力矩转化成车轮接地面上的总纵向力Fx‐总刹车力矩除以车轮滚动半径(

Fx=My/r)并统计总体极值。可以看出道路采集载荷的总体极值小于最大设计载荷。刹车力刹车力矩零部件程序载荷疲劳试验开发3、将道路采集的各子规范后桥总刹车14

零部件程序载荷疲劳试验开发

4、利用S‐N曲线，计算各子规范测量车轮接地面上的总纵向力对后桥的损伤强度d。可 以看出超过99%的损伤来自Test_M01，Test_M03，Test_M07，Test_M10贡献。应力集中系数Kf=2，S‐N

曲线截距C

=16，S‐N

曲线斜率b

=‐0.2dKf*(Range/C)(1/b)子规范Test_M01Test_M02Test_M03Test_M04Test_M05Test_M06Test_M07Test_M08Test_M09Test_M10Test_M11Test_M12损伤强度/循环

0.742847978 0.00112626 1.085314544 0.0017998 0.009986321 0.000618186 1.841693088 0.000816519 0.000112072 0.06934194 0.009556154 0.002810221运行次数

800 200 200 500 300 20 200 200 200 2200 250 100累计损伤强度

5.943E+02 2.253E‐01 2.171E+02 8.999E‐01 2.996E+00 1.236E‐02 3.683E+02 1.633E‐01 2.241E‐02 1.526E+02 2.389E+00 2.810E‐01累计百分比损伤强度

44.4%

0.0%

16.2%

0.1% 0.2% 0.0%

27.5%

0.0% 0.0%

11.4%

0.2% 0.0%累计总损伤强度：1.339E+3 零部件程序载荷疲劳试验开发子规范损伤强度/循环运行次数累15(1/b)零部件程序载荷疲劳试验开发5、以最大设计载荷作为试验载荷。计算每一次前进刹车和倒车刹车车轮接地面纵向力对后桥的损伤强度，并按照前进刹车和道车刹车10:1，折算出对应于测量累计总损伤强度的前进和倒车刹车循环次数。应力集中系数Kf=2，S‐N

曲线截距C

=16，S‐N

曲线斜率b

=‐0.2dKf*(Range/C)(1/b)零部件程序载荷疲劳试验开发5、以最大设16零部件程序载荷疲劳试验开发6、按照耐久试验规范计算道路试验的总载荷雨流矩阵，比较对应于FRF、FRF的测量和计算循环次数。前进刹车 倒车刹车零部件程序载荷疲劳试验开发6、按照耐久试验规范计算道路试验17零部件程序载荷疲劳试验开发7、后桥刹车载荷疲劳试验台作动器试验台架零部件程序载荷疲劳试验开发7、后桥刹车载荷疲劳试验台作动器试18WRg零部件程序载荷疲劳试验开发

后桥侧向载荷疲劳试验：

1、后桥侧向受力及最大设计载荷技术要求：

悬架压缩时侧向载荷：

FI[a

2悬架伸张时侧向载荷：W

RTH)]FO[W2RaW

RTH]技术参数

W WR

H T r 加速度amax

摩擦系数µ

FI

FO量值

2562 1280 640 1590 341 0.8 0.8 0.7

8249 1563单位

kg kg mm mm mm

N N

说明整车满载载重满载后桥轴荷中心到地面高度后轮距车轮滚动半径侧向加速度InboardOutboard悬架压缩时后轮接地面侧向反力悬架压缩时后轮接地面侧向反力WRg零部件程序载荷疲劳试验开发 FI19零部件程序载荷疲劳试验开发2、按照试验规范采集道路行驶载荷，综合道路采集的左、右轮的侧向力得到后桥总侧向力Fy:

Fy=LR_Fy+RR_FyLR_FyRR_FyLR_Fy+RR_Fy零部件程序载荷疲劳试验开发2、按照试验规范采集道路行驶载荷，20零部件程序载荷疲劳试验开发3、统计道路采集的各子规范后桥平均侧向力总体极值并于最大设计侧向载荷比较可以看出道路采集载荷的总体极值小于最大设计载荷。零部件程序载荷疲劳试验开发3、统计道路采集的各子规范后桥平均214

