門玉琢，劉 博，李明達(dá)，于海波，王世英，韓 愈

與典型用戶數(shù)據(jù)相關(guān)的乘用車傳動(dòng)系臺(tái)架可靠性試驗(yàn)載荷譜制定研究?

門玉琢1，劉 博1，李明達(dá)1，于海波2，王世英2，韓 愈2

(1.長(zhǎng)春工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130012； 2.中國(guó)第一汽車股份有限公司技術(shù)中心，長(zhǎng)春 130011)

為制定某乘用車傳動(dòng)系總成臺(tái)架可靠性試驗(yàn)的輸入載荷譜，在用戶實(shí)際使用的典型工況下，利用非接觸式轉(zhuǎn)矩遙測(cè)儀測(cè)量試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)車輛左右半軸轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速等與傳動(dòng)系相關(guān)的數(shù)據(jù)。應(yīng)用Tec-Ware軟件的Process Builder模塊建立擋位分割批處理模型，將用戶數(shù)據(jù)處理成目標(biāo)旋轉(zhuǎn)雨流計(jì)數(shù)循環(huán)矩陣，同時(shí)剔除對(duì)疲勞壽命影響較小的小幅值循環(huán)載荷。結(jié)合實(shí)際用戶調(diào)查獲得的路面比例與車輛載重?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)疲勞累積損傷的威布爾分布方程和傳動(dòng)系損傷計(jì)算模型，計(jì)算累積失效概率為90%的用戶總累積損傷并對(duì)其概率分布函數(shù)進(jìn)行K-S(Kolmogorov-Smirnov)檢驗(yàn)?？紤]臺(tái)架試驗(yàn)輸入的載荷譜格式，基于疲勞損傷等效原理將用戶數(shù)據(jù)壓縮成臺(tái)架可靠性試驗(yàn)可識(shí)別的塊狀載荷譜，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系總成臺(tái)架試驗(yàn)與用戶使用壽命的統(tǒng)一。以傳動(dòng)系臺(tái)架試驗(yàn)代替整車道路試驗(yàn)，有效降低試驗(yàn)成本、縮短試驗(yàn)周期。

傳動(dòng)系；載荷譜；疲勞損傷；旋轉(zhuǎn)雨流矩陣；臺(tái)架可靠性試驗(yàn)

前言

汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)是考核和驗(yàn)證傳動(dòng)系耐久性的一種重要手段。如何進(jìn)行合理的、符合用戶使用條件的傳動(dòng)系臺(tái)架總成可靠性試驗(yàn)是汽車傳動(dòng)系零部件行業(yè)面臨的一個(gè)重要課題[1-2]。為評(píng)價(jià)和分析汽車動(dòng)力傳動(dòng)系可靠性和使用性能，國(guó)外在20世紀(jì)80年代已廣泛采用臺(tái)架試驗(yàn)技術(shù)，即在試驗(yàn)室條件下采用專門的試驗(yàn)裝置和控制、測(cè)試手段，模擬傳動(dòng)系的實(shí)際工況或按設(shè)定的工況試驗(yàn)，同時(shí)檢測(cè)和記錄被試總成在整個(gè)試驗(yàn)過程中需要的全部信息[3-4]。與汽車傳動(dòng)系實(shí)際道路試驗(yàn)相比較，臺(tái)架試驗(yàn)方法不僅省時(shí)、省力、成本低廉，而且試驗(yàn)針對(duì)性較強(qiáng)，具有很高的可控性、可觀測(cè)性和試驗(yàn)精度的重復(fù)性。因而可更全面、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性[4]。目前，國(guó)內(nèi)進(jìn)行過一些關(guān)于整車臺(tái)架試驗(yàn)與用戶用途相關(guān)性的試驗(yàn)研究，在基于道路譜和臺(tái)架耐久性試驗(yàn)研究領(lǐng)域取得了一定成果，但主要側(cè)重于考核車輛的“承載結(jié)構(gòu)”。動(dòng)力傳動(dòng)系的臺(tái)架可靠性試驗(yàn)與整車道路試驗(yàn)的相關(guān)機(jī)理研究資料較少，而對(duì)于傳動(dòng)系臺(tái)架可靠性試驗(yàn)的考核基本沿用國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，這些試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的制定是基于真實(shí)用戶數(shù)據(jù)或試驗(yàn)場(chǎng)道路載荷，尤其是變速器、驅(qū)動(dòng)軸的輸入輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)。由于技術(shù)手段和測(cè)試儀器的局限，國(guó)內(nèi)臺(tái)架試驗(yàn)的這些參數(shù)只能靠推算，由于不了解其載荷譜的制定過程和應(yīng)用條件，缺少真實(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)做支撐，利用這些方法進(jìn)行臺(tái)架可靠性試驗(yàn)常達(dá)不到預(yù)期的評(píng)價(jià)目標(biāo)。

