汽车疲劳耐久性道路试验课件

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1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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21Vehiclespeed(km/h)车辆使用测量-结果承载结构载荷-行使速度Distance Level of Vehicle speed050100150200

9、Distances (km)22Vehiclespeed(km/h)Cutons车辆使用测量-结果承载结构载荷-载荷分布V-speed Distributionof WFT Force1601401201008060402000.E+0 2.E+0 4.E+0 6.E+00444CountsLe v e l-Crossing of LF WFT Force1.E+051.E+058.E+046.E+044.E+042.E+040.E+00-4.0-3.5-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.02.53.03.54.0Force (kN)23CycleCou

10、nts)车辆使用测量-结果承载结构载荷-循环载荷Rainflowof WFT_LF_FxDYPGGMW155311.E+081.E+071.E+061.E+051.E+040.00.51.01.52.02.53.03.54.0Range(kN24CyclesCountCyclesCount车辆使用测量-结果承载结构载荷- 循环载荷10000100010000100090%ileEstimate90%Upperbound90%Lowerbound1001011001010408012016004080120 160 200Strain(ue)Strain(ue)25车辆使用测量-结果驾驶习惯、装

11、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1.401.201.221.000.800.600.401.001.050.830.450.550.670.830.970.360.200.00PG TESTPublic Road29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

12、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。MicrosofterPoint PresentaMicrosoftowerPoint Presentatio 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。MicrosoftowerPoint PresentatioMicrosoftowerPoint PresentatioMicrosoftowerPoint Presentatio30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

13、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 N i , 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：n h n h

14、, 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 D i , j ( i , j 1 , 2 ,. l )d h d h , 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 kh 1A h dhkh 1A h dh , i , j32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 D i , j k Ah dh 1h ,i , jk Ah d h ,i

15、, 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）34RRRR道路相关技术从式（1）得到： DRi , j kh 1AhdRh , i , jD 1 R, 1.D

16、1 R, mD 2 , 1.D 2 , m.D m , 1.D m , mkh 1kh 1kh 1kh 1kh 1kh 1A h dA h dA h dA h dA h dA h d.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。35TT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

17、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： D i kh 1A h d h , i k A h d h , i Th 1 N N . N12lkh 1kh 1kh 1AA.Ahhhnnnh , 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。362i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

18、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：m m i 1 j 1( DRi , jkh 1A h dRh , i , j) Min方法 2：li 1( Nkh 1A h n h , i ) 2 Min37一般耐久试验开发（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BP

19、G_T01。MicrosoftowerPoint Presentatio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_TM01BPG_TM02BPG_TM03BPG_TM04BPG_TM05BPG_TM06BPG_TM07BPG_TM08BPG_TM09BPG_TM10BPG_TM11BPG_TM12BPG_TM13BPG_TM14BPG_TM15BPG_TM16行驶速度(km/h)55404040/4850013001300500503060140040Max

20、350060长度/循环（km）110.20.15.5167.50.880.21.3112222.33时间/循环（Minutes）551130581021465125103933333ZY44333一般耐久试验开发（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

21、,My&MzkNkNmkNmkNmkNmmm4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YYTorkNkNkNue222参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&FzuegkN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：5340一般耐久试验开发（方法1） 相关结果:子规范（道路或操作）BPG_TM01BPG_TM02BP

22、G_TM03BPG_TM04BPG_TM05BPG_TM06BPG_TM07BPG_TM08BPG_TM09BPG_TM10BPG_TM11BPG_TM12BPG_TM13BPG_TM14BPG_TM15BPG_TM16加权次数 Ah30010020020030402040040080010002008002001000400里程（km）30010020040388020480060001760200260880040022000920总计：46683km41一般耐久试验开发（方法1）相关结果-雨流对比：MicrosoftowerPoint Presentatio42一般耐久试验开发（方法1）

23、 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_T11.001.001.001.001.001.00BPG_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_FxBPGDPGFR_FxRL_Fx44一般耐久试验开发（方法1）FL_FyRL_

24、FyBPGDPGFR_FyRL_Fy45一般耐久试验开发（方法1）FL_FzRL_FzBPGDPGFR_FzRL_Fz46NN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 /1100 hrs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 : 1.6 DOHC变速箱 : 5-speed AT悬架形式前 : 麦佛逊后 : 双连杆整备重量 : 1255 kg车轮/胎压 : 195/55R 15 (0.18Mpa)设备 & 软件 数据采集系统- 制造商 :

25、SoMat U.S.A- 型 号 : e-DAQ FCS 车轮力传感器- 制造商 : MSC U.S.A试件传感器 软件- 数据采集:SoMat TCE for e-DAQ- 数据处理分析:nSfot E- 损伤相关:nSfot E48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: 409.6 Hz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 5950.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

26、久性试验ch1加速结构耐久性试验Road 1Road 2Road 3Road kch1数据处理ch2ch3ch3ch2ch3(编辑、滤波编辑、滤波)51CyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCount.CyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCount.CyclesCount.0401ch28 0 .0 le7 0 .0 le10001000.11010tim a E9 .810000加速结构耐久试验开发（方

27、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-原始雨流原始雨流10000100010010000ch1ch210001001000ch1ch2100010010180Strain(ue)120160101010001 0 0 100001 0 4 100080120160ch310101001040100010080120160ch31100S tr a in ( u e )1Strain(ue)100104080120160040801201601S tr a in (u e )Strain(ue)0408012016004080120160Strain(ue)S