零部件程序载荷疲劳试验开发

4、利用S‐N曲线，计算各子规范测量平均侧向力对后桥的等损伤强度。可以看出接近

99%

的损伤来自Test_M04，Test_M06，Test_M7，Test_M10，Test_M12，贡献。应力集中系数Kf=2，S‐N

曲线截距C

=16，S‐N

曲线斜率b

=‐0.2dKf*(Range/C)(1/b)

子规范Test_M01Test_M02Test_M03Test_M04Test_M05Test_M06Test_M07Test_M08Test_M09Test_M10Test_M11Test_M12损伤强度/循环

0.002844807 2.992E‐03 8.010E‐04 2.590E‐02 3.314E‐03 3.898E‐01 3.206E‐01 2.286E‐02 1.008E‐02 3.204E‐01 6.962E‐04 1.088E‐01运行次数

800 200 200 500 300 20 200 200 2200 250 100累计损伤强度

2.276E+00 5.983E‐01 1.602E‐01 1.295E+01 9.943E‐01 7.796E+00 6.412E+01 4.573E+00 4.030E‐02 7.048E+02 1.740E‐01 1.088E+01累计百分比损伤强度

0.3% 0.1% 0.0%

1.6%

0.1%

1.0% 7.9%

0.6% 0.0%

87.1%

0.0%

1.3%累计总损伤强度：8.094E+24 零部件程序载荷疲劳试验开发 子规范损伤强度/循环运行次数22零部件程序载荷疲劳试验开发

5、以最大设计载荷作为试验载荷。计算每一次从压缩到伸张过程的侧向力循 环对后桥的损伤强度，折算出对应于测量累计总损伤强度循环次数。

应力集中系数Kf=2，S‐N

曲线截距C

=16，S‐N

曲线斜率b

=‐0.2dKf*(Range/C)(1/b)

悬架压缩时后轮接地面侧向反力：0‐8.25

kN:悬架压缩时后轮接地面侧向反力：0‐‐1.56

kN:Range=9.81

kN

一次循环的损伤强度:

d

=0.173291

等效于累计总损伤强度的循环次数:N=4671减小载荷增加循环次数65%Range

悬架压缩时后轮接地面侧向反力：0‐8.25

kN:悬架压缩时后轮接地面侧向反力：0‐‐1.56

kN:Range=6.38

kN

一次循环的损伤强度:

d

=0.173291等效于累计总损伤强度的循环次数:N=40256零部件程序载荷疲劳试验开发 悬架压缩时后轮接地面侧向反力：023零部件程序载荷疲劳试验开发6、按照耐久试验规范计算道路试验的平均侧向载荷雨流矩阵，比较对应于Range=9.81

kN的测量和计算循环次数。零部件程序载荷疲劳试验开发6、按照耐久试验规范计算道路试验24Force

(N)Force

(N)Time

(sec.)零部件程序载荷疲劳试验开发

7、后桥侧向载荷疲劳试验台LR_Fy700040001000‐2000左后载荷谱（LR_Fy）RR_Fy00.20.40.60.811.21.41.61.8右后载荷谱（RR_Fy）22.22.42.62.830‐3000‐6000‐900000.20.40.60.811.21.41.61.822.22.42.62.83Time

(sec.)Force

(N)Force

(N)Time

(sec.)零25疲劳耐久试验策略产品可靠性要求：规定条件：确定载荷强度-选择试验规范（载荷、温度、压力、振动/冲击、腐蚀…）；规定时间：可靠性寿命（时间、里程…)、置信水平（样本数、寿命循环数…）；规定功能：失效判据、失效等级。疲劳耐久试验策略产品可靠性要求：规定条件：确定载荷强度26发生频率（%）用户数量

疲劳耐久试验策略规定试验条件-确定试验规范（载荷）：

1、等效不同的用户使用；2、满足不同的可靠度要求。 不同的车辆使用、试验强度

80%60%40%Tier_1Tier_2Tier_3PG

Test

GLOBAL20%0%0246

8使用强度10121416严重度MicrosoftExcel Worksheet发生频率（%）用户数量 疲劳耐久试验策略60%Tier_127疲劳耐久试验策略可靠性寿命可靠度：在规定的条件和时间，产品可能完成规定功能（可靠的-存活），也可能完不成规定功能（不可靠的-失效）。可靠度是产品在规定条件，规定时间内，完成规定功能的概率。可靠度评价指标，根据系统可靠性理论：对于结构疲劳试验，按照可靠度要求由高到低为：整车、系统/子系统、部件（即：VTS<SSTS<CTS）。疲劳耐久试验策略可靠性寿命可靠度：在规定的条件和时间，产28零件寿命分布乘员重量分布TMicrosoftWordDocument

