輕卡路面負荷強化系數在耐久試驗中的應用

摘要：基于對輕卡路面負荷強化系數的研究，測試了實際市場綜合路面負荷損傷度以及在襄陽試車場綜合路面負荷損傷度，設定了輕卡路面負荷市場里程強化系數，提出了符合輕卡路面負荷可靠性行駛試驗規范。

關鍵詞：輕卡；路面負荷；強化系數

中圖分類號：U476" 收稿日期：2024-11-22

DOI：1019999/jcnki1004-0226202502004

1 研究背景及意義

路面負荷是指汽車在行駛通過各種路面時（含高速、市區、郊區、山區等），安裝在車架的總成或零件，如駕駛室、發動機、變速箱、油箱、車廂等部品所承受的入力，主要影響因素為上下振動加速度。由于車種用途不一樣，輕卡作為載貨盈利性質的生產資料，路面負荷是輕卡道路試驗重點考核項目。

國內主流輕卡制造商的道路試驗主要依托各個試車場制定的運行規范，東風汽車股份有限公司輕卡耐久試驗一直執行《東風汽車公司汽車試驗場載貨汽車產品定型可靠性行駛試驗規范》，此規范僅描述可靠性行駛試驗里程和各種道路里程分配，未闡述路面負荷強化系數及強化系數的應用。且此規范制定于20世紀90年代，當前的市場實際道路及汽車構造也發生了重大改變。

車輛在市場和試車場行駛受到的路面負荷單位損傷面積未知，在市場和試車場所受路面負荷對應強化系數也未知。因無有效的路面負荷耐久試驗規范，錯誤的信息都可能導致產品定位跑偏。如強化系數過大，車架斷裂、板簧斷裂、重要支架斷裂，甚至橋斷裂故障發生，但市場上卻未反饋此類故障。如強化系數過小，試驗的周期增長，費用增加，滿足不了項目開發節點。

本文研究的輕卡路面負荷市場里程強化系數分四個方面來研究：a.站在用戶的角度測試研究了輕卡在實際市場綜合路面負荷損傷度；b.站在專業試車場的角度測試研究了輕卡在襄陽試車場綜合路面負荷損傷度；c.設定了輕卡路面負荷市場里程折算系數；d.提出了符合輕卡路面負荷可靠性行駛試驗規范。如研發的新車型能達成既定的評價指標，就能保證車輛在路面方面具有市場競爭力，用戶不會有抱怨，可迅速提高產品競爭力和用戶滿意度。

2 市場綜合路面負荷損傷度計算方法

21 用戶畫像

用戶畫像是基于大量的市場真實用戶調研，利用工程相關的統計分析辦法，把所有的用戶歸納為一個典型用戶。依據最新的NTBS（new truck buyer survey）調研報告，可得知不同噸位的輕卡行駛路況比例分配，見圖1。以4 t平臺為例，對不同路況的4 t平臺典型用戶進行跟車調研。可采用試驗車輛與用戶車輛交換駕駛員或變更跟車循序來消除一些人為因素。

22 路面負荷振動譜采集

選擇4 t平臺某試驗車輛，在其前、后軸正上方的車架上安裝加速度傳感器，采集車架的上下振動加速度信號。對典型用戶進行跟車調研，采集高速公路、市區道路、國道、山區公路振動加速度譜，見圖2。

23 用nCode軟件PV雨流計數法處理路面負荷振動譜

將采集的高速公路、市區道路、國道、山區公路振動加速度譜，用nCode軟件PV雨流計數分析，統計過程中出各振動加速度發生的數量，見圖3[1]。

24 頻次解析及綜合運算

以間隔值3 m/s2，正負各分96等份，進行頻次解析。統計不同加速度出現的頻次，算出高速公路路面負荷損傷面積、單位距離損傷度（損傷度/km），高速公路損傷度/km等于34×109，見圖4[2]。

3 試車場綜合路面負荷損傷度計算方法

31 NAST路面負荷耐久試驗行駛規范[3]

根據國家汽車質量監督檢驗中心（襄陽）汽車試驗場（簡稱NAST）路面特征，可供輕卡行駛的路況有，高速環道、一般公路、比利時路、1號綜合路（含大卵石路、短波路、長波路、扭曲路甲、扭曲路乙、扭曲路丙、坑洼路、凸塊路甲、凸塊路乙、錯位搓板路、帶角度搓板路、平滑石塊路、噪聲路）。結合輕卡實際使用道路情況，路面負荷耐久試驗運行規范一個循環為12 547 m，包含比利時路、長波路、扭曲路丙、平滑石塊路、連接路、水泥瀝青一般公路。通過調節車輛行駛比利時路的長度和車速，設定合適的強化系數。

