轻型汽车耐久性试验的研究.docx
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轻型汽车耐久性试验的研究
汽车试验场轻型汽车耐久性试验的研究
摘要
汽车可靠性的耐久性试验及其研究对企业的产物质量和生长来说是至关重要的。
世界上各大汽车制造企业都将汽车试验场的耐久性试验作为提高汽车产物开发质量的重要环节，并制订了比力完整的耐久性试验要领。
而汽车试验场内的快速可靠性、耐久性试验相对汽车实际使用的强化系数的研究和估算是制订汽车试验场可靠性、耐久性试验行驶范例的重要内容之一，也是制订范例的重要依据。
本文分别从汽车零部件与整车的角度出发，通过大量试验研究和深入的理论阐发，用两种要领估算了汽车试验场门路相对湖北地域实际使用门路的强化系数。
即
（1）测定盘算法：
基于疲劳积聚损伤理论估算强化系数，该要领主要适用于零部件；
（2）妨碍统计法：
基于对汽车产生的妨碍进行统计阐发估算强化系数，该要领既适用于整车，又适用于零部件，本文以整车为研究东西。
要领
（2）充实利用了1030系列轻型载货汽车在汽车试验场内和在实际使用门路上进行可靠性、耐久性试验的数据，结果更具说服力。
对整车用妨碍统计法进行汽车试验场门路强化系数的研究在海内属首次应用。
在此研究的底子上，确定了汽车试验场耐久性行驶试验范例的原则、阐发评价要领，并进行了验证试验，结果表明范例具有科学性和公道性。
【要害词】：
可靠性，汽车，汽车试验场，试验范例
THERESEARCHOFLIGHT-AUTOMOBILEDURABILITYTEST
INTHEPROVINGGROUNDOF
ABSTRACT
Thereliabilityanddurabilityexperimentalresearchiscrucialforautomakersproductqualityanddevelopment.Allofworld-knownautomakerstreatdurabilitytestsinavehicleprovinggroundasanimportantstepinthenewproductdevelopment,andhavedrawnoutarelativelyintegratedsystemfordurabilityexperiments.
Itisoneoftheimportantcontentsandtheimportantbasisindrawinguptheautomobileprovinggroundreliabilityanddurabilitytestrunningstandard,thatstudiesandestimatestheintensifyingfactoroffastreliabilityanddurabilitytestinautomobileprovinggroundrelativetothepracticalsituation.
Twowayshavebeenadoptedinthispapertoestimatetheintensifyingfactoroftheroadsurfaceinprovinggroundrelativetothepracticalroad,respectivelyproceedingfromcomponentsandmotorvehicle,i.e.
（1）calculatingmethod:
basedonfatigueaccumulationdamagetheory.Thismethodappliesmainlytocomponents.
（2）statisticalmethod:
basedoncountingandanalyzingthefailureofautomobiletests.Thismethodappliesbothmotorvehicleandcomponents.Inthispaper,motorvehiclehasbeentakenforobjectofstudy.
Bythesecondmethod,theauthorhasmadefulluseofthetestdatawhichD.F.Mhadconducted1030seriallighttrucksreliabilityanddurabilitytestsinbothprovinggroundandthepracticalroad.Itmakestheresultbeofgreatpersuasion.
Basedontheresearch,thispaperconfirmsseveralprinciplestoestablishdurabilitytestregulations,andtheanalysisandevaluatingmethodstodurabilitytest.Throughavalidatetest,provesthisregulationhasrationalityandscientificcharacteristic.