疲劳耐久试验策略可靠度统计计算：

由于可靠度是一个概率的描述，因此试验应当包含一定量 的试验样本/品数。计算的方法通常为：

运行试验并取得试验寿命数据；根据寿命数据判断其符合的概率分布规律；歪斜/长尾钟型/对称用数理统计的方法计算分布参数，并给出寿命-概率结果。

对汽车结构疲劳寿命试验结果分析，最常用的是2参数威布尔分布：F(t)1e()

根据分布规律和试验数据获取分布参数得过程称为参数估计，最常用的常用的方法有MLE法、秩回归法等。零件寿命分布乘员重量分布TMicrosoftWordDo29疲劳耐久试验策略可靠度与统计置信水平置信水平/置信度是针对被试零件，在给定样本数N的前提 下，对样品（零件）按照规定的广义载荷f

进行试验时所能

观察到该零件实效的可能性（或几率）、或者说针对该零件 其故障出现的可能性（或几率），用概率来描述。当样本数为1时，置信度就等于该零件的失效概率F、或1‐R（R是该零件/系统的可靠度）。对于高可靠度（失效率很低）的零件，当样本数很小时，故 障很可能观察不到（或根本不发生），因此估计得可靠度就 具有一定的不确定性。疲劳耐久试验策略可靠度与统计置信水平置信水平/置信度30

疲劳耐久试验策略置信度-试验样本数、试验周期确定：

确定样本数量： 如何让故障充分暴露（提高观察几率），基本的方法是增加样本数。 对于一个可靠度为R（R≤1），失效率为F=1-R的特定零件M。根据上述 置信度的意义，试验样本数和置信度之间的关系可以通过系统可靠度方法 得到。 当样本数等于1时，试验系统相当于图1，其可靠度为R，失效率、 为F，相应的置信度等于C。f

M图1

当样本数等于N时，由于我们对于N各样品进行的是完全相同（试验载荷）试验，并且各个样品试验之间互相独立。因此对N个样品的试验就等同于图2的由N各样品组成的的串联试验系统。 疲劳耐久试验策略f M 当样本数等于N时，由于我们对于312NNsN-疲劳耐久试验策略fMM……M

共N个

图2根据串联系统可靠度计算方法，系统可靠度为：RsP(M1M...M)P(M1)P(M2)P(M)RN系统失效率，即置信度为：CF1R

可靠性试验样本数 可靠-置信度.xls1R2NNsN-疲劳耐久试验策略fMM……M 共N个Rs32疲劳耐久试验策略确定试验周期

可以看出为了在产品开发中充分暴露问题，需要的样本数会急剧增加。比如为了以50%置信度观察到可靠度为95%的一般部件的失效，需要对14个样品进行试验；对于关键部件当可靠度为99%时，需要对69个样品进行试验。如果适当提高置信度则需要的样本数量更大。更何况为了改进，通常都需要进行不止一轮的试验验证。对于产品开发过程中的试制样品无疑代价是巨大的。而这些问题如果没有在开发阶段充分暴露，将会带来潜在的售后成本。另一个提高置信度的方法是扩展试验周期。疲劳耐久试验策略确定试验周期 可以看出为了在产品开发中充分331nttttT1nN1可性验本-可-置度靠试样数靠信.xls

疲劳耐久试验策略根据可靠度、置信度和样本数关系：R(t)n1CLog(R(t))Log(1C)样品寿命符合2参数威布尔分布：

()()

F(t)1eR(t)1F(t)eLog(R(t))()

如果对于同一样品我们分别采用两组不同样本数n和N进行试验验证，为了获得相同的置信度C，对其寿命要求（REP)规定为t和T由此得到：Log(R(t))Log(1C)()

Log(R(T))Log(1C)()