4 t平臺車輛設計壽命為50萬km，強化系數太低，試驗周期過長（例如強化系數為1，每天運行800 km，需要625天），不能滿足項目開發節點。如果強化系數過大，也容易產生一些強度問題。根據經驗值，強化系數設定在20左右時（例如強化系數為20，總里程25 000 km，每天可運行300 km，預計84天可完成），時間周期和費用相對合理，也不會產生一些強度問題。

32 工況循環里程、行駛要求（不含比利時路）

按照NAST路面和輕卡實際行駛狀況，設定一次工況循環各路段的里程分配，見表2。

0～028 km：起點（二號環道南進出口“A”）：左轉彎順時針方向進入二號環道以45 km/h行駛到接近比利時路南進口時，減速至25 km/h，左轉彎進入連接路，在比利時路入口處（“B”）讓行。

028～5796 km：以50 km/h的車速順時針方向沿比利時路旁邊的輔路低速行駛。以40 km/h的車速通過比利時路東直線段左側的濺水池“H”后，以50 km/h的車速在輔路上行駛，至“B”處減速，重復上述操作。至比利時路南出口處，左轉彎進入連接路，到綜合路入口“I”處停車讓行。

5796～9422 km：向右前方進入綜合路，加速至50 km/h，以50 km/h通過長波路，向前行駛，接近丙種扭曲路時制動減速至10 km/h，以10 km/h通過丙種扭曲路，向右前方進入外部噪聲測試道，加速至60 km/h通過綜合路北環直線段，以55 km/h逆時針方向沿綜合路北環調頭，以50 km/h勻速進入石塊路，保持50 km/h逆時針方向沿綜合路南環調頭，以50 km/h再次通過長波路向前行駛，接近丙種扭曲路時制動減速至10 km/h，以10 km/h再次通過丙種扭曲路，向右前方進入外部噪聲測試道，加速以40 km/h行駛到綜合路出口“R”處，右轉彎到比利時路入口“D”處停車讓行。

9422～9873 km：以20 km/h行駛到比利時路出口“E”處停車讓行，左轉彎到二環路入口“S”處停車讓行。

9873～12547 km：左轉彎上二號環道，油門全開加速至45 km/h，以45 km/h通過二環北彎道，加速至70 km/h，以70 km/h行駛于直線段，接近南彎道時，制動減速至45 km/h行駛至起點“A”，一個工況循環結束。行駛規范見圖5。

33 路面負荷NAST綜合損傷度

分別采集NAST工況循環（不含比利時路）和車速為15 km/h、車速為20 km/h、車速為25 km/h單圈比利時路振動加速度譜，算出對應的路面負荷損傷度/km，結果見表3。

4 路面負荷強化系數在耐久試驗中的應用

因NAST比利時路限速25 km/h，也為便于駕駛員觀看車速，選擇20 km/h比利時路較合適。強化系數綜合提案見表4。當車輛在比利時路面以20 km/h行駛，比利時路為8%時，強化系數為21。

5 路面試驗評價

51 拆解及探傷檢查

樣車試驗結束后，為檢查各總成內部結構的磨損及其他異常現象，應按試驗規程的規定對主要總成（包括駕駛室、發動機、變速箱、油箱、車廂等部品）進行部分或全部拆解，拆解方法參照GB/T 12678進行[4]。

樣車拆解后，應對翻轉支架、鋼板彈簧及與車架相連的各大總成懸置支架等重點部位的疲勞損傷進行檢查，檢查流程如圖6所示。

52 試驗評價

試驗過程中出現的故障，按故障模式等級分為A、B、C、D四個等級，其定義見表6。

6 結語

商品開發階段，市場和NAST路面負荷綜合損傷度對設計人員提供有效的參考，為DQR耐久目標設定提供數據支撐。在降成本工作中，提供有效的道路耐久驗證方法，能有效降低市場車架、駕駛室、發動機、變速箱、油箱、車廂故障發生率，提升企業品牌價值。

參考文獻：

[1]李慶楊數值分析[M]北京：清華大學出版社，2008.

[2]王霄鋒汽車可靠性工程基礎[M]北京：清華大學出版社，2007.

[3]東風汽車公司汽車試驗場載貨汽車產品定型可靠性行駛試驗規范[S].

[4]GB/T 12678汽車可靠性行駛試驗規范[S].

作者簡介：

林文干，男，1985年生，高級工程師，研究方向為整車道路試驗技術。