本文中基于用戶實(shí)際使用典型工況試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用疲勞損傷等效和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法將用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理，形成臺(tái)架試驗(yàn)的可輸入載荷譜，最終確定臺(tái)架試驗(yàn)與用戶使用的關(guān)聯(lián)特性，實(shí)現(xiàn)臺(tái)架試驗(yàn)代替整車道路試驗(yàn)，為科學(xué)評(píng)價(jià)乘用車傳動(dòng)系的可靠性提供參考規(guī)范。

1 傳動(dòng)系損傷機(jī)理

動(dòng)力傳動(dòng)系作為汽車的一個(gè)重要總成，其疲勞可靠性對(duì)行車安全至關(guān)重要[3]，傳動(dòng)系常見的故障，如變速器齒輪軸承、傳動(dòng)軸、半軸和差速器的損壞、磨損、變形和因此導(dǎo)致的傳動(dòng)系失去平衡等。由于缺乏適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型和材料的特性數(shù)據(jù)，其他損傷機(jī)理(如離合器傳動(dòng)的動(dòng)力傳動(dòng)損耗、熱變形和磨損)不能用來做疲勞分析。

傳動(dòng)系的損傷計(jì)算有別于承載結(jié)構(gòu)，它基于轉(zhuǎn)矩及與其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速的聯(lián)合計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)。傳動(dòng)系轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)數(shù)分布是針對(duì)軸等旋轉(zhuǎn)零件損傷計(jì)算的一種區(qū)間計(jì)數(shù)方法，廣泛應(yīng)用于齒輪系的設(shè)計(jì)和分析中，車輛傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩的測(cè)量直接關(guān)系到車輛的動(dòng)力機(jī)械系統(tǒng)是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的重要指標(biāo)。為了創(chuàng)建轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速分布載荷譜，須同時(shí)測(cè)量傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，如圖1所示。

圖1 傳動(dòng)系數(shù)據(jù)生成流程

已知轉(zhuǎn)速時(shí)間歷程n(t)中的不連續(xù)時(shí)間間隔(Δtj，j＝ 1，…，mi)，計(jì)算傳動(dòng)軸在給定轉(zhuǎn)矩區(qū)間Ti(實(shí)際上是以Ti為中值的轉(zhuǎn)矩區(qū)間，見圖1最上一幅圖)下的轉(zhuǎn)數(shù)ni。轉(zhuǎn)軸在轉(zhuǎn)矩Ti下的轉(zhuǎn)數(shù)可表示為

式中mi為在所觀察的時(shí)間段中轉(zhuǎn)矩曲線被轉(zhuǎn)矩Ti區(qū)間截出的時(shí)間間隔數(shù)。

在眾多描述疲勞累積損傷的數(shù)學(xué)模型中，線性累積損傷原理因其簡(jiǎn)單而被工程技術(shù)人員廣為接受[4]，盡管還存在不可預(yù)測(cè)性和沒有考慮載荷序列影響等缺點(diǎn)。線性累積損傷原理假設(shè)損傷(壽命耗盡)是累積相加的，傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速相關(guān)線性疲勞累積損傷為

式中：di為單獨(dú)損傷；Ni為在相同轉(zhuǎn)矩Ti時(shí)的疲勞壽命(失效轉(zhuǎn)數(shù))；M為在觀察時(shí)間段中轉(zhuǎn)矩劃分區(qū)間的數(shù)目。總的損傷表示每個(gè)單獨(dú)損傷di的累積過程，由ni和Ni的比值來定義。

通過配對(duì)區(qū)間計(jì)數(shù)算法可以確定轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速分布圖中在每個(gè)轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)數(shù)。傳動(dòng)系統(tǒng)基準(zhǔn)抗疲勞與壽命關(guān)系為

式中：T′f為疲勞強(qiáng)度系數(shù)；b為疲勞強(qiáng)度指數(shù)。

傳動(dòng)系在一特定轉(zhuǎn)矩下，轉(zhuǎn)速時(shí)間歷程中按照給定的離散時(shí)間間隔對(duì)傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，變速器輸入軸轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)數(shù)可表示為