28、tra in(u e )雨流计算-似然估计1000010001001010 .19 9 .8 le9 0 .0 le8 0 .0 le7 0 .0 le6 0 .0 le5 0 .0 le100001000100001001000100 21 4 01 060 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0 2 0 0E s tim a te ch1E s tim a teE s tim a teE s tim a teE s tim a teE 9 s 9 .8 le te stim a te9 0 .0 le E stim a te8 0 .0 le E stim a

29、te7 0 .0 le E stim a te6 0 .0 le E stim a te5 0 .0 le E stim 9 a te le E stim a te9 0 .0 le E stim a te8 0 .0 le E stim a te7 0 .0 le E stim a te6 0 .0 le E stim a te5 0 .0 le E stim a tech31 0001001010.110001001010 20 40 6 0 8 0 1 00 120 140 160 180100010099.8le E stim ate90.0le E stim ate80.0le E

30、stim ate70.0le E stim ate60.0le E stim ate50.0le E stim ate9 9 .8 le9 0 .0 le6 0 .0 le5 0 .0 leE stim a teE stim a teE stim a teE stim a teE stim a teE stim a te99.8le E stim ate90.0le E stim ate80.0le E stim ate70.0le E stim ate60.0le E stim ate50.0le E stim atech1ch2ch399.8leEstimate90.0leEstimate

31、80.0leEstimate70.0leEstimate60.0leEstimate50.0leEstimate0 20 40 60 80 1180Strain(ue)0 .1S tr a in ( u e )? ? ? ? ? ? ? ? ?20 40 60 80 118020010 .1100 1 2 0S tra in (ue )40 6080 100 120 140 160 180S tr a in ( u e )S tra in (u e )0 .1? ? ? ? ? ? ? ?0 .120 40 60 80 1180200S tr a in ( u e )20 40 60 80 1

32、00 120 140 160 180? ? ? ? ?S tra in (u e )52CyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCount.CyclesCount.CyclesCountCyclesCountCyclesCount.90% Lower bound116001010001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100009 0 % ile E s tim a te9 0 % U p p e r b o un d9 0 % L o w e r b o un

33、 dch1100090le Estimate90% Upper bound90% Lower boundch1选择目标雨流-百分位百分位-显著性10001 01 0 0 0 01 01 0 0 01 100100000 10 401000180 120S tra in ( u e )9 0 % ile E s tim a te9 0 % U p p e r b o un d9 0 % L o w e r b o un d9 0 % ile E s tim a te9 0 % U p p e r b o un d9 0 % L o w e r b o un d200ch2ch390le Esti

34、mate90% Upper bound90% Lower bound90le Estimate90% Upper bound10 100100010 10001 20 40 60 80 100 120 140 160 180ch2ch3100Strain(ue)0104080 120S tra in ( u e )16020001 20 40 60 80 100 120 140 160 180100010090leEstimate90%Upperbound90%LowerboundStrain(ue)120 40 60 80 100 120 140 160 18010 20 40 60 80

35、1180Strain(ue)04080120160200Strain(ue)S tra in ( u e )目标载荷1E71E79 0 .0 le E stim a te9 0 % U p p e r b o und9 0 % L o w e r b o und9 0 .0 le E stim a te9 0 % U p p e r b o und9 0 % L o w e r b o undch1ch2加速耐久道路载荷-源载荷-扩展百分位雨流扩展百分位雨流1000001000000100001000001E79 0 .0 le E stim a te9 0 % U p p e r b o u

36、nd9 0 % L o w e r b o undch310001 0 0 01 0 0 0 0 0 0040801201601 0 0 0 1 0 0 0 0 0S tra in (u e )0 0000 4080120160S tra in (u e )100004080120160S tra in (u e )整车一般耐久试验载荷 -目标载荷53CyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCountCyclesCountCy

37、clesCount.CyclesCountCyclesCountCyclesCount10001001001040加速结构耐久试验开发（方法2）相关计算混合 - 加速结构耐久道路损伤等于整车一般耐久试验整车一般耐久性试验加速结构耐久性试验1000Road 1100101010001001040100080120160Strain(ue)11000104080120160Strain(ue)104080120160Strain(ue)Road 21000100101100010001040100080120160Strain(ue)11000104080120160Strain(ue)10408

38、0120160Strain(ue)Road 31001E71010001001000000 1E710140100080Strain(ue)100120160100000 0000 1E70104080Strain(ue)120160110000 0000 00004080Strain(ue)1201601000 0000 00001000 000080120160S train (ue )10004080120160S train (ue )04080120160S train (ue )1000Track 10100101010001001040100080120160Strain(ue)11000104080120160Strain(ue)104080120160Strain(ue)目标载荷优化混合LMS CombiTrack原载荷加速结构耐久性试验54加速结构耐久试验开发（方法2）55加速结构耐久试验开发（方法2）相关结果-雨流对比：MicrosoftowerPoint Presentatio目标计算56加速结构耐久试验开发（方法2）相对损伤计算（整车一般耐久试验损伤=1.00）57加速结构耐久试验开发（方法2）58加速结构耐久试验开发（方法2）59加速结构耐久试验开发（方法2）60加速结构耐久试验开发（方法2）61