从而得到：

nN(T t)orTt

nN

可以看出，为了取得相同的置信度，增加样本数和延长试验里程能取得相同的效果。根据经验对β取值，通常（无经验数据）取1.51nt34疲劳耐久试验策略可靠性评价-给定置信水平的可靠性寿命：部件结构疲劳可靠度评价指标（REP）为，在规定载荷下：可靠性寿命：50%置信度下，给定的存活率寿命不低于规定的寿命循环次数。比如：

R10C50（或B10C50）寿命≮200000cycles寿命分布：两个给定的存活率寿命之比不大于规定值。比如：B10C50/B90C50≤1/3MicrosoftExcel工作表疲劳耐久试验策略可靠性评价-给定置信水平的可靠性寿命：部3512

疲劳耐久试验策略失效判据和故障分类:

1、失效判据：序号

零件/系统发动机部件

1)

性能

2)

机械部件（曲轴，活塞，阀，连杆，等）

3)

机油损耗

4)

发动机压力

判据无异常下降无裂纹和超标磨损最大n

g/

100km符合设计要求驱动系统部件

‐无裂纹1)

变速箱总体2)

离合器

‐踏板力

‐噪声

‐磨损3)

连接件

‐换档力‐无故障/不失灵‐无噪声超标‐无异常增加‐无噪声超标‐无故障/不失灵‐无故障/不失灵12 疲劳耐久试验策略序号 零件/系统 判据驱动系统部件3634疲劳耐久试验策略序号

零件/系统基本结构

1)

车身

‐面板

‐焊点 点焊

CO2

焊

2)

密封件运动部件 （发动机舱盖/门/

/行李箱盖）

1)

间隙/

接合缝高差

‐发动机舱挡泥板

‐Trunk

x

Side

OTR

Panel

‐门柱

2)

铰链部件

判据

‐无超标裂纹 不贯通和分离 无裂纹和分离 无灰尘浸入 车底密封件不产生裂纹无裂纹，松动，变形，配合变坏和局部 油漆损坏无超标间隙无裂纹无超标噪声34疲劳耐久试验策略序号 零件/系统 判据3756789疲劳耐久试验策略序号

零件/系统保险杠悬置支撑部件 （发动机/变速箱/座椅/散热器/电瓶/

方向盘/转向机）刹车系统悬架部件

判据不随意串动无裂纹无变形不撕裂无故障/不失灵无不均匀磨损无抖动/发啃无裂纹和破裂无变形不松动（扭矩符合技术要求）

无异常下降转向部件1)

运动件2)

几何无裂纹和破裂不松动（扭矩符合技术要求）无偏差10功能部件无明显损坏56789疲劳耐久试验策略序号 零件/系统 判据 无异常3811131417疲劳耐久试验策略序号

12 15 16

零件/系统异响噪声 锁具，发动机，发动机舱盖，装 饰件，铰链，锁销，吊钩，门 锁，燃油加注口盖，仪表板，储 物盒（手套箱）等）装配密封

‐刹车/燃油/排气系统

‐软管接头紧固件 （螺栓、螺丝等）软管/硬管/线束等传感器安全带橡胶和衬套部件

判据无异响噪声无泄漏不松动（力矩满足技术要求）表皮/面完好无故障/不失灵不松弛（满足技术要求）不撕裂无超标变形11131417疲劳耐久试验策略序号 零件/系统 判据39

