基于中国市场的汽车耐久性试验研究

70-50 刹车10次
40
A1
A2
过弯前
B1
(高环出入口)
(2环出入口)
驻车拉手刹5次 按喇叭5次 怠速20秒
驻车拉手刹5次 按喇叭5次 发动机熄火 10秒后起动
驻车拉手刹5次 按喇叭5次 怠速20秒
图7
走行模式规范示例
6.4 试验场及社会路面载荷采集与分析 6.4.1 试验场路面载荷采集 按照 5.1 路面载荷采集的方法，试验车在安装好六分力仪、应变片、加速度传感器后， 按照空载、半载、满载三种配载方式，按初步建立的试验场耐久试验工况模式实施走行，共 采集 15 组原始载荷数据，处理完的数据按照一定比例完成累加。 6.4.2 社会路面载荷采集 通过中国市场的用户使用习惯及道路环境调查， 获取用户走行的路面及车速构成， 如图 8 所示，根据这些信息，选取社会特征路面，按照 6.4.1 的配载方式采集社会路面载荷数据， 作为基准路面生成理想 S-N 曲线，用以与试验场耐久模式强度对比。
FR
L
FR
R
RR
L
RR
R
FLR地板
图 3 六分力仪设备与采集数据说明 5.2 路面载荷数据处理方法 5.2.1 载荷数据预处理 如图 4 所示，采集载荷的原始数据为加速度、力、扭矩、微应变随时域变化的曲线。 对于曲线上受干扰的数据要予以切除， 如加速度曲线上突发 “尖点” 一般判断为受干扰位置， 对应所有通道此时间段的数据均予以切除。
1） 2） 3） 4）
路面环境，山路、高速公路、城市道路等路面的状况及所占比例； 使用习惯，刹车的强度与频度，手刹、车窗、CD 机等使用频率； 自然环境，车辆使用时的最高最低气温、日照、湿度等自然环境因素； 社会环境，各区域的燃油品质、排放标准等社会环境因素；
5 路面载荷采集与疲劳损伤计算方法
5.1 路面载荷采集 路面对车辆的输入力，主要通过轮胎经悬架、减震器等路径传递，路面载荷采集的传感 器布置在车辆输入力传递路径上。依此原则，如图 3 所示依此采用轮胎六分力仪、应变片及 加速度传感器布置在轮胎、悬架上下臂、减震弹簧、减震器座上。
D di
i 1 i 1
n
n
ni Ni
（1）
式（1）中， Ni σ-n 曲线上对应于应力级 σi 的破坏循环次数；
ni 在应力级 σi 作用下的实际工作循环次数；
设 N 0 为对应于疲劳极限 1 的极限寿命，则根据 Basquin 关系式，有：
1 Ni N0 i
将采集的路面载荷数据经雨流法计数处理，随时域变化的连续数据被分进 100 个 区间，输出结果的单位为次数，完成采集数据的处理如图 5 所示。
应变或应力
17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 100 ・・ LF-Fx 0 46 73 79 112 93 146 242 296 454 704 1094 2281 6043 28437 47426 63805 257224 LF-Fy 0 0 6 13 13 14 22 21 43 74 116 274 571 1454 5071 22898 59449 127048 LF-Fz 0 6 6 18 20 26 50 56 87 136 282 454 781 1714 4227 11065 35956 49922 RF-Fx 0 46 89 82 110 146 204 240 474 572 1028 1662 5422 18868 46549 21110 68015 264765 RF-Fy 0 1 8 8 14 6 33 28 39 74 130 298 674 1992 7401 24698 52680 128447 RF-Fz 0 13 9 16 28 34 33 70 95 141 264 447 881 1707 4414 12026 40911 47647 G-T 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 18 80 371 4452 50406 G-B 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 17 76 369 8331 108600 G-LF-L 0 10 13 11 15 36 32 60 70 113 153 290 492 968 2463 9450 57613 165342 G-RF-L 0 9 10 13 14 31 33 63 55 137 195 323 532 1056 2525 9519 67104 169353