式中：T1為變速器輸入軸轉(zhuǎn)矩；Tp為傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩；N1為變速器輸入軸總轉(zhuǎn)數(shù)；Np為傳動(dòng)軸總轉(zhuǎn)數(shù)；ig為變速器傳動(dòng)比。

式中：3.944為主減速器的傳動(dòng)比；0.275為車輛滾動(dòng)半徑；v為行駛車速；nE為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

研究變速器在給定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩 Ttarget下的轉(zhuǎn)數(shù)Neq，建立的等效疲勞損傷模型為

式中：Nin和Tin為變速器在不同輸入轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)矩；Ttarget為變速器目標(biāo)輸入控制轉(zhuǎn)矩。應(yīng)用式(7)可以計(jì)算與每組Tin和Nin等效疲勞損傷轉(zhuǎn)數(shù)。

2 用戶相關(guān)載荷譜

汽車傳動(dòng)系傳動(dòng)齒輪的分析結(jié)果表明，齒輪輪齒所受到的彎矩與輸入軸的轉(zhuǎn)矩呈線性關(guān)系，齒輪的循環(huán)次數(shù)與輸入軸的轉(zhuǎn)數(shù)也呈線性關(guān)系[4]。傳動(dòng)系的疲勞損傷主要是由轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速聯(lián)合產(chǎn)生的循環(huán)載荷引起的，根據(jù)結(jié)構(gòu)疲勞理論，若傳動(dòng)系的輸入載荷相同，它所引起的疲勞損傷理論上也應(yīng)相同[1，3]，如果已知用戶實(shí)際使用環(huán)境中的載荷輸入，就可以在臺(tái)架上通過驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或測(cè)功機(jī)對(duì)傳動(dòng)系部件施以一定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩重現(xiàn)這一載荷輸入。由于載荷重現(xiàn)通?？稍谳^短的時(shí)間內(nèi)完成，因此可以達(dá)到試驗(yàn)加速的目的。圖2為汽車傳動(dòng)系臺(tái)架試驗(yàn)規(guī)范制定過程。

圖2 傳動(dòng)系臺(tái)架規(guī)范制定過程

2.1 用戶數(shù)據(jù)調(diào)查

研究傳動(dòng)系用戶用法與臺(tái)架試驗(yàn)之間的相關(guān)性，制訂科學(xué)、可信的臺(tái)架可靠性試驗(yàn)方法，需要在全國(guó)范圍內(nèi)調(diào)查與本次目標(biāo)車型相關(guān)的車輛用戶使用信息[3]，對(duì)用戶和潛在用戶用法進(jìn)行調(diào)查、訪問，內(nèi)容主要包括用戶使用的路面類型比例、行駛車速、交通狀況、車輛負(fù)荷情況、行駛道路種類、各種道路上行駛里程、駕駛員的駕駛習(xí)慣[3]和各種典型道路所在地區(qū)等內(nèi)容，調(diào)查結(jié)果如圖3所示。

圖3 用戶車輛調(diào)查數(shù)據(jù)

將用戶調(diào)查數(shù)據(jù)作為參數(shù)變量，輸入累積失效概率為90%的用戶模型(下簡(jiǎn)稱為90%用戶模型)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行蒙特卡洛仿真模擬獲得用戶目標(biāo)里程疲勞損傷。

2.2 90%用戶累積損傷模型

汽車可靠性工程研究中，結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度、疲勞壽命、磨損壽命、腐蝕壽命和由許多單元組成的汽車總成的壽命，一般都服從威布爾分布。對(duì)于用戶使用的4種典型路面(城市路、高速路、山區(qū)路面、一般公路)，動(dòng)力傳動(dòng)系的疲勞損傷服從威布爾分布[3]，其分布函數(shù)為

式中：F(d)為累積分布函數(shù)；d為傳動(dòng)系疲勞損傷；β為尺度參數(shù)；m為形狀參數(shù)(威布爾斜率)。

威布爾分布模型參數(shù)可利用最小二乘法估計(jì)，將式(8)改寫為

其中：b＝-m lnβ

因此，威布爾分布模型參數(shù)的最小二乘法估計(jì)結(jié)果為

根據(jù)威布爾分布概率紙的直線方程與實(shí)際用戶調(diào)查數(shù)據(jù)(行駛路面比例和載質(zhì)量)，對(duì)于用戶使用的典型路面，失效概率為90%的用戶動(dòng)力傳動(dòng)系疲勞損傷計(jì)算模型為