疲劳耐久试验策略2、故障分类-严重度等级

裂纹评价标准故障等级123试验结束后 裂纹状态表面或焊点小裂纹（长度小小裂纹（长度小于10mm)：10mm）：-肉眼可见增长的裂纹 -可能影响车辆安全的裂纹；（不超标-中断/停止增长） -可能影响部件功能或结构完-高应力区域中的焊点（当 整性的裂纹；该焊点出现裂纹时可能 -导致部件或结构明显大变形导致其它焊点超载）。 的裂纹； -不导致车辆解体的可见裂 纹； -引起噪声（扭曲，摩擦等） 的裂纹。长裂纹（长度大于10mm）： -所有裂纹。小裂纹（长度小于10mm)或点焊： -裂纹增长不（肉眼）可 见（不超标）。反映-发布故障报告；-改变设计或制造工艺流程（跟踪）。-发布故障报告-改变设计或制造工艺流 程（跟踪）。-发布故障报告-改变设计或制造工艺流 程（跟踪）。 疲劳耐久试验策略故障等级123试验结束后表面或焊点小裂纹（40程序载荷疲劳试验程序载荷疲劳试验41目录程序疲劳试验方法零部件程序载荷疲劳试验开发疲劳耐久试验策略目录程序疲劳试验方法零部件程序载荷疲劳试验开发42程序疲劳试验方法道路载荷数据采集：驾驶习惯、随机因素的影响: n名司机、每一子规范m次重复采集每一子规范共n*m个载荷样本。程序疲劳试验方法道路载荷数据采集：驾驶习惯、随机因素的影43程序疲劳试验方法计算每个子规范一个循环样本载荷的雨流矩阵：对每个子规范一个循环样本载荷的共n*m个R-M雨流矩阵按百分位扩展（似然分析）并选定分位；程序疲劳试验方法计算每个子规范一个循环样本载荷的雨流矩阵44程序疲劳试验方法根据各子规范的循环次数，将（选定分位）一个循环的雨流矩阵扩展、外推到母体（对于来自试车场道路采集的载荷可以直接乘以循环次数）；程序疲劳试验方法根据各子规范的循环次数，将（选定分位）一45程序疲劳试验方法将各个子规范的雨流矩阵进行叠加，得到耐久试验总规范载荷雨流矩阵，并根据材料/零件的S-N曲线计算:

总载荷雨流矩阵中每一元素的疲劳损伤;

计算每一元素1次循环的疲劳损伤;程序疲劳试验方法将各个子规范的雨流矩阵进行叠加，得到耐久46程序疲劳试验方法产生载荷谱：1、循环特性R=-1（不考虑均值影响）：沿Range轴对损伤求和。损伤矩阵1）多级载荷谱：根据S-N曲线将各Range所对应的总损伤折算成与Range相应的循环次数;程序疲劳试验方法产生载荷谱：1、循环特性R=-1（不考虑47程序疲劳试验方法2）单级载荷谱：a.规定总的循环次数，根据S-N曲线将各Range的损伤总和折算到相应的Range。b.根据技术要求选定试验载荷Range，根据S-N曲线将各Range的损伤总和折算成对应于选定Range的循环次数。程序疲劳试验方法2）单级载荷谱：a.规定总的循环次数，根b48程序疲劳试验方法2、任意循环特性（考虑实际均值的影响）：1）多级载荷谱：在损伤矩阵中选定多个元素（Mean、Range）作为试验载荷、同时规定总的循环次数，将其余元素的损伤折算到选定的各个元素上并保证总次数满足规定要求；程序疲劳试验方法2、任意循环特性（考虑实际均值的影响）：1）49程序疲劳试验方法2）单级载荷谱：

a.根据技术要求在损伤矩阵中选定一个元素（Mean、Range）作为试验载荷，并计算其一次循环损伤，将损伤总和折算成对应于选定试验载荷的循环次数。例：选定（Mean=1000N,Range=8000N）为试验载荷，则：一次循环的损伤等于：2.9E-2/1000=2.9E-5将总损伤折算到试验载荷，形影的总循环次数为：9.3E-1/2.9E-5=31730程序疲劳试验方法2）单级载荷谱： a.根据技术要求在损伤矩50程序疲劳试验方法b.规定总的循环次数，将损伤总和折算到相应的元素上并保证总次数满足规定要求；例：选择试验总循环次数为：100000则：程序疲劳试验方法b.规定总的循环次数，将损伤总和折算到相应51零部件程序载荷疲劳试验开发

后桥刹车载荷疲劳试验：

1、刹车工况后桥受力及最大设计技术要求： 前进刹车：

FRF(a/g)[WR(a/g)(WH/L)]

倒车刹车：

FRR(a/g)[WR(a/g)(WH/L)]

技术参数

W WR

H L r制动减速度

amax

FRF

FRR量值25621280 6403089 341 0.8 0.567107578单位

kg kg mm mm mm g

N N

说明整车满载载重满载后桥轴荷中心到地面高度前后轴距车轮滚动半径前进倒车前进刹车后轮接地面制动反力倒车刹车后轮接地面制动反力零部件程序载荷疲劳试验开发 技术参数量值单位 说明52零部件程序载荷疲劳试验开发2、按照试验规范采集道路行驶载荷，综合道路采集的左、右轮的刹车力矩得到后桥总刹车力矩My:

