汽车疲劳耐久性试验

0 40 80 120 160 200
Strain(ue)
13
用户车辆使用测量-结果
驾驶习惯、装置使用
14
用户车辆使用测量-结果
15
ຫໍສະໝຸດ Baidu
用户车辆使用测量-应用
承载结构载荷-疲劳损伤
Neuber Rule
Rainflow Counting
Material Data Component Geometry
120
Strain(ue)
160
0
40
80
120 160
Strain(ue)
ch2 ch3
...
雨流计算 -似然估计
Cycles Count Cycles Count Cycles Count
10000
1000 10000
100 1000
10 100 10000
1 10 1000
0.1 0 210 4010600
道路设施
整车一般耐久试验 50000km /1100 hrs
N
石块路 A
石块路 B
行驶 +
石块路 C
石块路BB2/ 6车速
行驶 +
石块路 BB1/ 5车速
23
加速结构耐久试验开发
数据测量系统
车辆:
设备 & 软件
● 数据采集系统 - 制造商 : SoMat U.S.A - 型 号 : e-DAQ FCS
/
c,
n2,
j
m 2,
j
/
c,......
nl
,
j
m l, j
/c
T …(4)
1
为了在试车场再现该零件整个使用寿命里程的疲劳损伤-目标：D d 将式(2)
和(4)代入则：
N1
m 1
,
N 2
m 2
,.....N . l
m l
T
k
Aj
n1, j
m 1, j
/ c, n2, j
m 2, j
相关
8
用户车辆使用测量-内容
承载结构载荷
•道路路面 •车辆载重
•环境
用户使用
动力传动系统
•地区交通特点 •驾驶习惯 •油品质量 •环境
装置和附件的使用
•车辆用途 •驾驶习惯
9
用户车辆使用测量-结果
承载结构-行使速度
Distance @ Level of Vehicle speed
Vehicle speed (km/h)
此类似式(5)的方程组不至一个。若测量点/载荷数为P ，则对于任一载荷s 普遍
的方程组可写成如下：
k
N1s
A j n2s, j
1
N
s 2
k
Aj n1s, j ...
1
k
N
s l
A j nls, j
1
… (6)
求解方程组(6) 确定各加权系数。
s 1,2......P
22
加速结构耐久试验开发
Ni - 第 i 级载荷的循环次数;
c - 疲劳强度系数；;
m - 疲劳强度指数.
19
道路相关技术
车辆在试车场典型试验道路 j上按照规定的工况行驶一周, 该零件测量载荷 的l 级单参数雨流矩阵为:
n j n1, j , n2, j ,.....n. l, j T
相应的疲劳损伤矩阵为:
d j
60 80 100 120 140 160 180 Strain(ue)
2
1
4
2 3
6 5
8
9
7
01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
➢ 累积塑性/疲劳损伤是由循环载荷引起的。
18
道路相关技术
基于疲劳损伤等效的道路相关
假设车辆的某零件在其整个使用寿命里程的疲劳载荷的 l 级单参数(变 程—循环次数)雨流矩阵为:
60.0le Estimate
50.0le Estim9a9t.e8le Estimate
90.0le Estimate
80.0le Estimate
70.0le Estimate
60.0le Estimate
50.0le Estimate
80 100120140160180200
0.1 0
10
Strain(ue)
数据采集和分析(续）整车一般耐久性试验
雨流计算 -原始雨流
Cycles Count Cycles Count Cycles Count
10000
ch1
1000
10000 100
1000 10
100 10000 1
0 10 410000
1 100
80
120
Strain(ue)
160
0 10 40 1
80
1 10
0
40
80 120
Strain(ue)
1
160
0
40
80
120
Strain(ue)
ch2
160
ch3
1000 100 10 1 0.1
1000
100
1000 10
100 1 0 20 40
10 0.1
99.8le Estimate
ch1
90.0le Estimate
80.0le Estimate
11
用户车辆使用测量-结果
承载结构-循环载荷
Rainflow of WFT_LF_Fx DYPG GMW15531
1.E+08 1.E+07 1.E+06 1.E+05 1.E+04
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Range (kN)
12
Cycle Counts
汽车疲劳耐久性试验开发
1
目录
➢ 汽车疲劳耐久试验介绍 ➢ 用户车辆使用测量 ➢ 道路相关技术 ➢ 加速结构耐久试验规范开发
2
汽车疲劳耐久试验介绍
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； 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。
99.8le Estimate
ch1
90.0le Estimate
80.0le Estimate
70.0le Estimate
60.0le Estimate 50.0le E9s9t.im 8leatEestimate
ch2
90.0le Estimate
80.0le Estimate
70.0le Estimate
用户车辆使用测量-结果
承载结构-循环载荷
Cycles Count
Cycles Count
10000 1000 100
10 1
0 40 80 120 160
Strain(ue)
10000 1000 100
10 1
90% ile Estimate 90% Upper bound 90% Lower bound
N N1, N2 ,.....N . l T
…… (1)
相应的疲劳损伤矩阵为:
D D1, D2 ,.....D. l T
N1
m 1
/ c,
N
2
m 2
/
c,.
