基于某乘用车后扭梁的试验场关联研究

【摘要】本文介紹了Miner理论（疲劳损伤叠加理论）、雨流计数、试验场关联的基本原理及国内两个试验场的强化坏路工况，选择某乘用车的后扭梁为研究对象，通过测点的选择，进行实车数据采集，分析其在两个试验场强化坏路的损伤值，得出对比结果，建立了基于后扭梁部位的试验场关联。可以指导试验规范的转化和建立，对试验场和用户当量关系研究也有参考意义。

【关键词】汽车；后扭梁；疲劳损伤；试验场关联

1、引言

汽车可靠性和耐久性是车辆性能的重要方面，它关系着车辆的安全和驾驶性能。目前汽车生产厂商主要通过试验场来模拟用户的实际使用工况，可以在较短的时间内掌握车辆的可靠性及耐久性能，即基于等效损伤理论进行的加速疲劳试验，其基本思路是采集用户的实际使用工况下的载荷谱，然后使用同一样车在汽车试验场内采集各种路面的载荷谱，根据损伤叠加理论，通过对试验场路面的组合，使组合后的总损伤值与实际路况造成的损伤值一致，这样就建立起试验场试验和实际用户使用的等效关系，然而这个过程周期长，涉及到大量的用户调查、统计等工作。如果已经有一个试验场的试验规范，通过采集疲劳损伤数据，在另一个试验场进行等效变换就称为试验场关联，建立试验场关联可以节省大量的时间和经费。

国内的试验场主要有北京通县试验场、农安试验场、海南试验场、襄樊试验场等，本文选择国产的某款乘用车，在其中两个试验场进行强化坏路试验，通过比较其后扭梁的疲劳损伤数据，得到了初步的试验场关联数据。

2、试验场关联分析基本理论

2.1 Miner累计损伤理论

累积疲劳损伤理论是由曼纳（M.A.Miner）提出，他认为任意一块承受交变应力的金属都有一定的寿命，在期限满了之后就会断裂。每施加一次载荷就对材料造成小量的损伤，这些小损伤逐渐累积，达到与其寿命相当的限制量时，材料即告破坏。并认为损伤与载荷作用次序无关。当各循环应力产生的损伤分量累积等于1时，零件即失效。累积疲劳损伤量D可用下列公式计算：

2.2雨流计数法

雨流计数法是由英国的M.Matsuishi和T.Endo两位工程师提出的。该计数法认为塑性变形的存在是构件或材料产生疲劳损伤的必要条件，且塑性性质是以应力—应变的迟滞回线表现出来的。对于汽车构件来说，构件的疲劳一般属于高周疲劳，从宏观的角度讲构件的名义应力与应变在其服役期间基本呈线性关系，但其已产生一定的塑性变形。

如图1所示，把应变时间历程样本记录转过90°，时间坐标轴竖直向下，样本记录犹如一系列屋面，雨水顺着屋面往下流，故称为雨流法。

雨流法的要点是载荷时间历程的每一部分都参与计数，且只计数一次，一个大的幅值所引起的损伤不受截断它的小循环的影响，截出的小循环叠加到较大循环和半循环上去。

3、试验场强化坏路工况

不同试验场强化坏路的类型、长度及先后顺序都尽不相同，本文选择的两个试验场的坏路工况分别见表1和表2。其中试验场1单圈总里程4.8公里，连接路面为73%，试验场2单圈总里程7.8公里，连接路面占53%。

4、测点布置

试验样车选择国内市场上某款乘用车，该车辆经过磨合且车况良好，测试时按要求进行配重。试验时需要采集的车辆基本信息为左侧及右侧轴头加速度。

以该样车的后扭梁作为研究对象，在上面共布置25个测点，各测点的通道名称及安装位置见表3。

5、数据处理及分析

5.1数据处理

信号采集结束后，需要对数据进行预处理，主要检查数据是否有野点、零漂等。对通道进行雨流计数，见图2，根据各自的雨流计数结果，利用Miner累计损伤理论，计数各通道的名义损伤值，将结果进行对比，将试验场1的损伤设为1，试验场2的损伤约为1.88，对比结果见图3所示。

在对比结果图中，我们可以看到通道17、通道15等差别比较大，是影响对比结果的主要因素，以通道17为例，所受影响分析如下：

1、试验场2损伤的幅值在80-192的范围内，而且循环次数要比试验场1多；

2、试验场2的损伤主要由石块路乙引起，占总损伤的89%，该通道在试验场2各个强化路面上的损伤比例如图4所示；

3、试验场1的损伤主要由卵石路、搓板路、比利石路引起，占总损伤的67%，该通道在试验场1各个强化路面上的极值统计如图5所示。

6、小结

本文以某乘用车的后扭梁作为研究对象，以疲劳损伤理论为基础，运用雨流计数法进行分析与计算，通过对比其在两个试验场强化路面的损伤值，得到了两个试验场的关联性，可以指导试验场道路试验规范的转化引用与建立，节省研发时间和经费，对试验场和用户当量关系研究也有参考意义。

参考文献

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[4]董立甲，周汽一.中型载货汽车承载系用户相关可靠性研究与应用[C].中国汽车工程学会年会论文集，2007.

作者简介

常桂秀（1982-），男，硕士研究生，工程师，主要从事汽车道路试验方面的工作。