My=LR_My+RR_MyLR_MyRR_MyLR_My+RR_My零部件程序载荷疲劳试验开发2、按照试验规范采集道路行驶载荷，53零部件程序载荷疲劳试验开发3、将道路采集的各子规范后桥总刹车力矩转化成车轮接地面上的总纵向力Fx‐总刹车力矩除以车轮滚动半径(

Fx=My/r)并统计总体极值。可以看出道路采集载荷的总体极值小于最大设计载荷。刹车力刹车力矩零部件程序载荷疲劳试验开发3、将道路采集的各子规范后桥总刹车54

零部件程序载荷疲劳试验开发

4、利用S‐N曲线，计算各子规范测量车轮接地面上的总纵向力对后桥的损伤强度d。可 以看出超过99%的损伤来自Test_M01，Test_M03，Test_M07，Test_M10贡献。应力集中系数Kf=2，S‐N

曲线截距C

=16，S‐N

曲线斜率b

=‐0.2dKf*(Range/C)(1/b)子规范Test_M01Test_M02Test_M03Test_M04Test_M05Test_M06Test_M07Test_M08Test_M09Test_M10Test_M11Test_M12损伤强度/循环

0.742847978 0.00112626 1.085314544 0.0017998 0.009986321 0.000618186 1.841693088 0.000816519 0.000112072 0.06934194 0.009556154 0.002810221运行次数

800 200 200 500 300 20 200 200 200 2200 250 100累计损伤强度

5.943E+02 2.253E‐01 2.171E+02 8.999E‐01 2.996E+00 1.236E‐02 3.683E+02 1.633E‐01 2.241E‐02 1.526E+02 2.389E+00 2.810E‐01累计百分比损伤强度

44.4%

0.0%

16.2%

0.1% 0.2% 0.0%

27.5%

0.0% 0.0%

11.4%

0.2% 0.0%累计总损伤强度：1.339E+3 零部件程序载荷疲劳试验开发子规范损伤强度/循环运行次数累55(1/b)零部件程序载荷疲劳试验开发5、以最大设计载荷作为试验载荷。计算每一次前进刹车和倒车刹车车轮接地面纵向力对后桥的损伤强度，并按照前进刹车和道车刹车10:1，折算出对应于测量累计总损伤强度的前进和倒车刹车循环次数。应力集中系数Kf=2，S‐N

曲线截距C

=16，S‐N

曲线斜率b

=‐0.2dKf*(Range/C)(1/b)零部件程序载荷疲劳试验开发5、以最大设56零部件程序载荷疲劳试验开发6、按照耐久试验规范计算道路试验的总载荷雨流矩阵，比较对应于FRF、FRF的测量和计算循环次数。前进刹车 倒车刹车零部件程序载荷疲劳试验开发6、按照耐久试验规范计算道路试验57零部件程序载荷疲劳试验开发7、后桥刹车载荷疲劳试验台作动器试验台架零部件程序载荷疲劳试验开发7、后桥刹车载荷疲劳试验台作动器试58WRg零部件程序载荷疲劳试验开发

后桥侧向载荷疲劳试验：

1、后桥侧向受力及最大设计载荷技术要求：

悬架压缩时侧向载荷：

FI[a

2悬架伸张时侧向载荷：W

RTH)]FO[W2RaW

RTH]技术参数

W WR

H T r 加速度amax

摩擦系数µ

FI

FO量值

2562 1280 640 1590 341 0.8 0.8 0.7

8249 1563单位

kg kg mm mm mm

N N

说明整车满载载重满载后桥轴荷中心到地面高度后轮距车轮滚动半径侧向加速度InboardOutboard悬架压缩时后轮接地面侧向反力悬架压缩时后轮接地面侧向反力WRg零部件程序载荷疲劳试验开发 FI59零部件程序载荷疲劳试验开发2、按照试验规范采集道路行驶载荷，综合道路采集的左、右轮的侧向力得到后桥总侧向力Fy:

Fy=LR_Fy+RR_FyLR_FyRR_FyLR_Fy+RR_Fy零部件程序载荷疲劳试验开发2、按照试验规范采集道路行驶载荷，60零部件程序载荷疲劳试验开发3、统计道路采集的各子规范后桥平均侧向力总体极值并于最大设计侧向载荷比较可以看出道路采集载荷的总体极值小于最大设计载荷。零部件程序载荷疲劳试验开发3、统计道路采集的各子规范后桥平均614

