汽车用户关联目标载荷谱的确定

柴保明等

摘 要：首先证明用户道路疲劳载荷谱分布服从某种分布（如正态分布）的随机过程；根据汽车用户市场调查统计数据和少量用户道路载荷谱样本计算其相对损伤并作排序；然后通过服从某种分布的随机抽样试验来拟合用户道路疲劳载荷谱分布的统计特征，最后给出涵盖90%汽车用户使用情况的载荷谱近似值。最终应用到所有车型的耐久性规范制定中——承载系、传动系、转向、制动。

关键词：汽车；用户关联；载荷谱

1 概述

汽車试验场与用户关联性研究中，涵盖90%汽车用户使用情况的载荷谱确定，对问题研究尤为关键。因此需要研究在拥有汽车用户市场调查统计数据和少量用户道路载荷谱样本情况下，怎么准确预估汽车市场用户道路载荷谱分布，依此确定涵盖90%汽车用户使用情况的载荷谱国内对此问题，还没有公开出版的论文和资料。LMS公司疲劳软件Tec-Ware、nCode公司和国内其它汽车厂家对此问题处理尤为简单：只把用户市场调查统计数据（如用户不同路面百分比）进行简单的数学平均数计算或简单的随机抽样。美国福特公司，虽然利用蒙特卡洛方法和金属疲劳损伤理论，拟合仿真汽车市场用户道路载荷谱分布，但是在随机数利用过程中，福特公司没有考虑，用户车辆载荷损伤的统计学分布，而是简单利用服从均匀分布的随机数，去拟合仿真汽车市场用户道路载荷谱分布。汽车用户实际使用车辆的疲劳损伤，很难确定。原因有汽车用户地区分布分散，驾驶员操作风格习惯千差万别，各地汽车行驶的路面特征也不同。成本与时间的限制，试验采集车辆很难做到详尽的用户道路载荷谱测量。

2 蒙特卡洛方法

3 金属疲劳损伤

金属疲劳损伤是由于应力-应变的疲劳滞回循环而引起的损伤源附近材料的反复塑性变形。每个疲劳滞回循环都给构件造成一定量的疲劳损伤，整个时域载荷历程总损伤可通过累加每个循环引起的损伤得到。

Dr为相对累计损伤，ni 为试验中雨流计数统计第 级试验载荷 Si（加速度g、位移mm、微应变）作用下的循环数，dist为每个试验样本对应对的行驶里程因子。

4 用户市场调查

在国内同类车型市场进行汽车用户实际使用情况市场调查，分4种路面（每种路面的行驶里程百分比），2种载荷（满载质量和空载质量）进行调查，共得到1360份有效统计表。应用蒙特卡洛方法中的直接抽样法，生成服从平均分布的随机数，并进行转换为在（0，1）区间上服从正态分布的随机数。使得每一个随机数与每一份用户调查数据一一对应，如表1。

在全国典型地区路面上，用已安装完传感器的采集车进行模拟汽车用户使用情况的道路载荷样本采集。采集过程中，分4种路面，2种载荷（满载质量和空载质量）进行试验采集，共得到332份有效样本。在车辆主要部件，布置安装不同种类的传感器，如表3。利用数据采集仪记录各测点时域信号，如图1，部分典型路面后桥微应变信号样本图。

6 用户道路疲劳载荷谱样本分布假设检验

以后桥微应变为例，首先研究用户道路载荷谱样本符合何种分布，然后根据此分布生成对应的随机数，利用蒙特卡洛方法进行用户道路载荷谱分布拟合仿真。用同样的方法拟合仿真其它测点用户道路载荷谱分布。

同样可以证明其它不同测点、不同载荷、不同路面的用户载荷谱样本额定公里损伤也服从正态分布。

8 用户道路疲劳载荷谱分布拟合仿真

由于用户的不同载荷、不同路面道路疲劳载荷谱服从正态分布，在应用蒙特卡洛方法拟合仿真时，用计算机产生服从正态分布的伪随机数。利用用户调查数据、采集车辆所采集的用户道路载荷谱样本和伪随机数拟合仿真用户道路疲劳载荷谱分布。

图3为程序输出的用户不同载荷、不同路面的道路疲劳载荷谱样本的拟合仿真曲线。

涵盖90%汽车用户使用情况的载荷谱确定

在上图3中，取90%概率所对应的雨流循环分级数据作为后桥微应变目标疲劳载荷谱，如图4和表5，其中忽略小幅值对相对损伤计算的影响。

其它位置测点，同样的方法和过程拟合仿真概率分布，并最终确定90%概率所对应的雨流循环分级数据作为其目标疲劳载荷谱。

8 结束语

文章依据蒙特卡洛方法和金属疲劳损伤理论，完成了某车型用户道路疲劳载荷谱分布拟合仿真，最后确定了涵盖90%汽车用户使用情况的载荷谱疲劳滞回循环雨流分级数据。为某车型可靠性考核提供了汽车用户市场的疲劳载荷谱目标数据，可以推广到其它车型耐久性规的范制定。

参考文献

[1]李亚妮.蒙特卡罗方法及其在期权定价中的应用[D].陕西：陕西师范大学，2007.

[2]周水兵.用户关联汽车道路载荷谱编制的研究[D].浙江大学，2008. [3]董强强.不同试验场道路对车身疲劳损伤的贡献度分析研究[D].河北工程大学，2015.

[4]林晓斌.关联用户用途的汽车技术[J].中国机械工程，1998.

作者简介：柴保明（1964，3-），男，博士，教授，现任河北工程大学机电学院，副院长。

*通讯作者：靳德诚（1987，8-），男，河北邯郸人，在读研究生，现就读于河北工程大学，研究方向：机械电子工程。