汽车疲劳耐久性试验道理试验

汽车疲劳耐久性试验道理试验第1页，共61页，2023年，2月20日，星期一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第2页，共61页，2023年，2月20日，星期一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第3页，共61页，2023年，2月20日，星期一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第4页，共61页，2023年，2月20日，星期一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第5页，共61页，2023年，2月20日，星期一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第6页，共61页，2023年，2月20日，星期一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第7页，共61页，2023年，2月20日，星期一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第8页，共61页，2023年，2月20日，星期一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第9页，共61页，2023年，2月20日，星期一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第10页，共61页，2023年，2月20日，星期一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第11页，共61页，2023年，2月20日，星期一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第12页，共61页，2023年，2月20日，星期一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第13页，共61页，2023年，2月20日，星期一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第14页，共61页，2023年，2月20日，星期一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第15页，共61页，2023年，2月20日，星期一车辆使用测量-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第16页，共61页，2023年，2月20日，星期一车辆使用测量-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第17页，共61页，2023年，2月20日，星期一车辆使用测量-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第18页，共61页，2023年，2月20日，星期一车辆使用测量-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第19页，共61页，2023年，2月20日，星期一车辆使用测量-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第20页，共61页，2023年，2月20日，星期一车辆使用测量-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第21页，共61页，2023年，2月20日，星期一Vehiclespeed(km/h)

车辆使用测量-结果承载结构载荷-行使速度

Distance@LevelofVehiclespeed050100150200Distances(km)

22第22页，共61页，2023年，2月20日，星期一Vehiclespeed(km/h)Cutons

车辆使用测量-结果承载结构载荷-载荷分布

V-speedDistribution ofWFTForce

160 140 120 100 80 60 40 20 0 0.E+02.E+04.E+06.E+00444

CountsLevel-CrossingofLFWFTForce

1.E+05 1.E+05 8.E+04 6.E+04 4.E+04 2.E+04 0.E+00-4.0-3.5-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.02.53.03.54.0Force(kN)

23第23页，共61页，2023年，2月20日，星期一CycleCounts)

车辆使用测量-结果承载结构载荷-循环载荷

RainflowofWFT_LF_FxDYPGGMW15531

1.E+08 1.E+07 1.E+06 1.E+05 1.E+040.00.51.01.52.02.53.03.54.0Range(kN

24第24页，共61页，2023年，2月20日，星期一CyclesCountCyclesCount

车辆使用测量-结果承载结构载荷-循环载荷10000 100010000 100090%ileEstimate90%Upperbound90%Lowerbound100 10 1100 10 10408012016004080120160200Strain(ue)Strain(ue)25第25页，共61页，2023年，2月20日，星期一车辆使用测量-结果驾驶习惯、装置使用、动力传动系统载荷测量26第26页，共61页，2023年，2月20日，星期一百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第27页，共61页，2023年，2月20日，星期一车辆使用测量-应用28第28页，共61页，2023年，2月20日，星期一相对损伤Test1Test3Test295%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

1.401.201.221.000.800.600.401.001.050.830.450.550.670.830.97

0.360.200.00PGTESTPublicRoad29第29页，共61页，2023年，2月20日，星期一

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。

Microsoft owerPointPresentatio

MicrosoftowerPointPresentatio

MicrosoftowerPointPresentatio30第30页，共61页，2023年，2月20日，星期一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-（Minor

rule）。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第31页，共61页，2023年，2月20日，星期一

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,j1,2,......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,j1,2,......l,h1,2,......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,j1,2,......l)dh[dh,i,j](i,j1,2,......l,h1,2,......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

h1Ahdh

k

h1Ah[dh,i,j]32第32页，共61页，2023年，2月20日，星期一

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：

Dd[Di,j]

kAh[d

h1h,i,j

k][Ahdh,i,j]

h1……(1)(i,j1,2,......l,h1,2,......k)

33第33页，共61页，2023年，2月20日，星期一

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第34页，共61页，2023年，2月20日，星期一RRRR道路相关技术从式（1）得到：{D

Ri,j}{

k

h1Ahd

Rh,i,j}

D1R,1

...

D1R,m

D2,1

...

D2,m

...

D

m,1

...Dm,m

k

h1

k

h1

k

h1

k

h1

k

h1

k

h1

Ahd Ahd Ahd Ahd AhdAhd............

R h,1,1

R h,1,m

R h,2,1

R h,2,m R h,m,1

Rh,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第35页，共61页，2023年，2月20日，星期一TT

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

h1Ah{dh,i}

k{Ahdh,i}T h1NN...N1 2

l

k

h1

k

h

1

k

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第36页，共61页，2023年，2月20日，星期一2i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

i1j1(D

Ri,j

k

h1Ahd

Rh,i,j)Min方法2：

l

i1(N

k

h1Ahnh,i)2Min37第37页，共61页，2023年，2月20日，星期一一般耐久试验开发（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。

Microsoft owerPointPresentatio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第38页，共61页，2023年，2月20日，星期一

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‐01 BPG_TM‐02 BPG_TM‐03 BPG_TM‐04 BPG_TM‐05 BPG_TM‐06 BPG_TM‐07 BPG_TM‐08

BPG_TM‐09 BPG_TM‐10 BPG_TM‐11 BPG_TM‐12 BPG_TM‐13 BPG_TM‐14 BPG_TM‐15 BPG_TM‐16行驶速度

(km/h)