零部件程序载荷疲劳试验开发

4、利用S‐N曲线，计算各子规范测量平均侧向力对后桥的等损伤强度。可以看出接近

99%

的损伤来自Test_M04，Test_M06，Test_M7，Test_M10，Test_M12，贡献。应力集中系数Kf=2，S‐N

曲线截距C

=16，S‐N

曲线斜率b

=‐0.2dKf*(Range/C)(1/b)

子规范Test_M01Test_M02Test_M03Test_M04Test_M05Test_M06Test_M07Test_M08Test_M09Test_M10Test_M11Test_M12损伤强度/循环

0.002844807 2.992E‐03 8.010E‐04 2.590E‐02 3.314E‐03 3.898E‐01 3.206E‐01 2.286E‐02 1.008E‐02 3.204E‐01 6.962E‐04 1.088E‐01运行次数

800 200 200 500 300 20 200 200 2200 250 100累计损伤强度

2.276E+00 5.983E‐01 1.602E‐01 1.295E+01 9.943E‐01 7.796E+00 6.412E+01 4.573E+00 4.030E‐02 7.048E+02 1.740E‐01 1.088E+01累计百分比损伤强度

0.3% 0.1% 0.0%

1.6%

0.1%

1.0% 7.9%

0.6% 0.0%

87.1%

0.0%

1.3%累计总损伤强度：8.094E+24 零部件程序载荷疲劳试验开发 子规范损伤强度/循环运行次数62零部件程序载荷疲劳试验开发

5、以最大设计载荷作为试验载荷。计算每一次从压缩到伸张过程的侧向力循 环对后桥的损伤强度，折算出对应于测量累计总损伤强度循环次数。

应力集中系数Kf=2，S‐N

曲线截距C

=16，S‐N

曲线斜率b

=‐0.2dKf*(Range/C)(1/b)

悬架压缩时后轮接地面侧向反力：0‐8.25

kN:悬架压缩时后轮接地面侧向反力：0‐‐1.56

kN:Range=9.81

kN

一次循环的损伤强度:

d

=0.173291

等效于累计总损伤强度的循环次数:N=4671减小载荷增加循环次数65%Range

悬架压缩时后轮接地面侧向反力：0‐8.25

kN:悬架压缩时后轮接地面侧向反力：0‐‐1.56

kN:Range=6.38

kN

一次循环的损伤强度:

d

=0.173291等效于累计总损伤强度的循环次数:N=40256零部件程序载荷疲劳试验开发 悬架压缩时后轮接地面侧向反力：063零部件程序载荷疲劳试验开发6、按照耐久试验规范计算道路试验的平均侧向载荷雨流矩阵，比较对应于Range=9.81

kN的测量和计算循环次数。零部件程序载荷疲劳试验开发6、按照耐久试验规范计算道路试验64Force

(N)Force

(N)Time

(sec.)零部件程序载荷疲劳试验开发

7、后桥侧向载荷疲劳试验台LR_Fy700040001000‐2000左后载荷谱（LR_Fy）RR_Fy00.20.40.60.811.21.41.61.8右后载荷谱（RR_Fy）22.22.42.62.830‐3000‐6000‐900000.20.40.60.811.21.41.61.822.22.42.62.83Time

(sec.)Force

(N)Force

(N)Time

(sec.)零65疲劳耐久试验策略产品可靠性要求：规定条件：确定载荷强度-选择试验规范（载荷、温度、压力、振动/冲击、腐蚀…）；规定时间：可靠性寿命（时间、里程…)、置信水平（样本数、寿命循环数…）；规定功能：失效判据、失效等级。疲劳耐久试验策略产品可靠性要求：规定条件：确定载荷强度66发生频率（%）用户数量

