試驗場路譜等效分析

李建澎

（中國第一汽車股份有限公司天津技術開發分公司）

隨著汽車工業的高速發展，我國自主品牌汽車制造商面臨著激烈的競爭，一方面對產品疲勞耐久性能的要求逐步提高，另一方面對產品輕量化以節省成本、提高競爭力的要求日益迫切。因此，對整車在國內試車場的強化耐久性能試驗也有了更高的要求。之前，某國產汽車制造商一直在北京通縣試驗場進行可靠性試驗，現需要試驗車同時滿足吉林農安試驗場可靠性試驗規范的要求。考慮到地域限制，為了節約時間及成本，計劃通過某車型以2個試驗場的路譜采集為基礎，通過當量計算，獲得等效結果。

1 等效原理

在計算零件的損傷時，通常通過應力信號根據零件的S-N曲線運用相應的方法進行計算，得出相應的損傷值。在實際工程實踐中，從能量分析的角度出發，各種信號（包括力、力矩、位移、加速度及應變）都可認為是“廣義應力”。將“廣義應力”信號用雨流計數法統計載荷循環數后，按照預先給定的標準S-N曲線，不考慮均值的影響，根據Miner法則進行計算得出的損傷稱之為名義損傷或偽損傷[1]。

計算損傷可采用LMS TecWare軟件，其使用的標準S-N曲線為工程界所廣泛采用。需要指出的是，采用這種方法得到的絕對數值并無實際意義，只能在同種信號間進行相互比較，是一種基于能量的比較方法。

本次作為整車的目標等效，以六分力的等效作為主要衡量標準，其余的加速度、應變及位移信號作為參考。

2 道路載荷譜采集

道路載荷譜采集工作包括測試通道規劃、測點準備、應變片粘貼和傳感器布置、數據采集器連接及測試信息設置等。根據后續關聯計算工作的需要和現有的測試傳感器個數以及數據采集設備通道等因素，綜合確定了模擬信號測量22個測點共65個通道，其中包括加速度信號8個測點共24個通道（8個三向測點）、位移信號4個測點共4個通道、應變信號5個測點共5個通道（5個三向測點）。測試還包括了若干數字信號通道，如 GPS信號（經/緯度、車速）[2]。

3 等效方法

3.1 確定目標損傷值

根據《農安汽車試驗場A級乘用車承載系可靠性試驗規范》，路試包括4個試驗工況，通過TecWare軟件計算整個耐久程序的總損傷，如圖1所示。

圖1 確定目標損傷步驟

3.2 計算通縣試驗場各工況單圈偽損傷

通縣試驗場3萬km耐久試驗規范共包括9種路況，為了使等效規范盡可能地接近目標損傷值，在采集路譜時各個路況增加了一些速度值，便于隨后制定規范時篩選，如表1所示。

表1 通縣試驗場各路況車速選擇 km/h

通過TecWare軟件分別計算試驗車在各個路面不同車速下的偽損傷。然后可以獲得通縣試驗場總的偽損傷值。通過調整各個工況的圈數，不斷地逼近農安試驗場總的偽損傷值，如圖2所示。

圖2 試驗場損傷等效計算步驟

4 操作步驟

4.1 農安試驗場總損傷計算

打開TecWare軟件，載入農安試驗場相關數據。每種工況從6組數據中選出5組一致性較好的數據分別計算損傷，然后求出5組損傷值的平均值作為每種工況的單圈損傷。按照試驗場損傷等效計算步驟，每種工況的損傷值再分別乘以試驗場規范規定圈數并求和，得出目標總損傷。軟件操作步驟為：

1）點擊Insert files載入要處理的數據，選擇六分力通道的各輪受力（F）和扭矩（M），點擊Time Edit圖標進入時域數據編輯界面；

2）選擇全部通道后，點擊 Count statistical values，可得到最大值、最小值、總時長及損傷值等統計數值；

3）點擊Export將統計數據進行保存，點開保存文件即可看到各通道損傷統計值damage；

4）各路況損傷以Excel格式進行保存，用于農安試驗場總損傷的計算。

4.2 通縣試驗場損傷計算

打開TecWare軟件載入通縣試驗場相應數據，每種路況下選取5組一致性較好的數據，先對每組數據進行剪切，得到9種不同路面獨立的時域數據。然后同樣計算各個路面的損傷并求其平均值。最終得出9種路面在所有工況下的損傷。此外，選取其中一種路況算出總損傷，再算出剪切后的9種路面的損傷和，用總損傷減去9種路面損傷和，就得到在過渡路面行駛一圈的損傷值。軟件操作步驟為：1）與之前操作相同，點擊Insert files載入要處理的數據，選擇六分力通道的各輪受力（F）和扭矩（M），點擊Time Edit圖標進入時域數據編輯界面；2）分別選取不同路面的時域數據，點擊Save Signals as分別保存；3）路面剪切完畢，各種工況的損傷計算方法和上述方法相同，整理計算結果用于等效使用。

4.3 Excel等效計算

利用Excel的計算功能，將橫軸與縱軸分別設為各壞路路面與各通道。通過不斷地預設數值，逐漸逼近目標值。

4.4 等效原則

根據等效原理圖，通過Excel或其他軟件進行相應的調整計算，調整各路況圈數盡量和實際情況相符，盡量遵循以下調整原則。

1）扭曲路、砂石路及石塊路乙3種路況由于不影響整體壞路行駛，可優先考慮調整圈數。其他路況盡量保證圈數一致，便于壞路駕駛的安全流暢。

2）由于Fx和My為加減速情況車輪受力和力矩，壞路對其影響較小，所以等效時可優先考慮Fz和Fy2個方向損傷，盡量保證這2個方向損傷值和目標值相等。

3）原則上每種路面速度的選取盡量小于等于2種，避免方案過于復雜。

4）為節約試驗成本，盡量使得路試時每個循環9種路面都能包含在內，優先調整各路況不同速度來改變損傷總和，然后再考慮調整各路況圈數。

5 結論

本研究基于等損傷的原理，通過對不同試驗場的道路載荷譜采集，并計算比較偽損傷值實現了不同試驗場之間的路面關聯，對道路試驗的便捷性和節約成本等方面具有重要意義。在研究過程中，路譜采集和Excel等效計算是關鍵點。路譜采集的準確性及采集點布置的合理性會直接關系到等效的準確度。在等效計算中，路面和車速選擇的合理性，也會制約等效的結果。為了使等效結果更加合理趨于完善，路譜采集的準確性、采集點布置的合理性以及在等效計算中路面和車速選擇的合理性是以后的重點研究內容。