將式(12)轉(zhuǎn)換成矩陣方程：

式中：fci為用戶調(diào)查城市路百分比；fei為用戶調(diào)查高速路百分比；fti為用戶調(diào)查山區(qū)路面百分比；fgi為用戶調(diào)查一般公路百分比；Dc為城市路90%用戶疲勞損傷；De為高速路90%用戶疲勞損傷；Dt為山區(qū)路面90%用戶疲勞損傷；Dg為一般公路90%用戶疲勞損傷；Di為第i個(gè)90%用戶總疲勞損傷；n為用戶調(diào)查樣本總數(shù)。

式(13)中Wai為載質(zhì)量調(diào)整因數(shù)，其計(jì)算式為

式中：LPH為滿載條件下疲勞損傷里程；LPL為空載條件下疲勞損傷里程；WR為用戶調(diào)查的車輛總質(zhì)量；WACQ為用戶典型路面試驗(yàn)時(shí)車輛總質(zhì)量；WL為空車總質(zhì)量；WH為滿載總質(zhì)量。

2.3 目標(biāo)用戶的蒙特卡洛仿真

針對(duì)要求解的90%用戶目標(biāo)總疲勞損傷，利用蒙特卡洛方法建立一個(gè)正態(tài)分布統(tǒng)計(jì)模型[3，5]。在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬試驗(yàn)，抽取足夠多的隨機(jī)數(shù)，對(duì)有關(guān)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)獲得所求解的估計(jì)值[5-6]。

利用式(13)計(jì)算的90%用戶路面的總損傷服從正態(tài)分布，可建立正態(tài)分布的隨機(jī)抽樣模型進(jìn)行模擬[3]。由RAND(.)函數(shù)產(chǎn)生2組均勻分布于(0，1)上的獨(dú)立隨機(jī)數(shù)r1和r2，將它們作下列變換：

可導(dǎo)出y1和y2的聯(lián)合分布密度函數(shù)為

顯然，概率密度分布函數(shù)y1與y2相互獨(dú)立，且均服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，即yi～N(0，1)。對(duì)任意均值為μ、方差為σ2的正態(tài)分布隨機(jī)變量xi，可通過以下變換得到：

根據(jù)Lindeberg-Levy獨(dú)立同分布隨機(jī)變量的中心極限定理，當(dāng) n足夠大時(shí)，蒙特卡洛仿真值，則對(duì)于任意顯著性水平α的t分布tα(tα＞ 0)，有

式中α為顯著性水平。

因此，蒙特卡洛仿真誤差為

對(duì)于給定的顯著性水平α，tα可通過查標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)數(shù)值表求得，所以蒙特卡洛仿真誤差由方差和抽樣次數(shù)決定。

利用式(20)變換抽樣法產(chǎn)生服從正態(tài)分布的隨機(jī)樣本，仿真抽樣求出90%用戶目標(biāo)損傷。模擬計(jì)算次數(shù)越多，統(tǒng)計(jì)量的平均值越接近真實(shí)值。

3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

載荷譜分析是汽車零部件疲勞可靠性試驗(yàn)的基礎(chǔ)，試驗(yàn)測(cè)量的載荷譜一般指應(yīng)變譜、應(yīng)力譜和轉(zhuǎn)矩譜等[3，7]。傳動(dòng)半軸作為汽車動(dòng)力傳動(dòng)系的主要部件，其輸出的轉(zhuǎn)矩是可靠性試驗(yàn)中重要的測(cè)試參數(shù)，本次試驗(yàn)的測(cè)試參數(shù)見表1。

表1 試驗(yàn)主要測(cè)量參數(shù)

本文中應(yīng)用Caemax型單通道非接觸式轉(zhuǎn)矩遙測(cè)儀測(cè)量左右半軸轉(zhuǎn)矩，如圖4所示。遙測(cè)儀通過無線射頻與Dx遙測(cè)接收機(jī)(圖5)實(shí)現(xiàn)通信，它適用于乘用車、商用車、工程車和軍車等車輛轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的測(cè)量。

圖4 非接觸式半軸轉(zhuǎn)矩遙測(cè)儀

圖5 Dx遙測(cè)接收機(jī)