疲劳耐久试验策略规定试验条件-确定试验规范（载荷）：

1、等效不同的用户使用；2、满足不同的可靠度要求。 不同的车辆使用、试验强度

80%60%40%Tier_1Tier_2Tier_3PG

Test

GLOBAL20%0%0246

8使用强度10121416严重度MicrosoftExcel Worksheet发生频率（%）用户数量 疲劳耐久试验策略60%Tier_167疲劳耐久试验策略可靠性寿命可靠度：在规定的条件和时间，产品可能完成规定功能（可靠的-存活），也可能完不成规定功能（不可靠的-失效）。可靠度是产品在规定条件，规定时间内，完成规定功能的概率。可靠度评价指标，根据系统可靠性理论：对于结构疲劳试验，按照可靠度要求由高到低为：整车、系统/子系统、部件（即：VTS<SSTS<CTS）。疲劳耐久试验策略可靠性寿命可靠度：在规定的条件和时间，产68零件寿命分布乘员重量分布TMicrosoftWordDocument

疲劳耐久试验策略可靠度统计计算：

由于可靠度是一个概率的描述，因此试验应当包含一定量 的试验样本/品数。计算的方法通常为：

运行试验并取得试验寿命数据；根据寿命数据判断其符合的概率分布规律；歪斜/长尾钟型/对称用数理统计的方法计算分布参数，并给出寿命-概率结果。

对汽车结构疲劳寿命试验结果分析，最常用的是2参数威布尔分布：F(t)1e()

根据分布规律和试验数据获取分布参数得过程称为参数估计，最常用的常用的方法有MLE法、秩回归法等。零件寿命分布乘员重量分布TMicrosoftWordDo69疲劳耐久试验策略可靠度与统计置信水平置信水平/置信度是针对被试零件，在给定样本数N的前提 下，对样品（零件）按照规定的广义载荷f

进行试验时所能

观察到该零件实效的可能性（或几率）、或者说针对该零件 其故障出现的可能性（或几率），用概率来描述。当样本数为1时，置信度就等于该零件的失效概率F、或1‐R（R是该零件/系统的可靠度）。对于高可靠度（失效率很低）的零件，当样本数很小时，故 障很可能观察不到（或根本不发生），因此估计得可靠度就 具有一定的不确定性。疲劳耐久试验策略可靠度与统计置信水平置信水平/置信度70

疲劳耐久试验策略置信度-试验样本数、试验周期确定：

确定样本数量： 如何让故障充分暴露（提高观察几率），基本的方法是增加样本数。 对于一个可靠度为R（R≤1），失效率为F=1-R的特定零件M。根据上述 置信度的意义，试验样本数和置信度之间的关系可以通过系统可靠度方法 得到。 当样本数等于1时，试验系统相当于图1，其可靠度为R，失效率、 为F，相应的置信度等于C。f

M图1

当样本数等于N时，由于我们对于N各样品进行的是完全相同（试验载荷）试验，并且各个样品试验之间互相独立。因此对N个样品的试验就等同于图2的由N各样品组成的的串联试验系统。 疲劳耐久试验策略f M 当样本数等于N时，由于我们对于712NNsN-疲劳耐久试验策略fMM……M

共N个

图2根据串联系统可靠度计算方法，系统可靠度为：RsP(M1M...M)P(M1)P(M2)P(M)RN系统失效率，即置信度为：CF1R

可靠性试验样本数 可靠-置信度.xls1R2NNsN-疲劳耐久试验策略fMM……M 共N个Rs72疲劳耐久试验策略确定试验周期

可以看出为了在产品开发中充分暴露问题，需要的样本数会急剧增加。比如为了以50%置信度观察到可靠度为95%的一般部件的失效，需要对14个样品进行试验；对于关键部件当可靠度为99%时，需要对69个样品进行试验。如果适当提高置信度则需要的样本数量更大。更何况为了改进，通常都需要进行不止一轮的试验验证。对于产品开发过程中的试制样品无疑代价是巨大的。而这些问题如果没有在开发阶段充分暴露，将会带来潜在的售后成本。另一个提高置信度的方法是扩展试验周期。疲劳耐久试验策略确定试验周期 可以看出为了在产品开发中充分731nttttT1nN1可性验本-可-置度靠试样数靠信.xls

疲劳耐久试验策略根据可靠度、置信度和样本数关系：R(t)n1CLog(R(t))Log(1C)样品寿命符合2参数威布尔分布：

()()

F(t)1eR(t)1F(t)eLog(R(t))()

如果对于同一样品我们分别采用两组不同样本数n和N进行试验验证，为了获得相同的置信度C，对其寿命要求（REP)规定为t和T由此得到：Log(R(t))Log(1C)()