...
..Nl
m l
/
c
T
…… (2)
该零件在疲劳载荷作用下的总损伤为:
l
l
F
Di
N
i
m i
/c
1
1
其中: i - 第 i 级载荷;
主要测量通道 (测量载荷)
共 59
26
... ...
... ...
...
加速结构耐久试验开发
数据采集和分析 整车一般耐久性试验
道路数据采集
加速结构耐久性试验
Road 1 Road 2 Road 3
Road k
数据处理 (编辑、滤波…)
ch1 ch2 ch3
ch1
ch2 ch3
ch3
27
加速结构耐久试验开发
d1, j , d2, j ,.....d. l, j
T
n m 1, j 1, j
/
c,
n2,
j
m 2,
j
/
c,
...
.
.n. l
,
j
m l, j
/c
T ...(3)
道路 j行驶一周产生的的总损伤为:
其中:
l
l
f j
di, j
n m i, j i, j
/c
1
1
i, j -第i 级载荷;
Damage Calculation: -Strain Life
- Linear Damage Summation
16
用户车辆使用测量-应用
17
道路相关技术
结构的疲劳破坏机理
➢ 结构的疲劳破坏是由于结构在动载荷作用下塑性/疲劳损伤累积的结 果；
➢ 循环载荷的描述-雨流矩阵；
Classes
4
3
1
6.E+04
4.E+04
2.E+04
0.E+00
-0.5
0.0
Force (kN)
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
V-speed Distribution of WFT Force
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0.E+0 2.E+0 4.E+0 6.E+0
0
4
4
4
Counts
当前主要认证手段 – 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。
5
汽车疲劳耐久试验介绍
6
用户车辆使用测量-目的
失效模式
不相关：
耐久试验完全不 能反映实际使用
● 车轮力传感器
- 制造商 : MSC U.S.A
试件传感器
技术参数
……
发动机 : 1.6 DOHC 变速箱 : 5-speed AT
软件 - 数据采集:
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)
SoMat TCE for e-DAQ - 数据处理分析:
70.0le Estimate
60.0le Estimate
50.0le Estimate
99.8le Estimate
90.0le Estimate
80.0le Estimate
70.0le Estimate
60.0le Estimate
50.0le Estimate
99.8le Estimate 90.0le Estimate 80.0le Estimate 70.0le Estimate 60.0le Estimate 50.0le Estimate
0
50
100
150
200
Distances (km)
10
用户车辆使用测量-结果
承载结构-载荷分布
Counts Vehicle speed (km/h)
-4.0
-3.5
-3.0
-2.5
-2.0
Le v e l-Crossing of LF WFT Force
-1.5
-1.0
1.E+05
1.E+05
8.E+04
3
汽车疲劳耐久试验介绍
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 Warranty 成本； ➢ 快速：适应产品开发流程需求。
4
汽车疲劳耐久试验介绍
LMS TecWare - 损伤相关:
LMS TecWare
24
加速结构耐久试验开发
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：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
25
加速结构耐久试验开发
? ? ? ? ?? ? ? ? 20140 60 80 100120140160180200
Strain(ue)
0.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 20 40 60 80 100120140160180200
Strain(ue) ? ? ? ? ?? ? ? ?
ch3
...
...
...
用户 车辆使用
认证试验
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
7
用户车辆使用测量-用途
用户车辆使用
工程设计 技术要求 （整车/系统/部件)
认证试验规范开发
可靠性（寿命）、 优化设计
耐久、性能预测 （FEAM)
发现、消除潜在 失效模式
减少售后索赔和 召回成本
Cycles Count Cycles Count Cycles Count
Cycles Count Cycles Count Cycles Count
... ...
... ...
加速结构耐久性试验
1000
ch1
100 1000
10 100 1000
1
10
100
0
40
80
120 160
Strain(ue)
/
c,.....n. l
,
j
m l, j
/c
T
1
21
道路相关技术
由此可得到如下方程组:
k
N1 Aj n1, j
1
k
N 2 Aj n2, j
1
k
…… Nl Aj nl, j
1
…… (5)
它们表明了: 相同载荷级下，试车场k 种道路上循环次数的线性迭家等于
目标载荷的循环次数。
作为耐久性道路行驶试验，必须兼顾车辆的各个系统部件和各种载荷。因
ni, j -第i 级载荷的循环次数;
20
道路相关技术
将试车场 k 种典型道路按不同比例进行混合：
设试车场典型道路j 的加权系数为 A j ，根据线性损伤线性累积原理则总损
伤矩阵为:
k
k
d
dj
Aj d1, j , d 2, j ,...... dl , j T
1
1
k
Aj
n m 1, j 1, j