5 5 40 40 40/48 50 0‐130 0‐130

0‐50 0‐50 30‐60 140 0‐40 Max 35‐0 0‐60长度/循环 （km）

1 1 0.2 0.1

5.5 1 6 7.5 0.88 0.2 1.3 11 2 22 2.3 3

时间/循环（Minutes）

5 5 1 1 30 5 8 10 2 1 4 6 5 12 5 1039第39页，共61页，2023年，2月20日，星期一33333ZY44333

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&

Fz Fx,

Fy&

Fz Fx,

Fy&

Fz单位

kN kN kN数量

3 3 3参数用途 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

kNkNmkNmkNmkNm mm4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

Y YTorkNkNkNue222参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&

Fzue gkN参考参考参考动力传动系统支撑发动机悬置3

轴力Fx,

Fy&

FzkN参考纵向支撑前后力FxkN1参考整车行驶工况车辆总线车速速度km/h1参考总计：5340第40页，共61页，2023年，2月20日，星期一

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‐01 BPG_TM‐02 BPG_TM‐03 BPG_TM‐04 BPG_TM‐05 BPG_TM‐06 BPG_TM‐07 BPG_TM‐08 BPG_TM‐09

BPG_TM‐10 BPG_TM‐11 BPG_TM‐12 BPG_TM‐13 BPG_TM‐14 BPG_TM‐15 BPG_TM‐16加权次数Ah

300 100 200 200 30 40 20 400 400 800 1000 200 800 200 1000 400

里程 （km）

300 100 200 40 3 880 20 4800 6000 1760 200 260 8800 400 22000 920总计：46683

km41第41页，共61页，2023年，2月20日，星期一一般耐久试验开发（方法1）相关结果-雨流对比：MicrosoftowerPointPresentatio42第42页，共61页，2023年，2月20日，星期一

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_T1

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

BPG_T1

1.31

0.87

1.03

0.91

1.23

1.07

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第43页，共61页，2023年，2月20日，星期一一般耐久试验开发（方法1）FL_Fx RL_FxBPGDPGFR_Fx RL_Fx44第44页，共61页，2023年，2月20日，星期一一般耐久试验开发（方法1）FL_Fy RL_FyBPGDPGFR_Fy RL_Fy45第45页，共61页，2023年，2月20日，星期一一般耐久试验开发（方法1）

FL_FzRL_FzBPGDPGFR_Fz RL_Fz46第46页，共61页，2023年，2月20日，星期一NN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第47页，共61页，2023年，2月20日，星期一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: nSfotE48第48页，共61页，2023年，2月20日，星期一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：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

49第49页，共61页，2023年，2月20日，星期一加速结构耐久试验开发（方法2）主要测量通道(测量载荷)共5950第50页，共61页，2023年，2月20日，星期一...............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

Road1 Road2 Road3 Roadk

ch1数据处理ch2ch3ch3ch2ch3(编辑、滤波…)

51第51页，共61页，2023年，2月20日，星期一CyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCount.........CyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCount.........CyclesCount......0401ch280.0le70.0le10001000.11010timaE9.810000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10000 1000 10010000ch1ch21000 1001000ch1ch2100010010 180Strain(ue)12016010 101000 10010000 104100080120160ch310 10100 10401000 10080120160ch31100Strain(ue)1

Strain(ue)100104080120160040801201601Strain(ue)Strain(ue)0408012016004080120160Strain(ue)Strain(ue)雨流计算-似然估计10000 1000 100 10 1 0.1

99.8le 90.0le 80.0le 70.0le 60.0le 50.0le10000 1000 10000 100 1000 10 02140106080100120140160180200Estimate

ch1EstimateEstimateEstimateEstimateE9s9.8letestimate90.0leEstimate80.0leEstimate70.0leEstimate60.0leEstimate50.0leEstim9ateleEstimate

90.0leEstimate 80.0leEstimate 70.0leEstimate 60.0leEstimate 50.0leEstimatech31000 100 10 1 0.11000 100 10 1 0204060801001201401601801000 10099.8leEstimate90.0leEstimate80.0leEstimate70.0leEstimate60.0leEstimate50.0leEstimate99.8le90.0le60.0le50.0leEstimateEstimateEstimateEstimateEstimateEstimate 99.8leEstimate 90.0leEstimate 80.0leEstimate 70.0leEstimate 60.0leEstimate 50.0leEstimatech1ch2 ch3

99.8leEstimate 90.0leEstimate 80.0leEstimate 70.0leEstimate 60.0leEstimate 50.0leEstimate020406080100120140160180 Strain(ue)0.1

Strain(ue)?????????20406080100120140160180200 10.1

100120Strain(ue)406080100120140160180Strain(ue)Strain(ue)0.1?????????0.120406080100120140160180200Strain(ue)20406080100120140160180?????????Strain(ue)52第52页，共61页，2023年，2月20日，星期一CyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCount......CyclesCount......CyclesCountCyclesCountCyclesCount......90%Lowerbound116001010001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1000090%ileEstimate90%Upperbound90%Lowerboundch1100090leEstimate90%Upperbound90%Lowerboundch1选择目标雨流-百分位-显著性1000 1010000 101000 1100 10000 01040 1000 180120 Strain(ue)

90%ileEstimate 90%Upperbound 90%Lowerbound 90%ileEstimate 90%Upperbound 90%Lowerbound200ch2 ch3

90leEstimate 90%Upperbound 90%Lowerbound1001000

90leEstimate 90%Upperbound

101001000 10100 0120406080100120140160180ch2 ch3100Strain(ue)0104080120 Strain(ue)1602000120406080100120140160180100010090leEstimate90%Upperbound90%LowerboundStrain(ue)1204060801001201401601801020406080100120140160180 Strain(ue)04080120160200Strain(ue)Strain(ue)目标载荷

1E710000001E790.0leEstimate90%Upperbound90%Lowerbound

90.0leEstimate 90%Upperbound

90%Lowerbo