測(cè)試前，在傳動(dòng)軸的外表面與軸線成 45°和135°的兩個(gè)方向上粘貼電阻應(yīng)變片，組成全橋電路，由Dx采集編碼模塊測(cè)出對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值，并將其通過無線傳輸至車內(nèi)的Dx接收機(jī)中。據(jù)此即可算出傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩：式中：E為被測(cè)材料的彈性模量；D為被測(cè)軸直徑；μ為被測(cè)軸材料泊松比；ε為被測(cè)軸的應(yīng)變值。

測(cè)試中，用戶可將應(yīng)變片與Dx采集編碼模塊安裝在車輛的半軸或傳動(dòng)軸上，并將Dx接收機(jī)放置于車內(nèi)。一個(gè)Dx采集編碼模塊可以接2個(gè)全橋或4個(gè)半橋應(yīng)變片，Dx采集編碼模塊與左右半軸的實(shí)車裝配如圖6與圖7所示。轉(zhuǎn)矩標(biāo)定試驗(yàn)過程與標(biāo)定曲線如圖8～圖10所示，圖11為用戶試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

圖6 左側(cè)半軸轉(zhuǎn)矩遙測(cè)儀實(shí)車裝配

圖7 右側(cè)半軸轉(zhuǎn)矩遙測(cè)儀實(shí)車裝配

圖8 傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩標(biāo)定試驗(yàn)

圖9 左側(cè)半軸轉(zhuǎn)矩標(biāo)定曲線

圖10 右側(cè)半軸轉(zhuǎn)矩標(biāo)定曲線

圖11 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)試與處理

4.1 90%用戶損傷

試驗(yàn)采集的原始數(shù)據(jù)由于環(huán)境溫度和濕度的影響，部分?jǐn)?shù)據(jù)存在零漂、野點(diǎn)和趨勢(shì)項(xiàng)等問題，必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理[8-9]。將預(yù)處理后的傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩對(duì)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)計(jì)數(shù)，轉(zhuǎn)化成不同轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速下的傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)或轉(zhuǎn)數(shù)分布矩陣，如圖12所示。

圖12 傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩分級(jí)計(jì)數(shù)矩陣

利用該矩陣可計(jì)算每種路面和每個(gè)文件的各級(jí)轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的損傷[3]。為了在威布爾分布模型中描繪其分布曲線，可應(yīng)用中位秩公式計(jì)算傳動(dòng)系損傷的概率估計(jì)值。

式中：n為樣本總數(shù)；i為樣本序號(hào)。

根據(jù)傳動(dòng)系轉(zhuǎn)矩累積損傷排序和估算概率，以50 000km為用戶目標(biāo)進(jìn)行折算，應(yīng)用最小二乘法估計(jì)的威布爾參數(shù)值見表2。

表2 威布爾參數(shù)的最小二乘法估計(jì)

利用最小二乘法估計(jì)結(jié)果，對(duì)威布爾分布函數(shù)進(jìn)行K-S檢驗(yàn)[3，10]，根據(jù)分布函數(shù)計(jì)算每個(gè)數(shù)據(jù)的F(xi)值，將其與對(duì)應(yīng)的隨機(jī)樣本累計(jì)失效概率函數(shù)Fn(xi) 比較，設(shè)

對(duì)于給定的顯著性水平α(α＝0.05)，將Dn與臨界值 Dn，α(查表獲得)比較，均有 Dn＜ Dn，α成立，說明用戶路面的累積損傷服從威布爾分布。

將表2中的威布爾參數(shù)值(m，β)代入式(8)中，計(jì)算出所有調(diào)查用戶的每種路面累積失效概率為90%時(shí)用戶累積損傷，結(jié)果見表3。

表3 90%用戶累積損傷

根據(jù)表3中數(shù)據(jù)，結(jié)合用戶調(diào)查路面比例，利用式(13)90%用戶模型計(jì)算每個(gè)用戶的傳動(dòng)系累積損傷，再通過蒙特卡洛仿真模擬90%用戶目標(biāo)累積損傷為1.177897×10-6，仿真抽樣次數(shù)為2 000次，即代表2 000個(gè)用戶。取置信度為95%以保證蒙特卡洛仿真算法的抽樣精度，此時(shí)仿真誤差為1.66%。