4~6S 车速(km/h) 20m 80
70 60 50 40 30 20 10 30 15 30 20 20 制动路4 制动路1 制动路2
3~6S 1100m
60 40 40
3~6S
6~11S 700m
3~6S
3~4S 3~6S 1700m
70 70
4~7S
6~11S
400m
60
60 40 40 40 50
K
式（4）中， L1 社会路面走行的里程数
L1 L0
（4）
L 0 试验场耐久试验走行的里程数
6.2 中国用户使用习惯调查 按照前述中国用户使用习惯调查的方法，近年来我们相继在中国广州、北京、上海、哈 尔滨、温州、青岛、西安等 8 个城市，采集了共计 56 位车主一段时间内的使用习惯、路面 环境等数据。 通过分析提取了中国用户操作类及走行类数据， 这些数据对耐久试验模式的建 立提供了依据。 6.3 耐久走行模式的初步建立 基于中国用户使用习惯调查及国内某国家级试验场的场地条件， 初步设置了高速、 城市、 山路、恶路、塞车等工况的整车耐久试验走行模式。结合试验场走行轨迹上的定位点，确定 每一区间的速度、加速度和刹车的操作规范，如图 7 所示。
图 4 采集载荷原始数据 在汽车行驶过程中直接采集的载荷为随时域变化连续数据，即载荷-时间历程、应变-时 间历程数据，由于随机载荷的不确定性，这种谱无法直接用于疲劳寿命估算，必须对它进行 统计处理。处理后的载荷-时间历程称为载荷谱，载荷谱是具有统计特性的图形，能本质的 反映零件的载荷变化情况。对于随机载荷，广泛使用的统计分析方法主要为计数法。将载荷 -时间历程处理为一系列的全循环或半循环的过程叫作计数法[2]。国外提出的计数法已有十 几种， 现在使用最多的双参数计数法是雨流计数法。 该法认为塑性的存在是疲劳损伤的必要 条件，而且其塑性性质必须为应力-应变的迟滞回线。
2 汽车耐久试验模式建立流程
汽车耐久模式的建立，来源于用户使用习惯及环境调查，并依据试验场的现地条件，通 过试验模式及社会路面的强度对比，在达成耐久试验目标的基础上构建耐久试验模式[1]，总 体建立流程如图 1 所示。
图 1 耐久模式建立流程
3 疲劳损伤理论
3.1 S-N 曲线 材料疲劳失效以前所经历的应力或应变循环数称为疲劳寿命。表示这种应力(应变)水平S 和标准试样疲劳寿命N之间关系的曲线称为材料的S-N曲线[2]。 3.2 累积疲劳损伤理论 [3] 疲劳破坏是一个累积损伤的过程。当前, 计算随机载荷下机件的疲劳寿命的理论和方 法有多种多样，Miner 线性疲劳累积损伤理论由于其表达式简单, 且在多数情况下其寿命估 算与试验结果有相当程度的吻合, 所以是目前应用最为普遍的疲劳寿命预测方法。 由 Miner 疲劳累积损伤理论有, 总损伤量
CH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 位置 项 目 传感器 六分力 六分力 六分力 应变片 加速度计 加速度计 六分力 六分力 六分力 应变片 加速度计 加速度计 应变片 加速度计 加速度计 应变片 加速度计 加速度计 加速度计 加速度计 单位 N N N mm G G N N N mm G G mm G G mm G G G G 上下力 前后力 左右力 弹簧压缩量 弹簧下部加速度 弹簧上部加速度 上下力 前后力 左右力 弹簧压缩量 弹簧下部加速度 弹簧上部加速度 弹簧压缩量 弹簧下部加速度 弹簧上部加速度 弹簧压缩量 弹簧下部加速度 弹簧上部加速度 前后加速度 左右加速度
式（2）中， 1 疲劳极限；