4.2 臺(tái)架載荷譜的生成

臺(tái)架試驗(yàn)彌補(bǔ)了整車道路試驗(yàn)的不足，在試驗(yàn)室試驗(yàn)的產(chǎn)品都承受相同的應(yīng)力水平。在條件穩(wěn)定的情況下獲得試驗(yàn)結(jié)果，其壽命數(shù)據(jù)比較明確。由于受人工控制，可排除駕駛習(xí)慣和駕駛員的疲勞等因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，在統(tǒng)一的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，可取得與實(shí)際道路行駛試驗(yàn)同樣效果。

目標(biāo)里程為50 000km，在保證與90%用戶累積損傷等效的前提下，得到分割后各擋位的旋轉(zhuǎn)雨流矩陣，如圖13所示?？紤]到臺(tái)架試驗(yàn)?zāi)茏R(shí)別的輸入?yún)?shù)特性，生成臺(tái)架試驗(yàn)輸入載荷譜(見表4和表5)。

圖13 各擋位的旋轉(zhuǎn)雨流矩陣

表4 平均轉(zhuǎn)速下的輸入載荷譜

表5 各擋最高轉(zhuǎn)速下的輸入載荷譜

5 結(jié)論

(1)建立了乘用車傳動(dòng)系90%用戶損傷計(jì)算模型，采集用戶實(shí)際使用典型工況的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)傳動(dòng)系轉(zhuǎn)矩及其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速采取分級(jí)計(jì)數(shù)處理，利用最小二乘法估計(jì)出威布爾分布參數(shù)。結(jié)合用戶調(diào)查結(jié)果，計(jì)算得到用戶4種路面的90%用戶累積損傷，應(yīng)用蒙特卡洛仿真方法最終確定90%用戶的總累積損傷；

(2)應(yīng)用LMS TecWare疲勞分析軟件Process Builder模塊，建立了傳動(dòng)系數(shù)據(jù)擋位分割模型，將用戶試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理成旋轉(zhuǎn)雨流計(jì)數(shù)循環(huán)矩陣，剔除對(duì)疲勞壽命影響較小的小幅值載荷，根據(jù)疲勞損傷等效原理獲得了乘用車傳動(dòng)系臺(tái)架可靠性試驗(yàn)壓縮的塊狀載荷譜；

(3)制定的載荷譜把用戶對(duì)車輛的實(shí)際使用工況和臺(tái)架可靠性試驗(yàn)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了傳動(dòng)系臺(tái)架可靠性試驗(yàn)代替整車道路試驗(yàn)，縮短了試驗(yàn)周期、降低了試驗(yàn)成本。

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A Research on the Load Spectra Development for Reliability Bench Test of Passenger Car Drive-train Related to Typical User Data

Men Yuzhuo1， Liu Bo1， Li Mingda1， Yu Haibo2， Wang Shiying2＆ Han Yu2

1.School of Mechatronics Engineering， Changchun Institute of Technology， Changchun 130012；2.R＆D Center， China FAWCo.， Ltd.， Changchun 130011

In order to develop the input load spectrum for the reliability bench test for the drive train assembly of a passenger car， the data related to drive train， such as the torque and rotating speed of right/left semi-axle，engine rotating speed and vehicle speed，etc.are measured with non-contact torque telemeter under typical conditions customers really used.The Process Builder module in TecWare software is applied to establish gear-position segmentation batch-processed model， which transforms user data into target rotating rainflow counting cycle matrix，while excluding small amplitude cyclic loads that have less influence on fatigue life.Based on the proportion of road surface and vehicle loading data obtained from user survey and according to the Weibull distribution equation of cumulative fatigue damage and drive train damage calculation model，the total cumulative damages for users with a cumulative failure probability of 90%are calculated and a Kolmogorov-Smirnov test is performed on its probability distribution function.With consideration of the input format of load spectrum for bench test and based on fatigue damage equivalence principle， user data are compressed to block cycle load spectra， which is recognizable in reliability bench test，thus achieving consistence between drive train assembly bench test and the service life for user.Replacing vehicle road test with drive train bench test effectively reduce the cost and time period of test.

drive-train； load spectra； fatigue damage； rotating rainflow matrix； reliability bench test

10.19562/j.chinasae.qcgc.2017.11.010

?國(guó)家自然科學(xué)基金(51378075，51678065)、吉林省發(fā)改委產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究與開發(fā)專項(xiàng)項(xiàng)目(2015y73)和吉林省科技廳重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(20160204012SF)資助。

原稿收到日期為2016年7月10日，修改稿收到日期為2016年12月18日。

于海波，高級(jí)工程師，博士，E-mail：yuhaibordc＠sina.com。