m
（2 ）
N 0 疲劳极限对应的疲劳寿命；
将式（2）代入式（1）中可得累积损Байду номын сангаас的计算公式：
n ni ni ni im D m m N 0 1 i 1 N i i 1 1 i N 0 n
（3）
根据 Miner 理论，当材料整个损伤完毕时，D=1，就发生疲劳破坏。
9.11% 10.55%
6.00% 30.13%
0-40KM/h 40-60KM/h 60-80KM/h 80-100KM/h 100-120KM/h 120KM/h以上
18.27% 25.94%
图 8 社会路面采集的轨迹及速度构成（例） 6.4.3 试验场与社会路面载荷强度对比 按照 5.2 中论述的方法，计算试验场损伤值相对社会路面损伤值的比例。试验中采集的 路面载荷，每个通道观测的项目都不一样，损伤值的计算需要分开进行，如表 1 所示。
基准路面输入值
理想 S-N 曲线生成 （使基准路面输入值的 Dm=1）
试验场路面输入值
试验场与基准路面损伤值对比 图6 疲劳损伤值计算流程
6 耐久试验模式的建立与完善
6.1 试验目标的设定： 为了缩短试验周期, 道路耐久性试验一般都在具有各种特征强化路面的试验场进行, 如扭曲路、 石块路以及长波路等。 为使试验结果具有可比性, 必须确定各种强化路面相对于 普通路面的强化系数。 所谓强化系数, 是指相同失效形式下, 汽车在社会路面走行的里程数 与在试验场强化路面行驶的里程数之比,
4 中国用户使用习惯调查
中国市场用户的使用习惯及道路环境信息包括路面环境、 用户使用车辆习惯、 自然环境 和社会环境四个方面，如图 2 所示。根据这四个方面的实地调查信息，统计出中国市场用户 实际操作车辆的习惯以及车辆走行路面的特征，这些特征构成耐久试验模式确立的依据。
图 2 用户使用习惯及道路环境的信息构成图
【关键词】耐久性试验、用户调查、载荷谱、损伤值
1 前言
整车耐久试验是评价汽车可靠性、 耐久性最直接有效的技术措施， 国内各大汽车企业在 新车型设计、试制阶段均要对整车展开耐久试验，以验证汽车的可靠性，减少投产后的市场 不良问题。 中国早期展开的耐久试验大多是为了保证在最极端工况下车辆构件不发生断裂、破损， 且能满足一定的商品性要求，这些试验模式的设立主要依赖于经验值[1]。国内大部分合资汽 车公司的耐久试验普遍依赖母公司在海外开展， 由于对中国市场情况缺乏掌握， 导致耐久试 验模式与中国用户关联不足。 尽管广汽本田汽车有限公司是一家中外合资企业， 但一直致力 于汽车耐久试验方法的研究与实践， 通过对中国市场用户的使用习惯及道路环境的调查， 并 结合国内某国家级试车场的试验路面情况， 建立并不断完善适用于整车试制阶段的耐久试验 模式，用以提升整车可靠性品质及中国用户满意度。
基于中国市场的汽车耐久性试验研究
陈迪铖 周勇强 陈振威 蔡乐乐 广汽本田汽车有限公司，广州，510700
【摘要】汽车耐久性试验是考核和验证整车可靠性的一种重要手段，目前国内各汽车企业开展的整车耐久 试验普遍存在试验方法不规范、试验模式与中国用户关联不足等问题，本文基于疲劳损伤的理论，通过开 展中国市场用户使用习惯调查，运用六分力仪对试验场和社会路面进行了载荷采集并实施数据分析，提出 了一种整车耐久试验模式建立的方法。实践表明，该耐久试验方法可缩短试验周期，加快不良显现及对策， 减少新车上市后的市场多发不良问题，提升整车可靠性品质。
图 5 雨流法处理后的载荷谱数据 5.2.2 疲劳损伤值的计算 经雨流计数法处理后的数据输入材料的 S-N 曲线中，会计算出疲劳损伤 Dm 值，这里 的 Dm 值是绝对值，而车辆底盘及车身是由多种材料组成，每一种材料都有自己的 S-N 曲 线，无法简单代入计算绝对损伤值。这里需要导入相对损伤值的概念，构造理想 S-N 曲线， 基准路面输入值代入 S-N 曲线当中，使 Dm 值刚好为 1。再将试验场的路面输入值代入理想 S-N 曲线中，计算出来的损伤值即反映试验场路面强度与基准路面的对比，整体流程如图 6 所示。