KeyWords:
reliability,vehicle,vehicleprovingground,testregulation
摘要…………………………………………………………………………………ⅠABSTRACT……………………………………………………………………………Ⅱ
目录………………………………………………………………………………Ⅲ
第一章绪论…………………………………………………………………………1
1.1课题研究意义………………………………………………………………1
1.2海内外现状及生长趋势……………………………………………………2
1.3课题研究内容………………………………………………………………3
第二章门路强化系数的理论依据和估算要领……………………………………4
2.1问题的提出………………………………………………………………4
2.2理论研究底子………………………………………………………………5
2.3测定盘算法………………………………………………………………9
2.4妨碍统计法………………………………………………………………17
2.5Ford对我国汽车试验场门路强化系数的估算…………………………32
第三章耐久性行驶试验范例制订的若干问题…………………………………34
3.1耐久性试验的目标………………………………………………………34
3.2范例制订的根本原则……………………………………………………34
3.3耐久性行驶试验范例的制订……………………………………………36
3.4耐久性试验结果的阐发与评价…………………………………………36
3.5按试行范例门路强化系数的估算………………………………………37
第四章验证试验…………………………………………………………………38
4.1试验情况介绍……………………………………………………………38
4.2试验结果…………………………………………………………………43
4.3验证结论及对范例的评价………………………………………………46
第五章结论………………………………………………………………………47
5.1研究事情的主要结论……………………………………………………47
5.2论文创新点………………………………………………………………47
5.3存在的问题及下一步的研究事情………………………………………47
参考文献……………………………………………………………………………49
致谢………………………………………………………………………………51
攻读学位期间颁发的论文…………………………………………………………52
论文第一章绪论
第一章绪论
1.1课题研究意义
在汽车整车开发中，为了提高汽车产物的可靠性和耐久性，需要了解整车及其各总成系统的干系以及总成和零部件的失效情况，同时需要得到数据资料，因此有须要进行大量的可靠性和耐久性试验，对其试验结果进行科学的统计、阐发、处置惩罚，从而为汽车产物的研究、设计提供准确有效的可靠性数据资料；与此同时，通过可靠性和耐久性试验，对失效样品进行阐发，找出其失效的原因和单薄环节，接纳相应的对策，到达提高汽车产物可靠性的目的。
因此可靠性和耐久性试验及其研究对企业的产物生存来说是至关重要的。
汽车行驶在汽车试验场内的门路上时，为了制止因门路强化而引起的妨碍失真，需要制订适合各汽车试验场实际条件的可靠性和耐久性行驶试验范例，制订
的原则是不增大（或少增加）零部件蒙受的载荷，而是尽可能保持实际中的载荷状况，但对寿命影响小或无影响的实际载荷时间删除，即所谓“浓缩应力法”，这样容易保持妨碍模式的一致性。
同时为了制订出汽车在汽车试验场内进行可靠性和耐久性试验的行驶范例，必须对行驶总里程、种种门路的里程分派、行驶车速及门路组合方法等做出具体划定。
汽车耐久性是指汽车在划定的使用和维修条件下，到达某种技能或经济指标极限时，完成划定功效的能力。
汽车耐久性试验是指测试汽车在划定的使用和维修条件下，丧失划定功效所需要时间的试验。
随着我国市场经济的不停完善，满足用户的需要越来越成为产物开发的首要目标，而对汽车耐久性的高要求正是用户最重要的要求之一。
汽车产物开发的质量优劣直接干系到企业的经济效益和企业形象。
对汽车试验场耐久性试验范例的
研究具有重要的现实意义，也是包管汽车产物开发的重要底子。
科学的耐久性试验范例是包管汽车耐久性试验质量的前提条件，它不但直接干系到试验公道性、准确性和产物开发速度，照旧提高产物竞争力的重要包管【1】【3】。
论文第一章绪论
1.2海内外现状及生长趋势
汽车耐久性试验的执行依据是试验范例。
到目前为止，我国汽车行业已制订了一部分整车、总成或零部件的可靠性和耐久性试验范例，但还很不完善，水平偏低。
由于恒久受筹划经济的影响，海内各企业在产物开发中主要注重国度的要求。
直到现在，我国一直对汽车新产物定型进行可靠性行驶查验，相应的可靠性试验范例制订时考虑照顾各方面的水平和要求，一般偏于守旧。
如果企业只凭据现行可靠性试验范例的思路来进行耐久性试验，远不能满足市场经济条件下对车辆产物的要求。
世界上各大汽车制造企业都将汽车试验场耐久性试验作为提高汽车产物开发质量的重要环节，具有较完整的耐久性试验要领；并且经常结合企业、用户和竞争敌手的情况，确定各车型每阶段的耐久性试验要领。
近年来海内许多汽车厂家走上与外洋先进的汽车公司合资、互助的门路。
它们中多数厂家在进行产物开发的耐久性行驶试验时，将外洋有关耐久性行驶试验
范例与海内汽车试验场的门路条件结合起来，来制订自己的企业标准并在试验中实施，如神龙汽车有限公司、上海通用汽车有限公司、汽车有限公司、郑州日产汽车有限公司等。
这些企业都将耐久性试验作为提高产物的竞争力重要底子事情之一。
如前所述，制订汽车试验场内的耐久性试验范例的原则是“浓缩应力法”，以包管妨碍模式的一致性。
耐久性行驶试验范例与指标限值划定的是否科学，是否公道，要看凭据该范例得出的结论是否切适用户的结论，是否满足对整车耐久性的预期要求。
随着我国参加WTO，汽车试验场内耐久性试验范例要与国际接轨；另外，我国门路交通条件和车辆使用条件有了较大变革，也需要对现行范例进行调解【3】。
论文第二章汽车试验场门路强化系数的估算
1.3课题研究内容
本文事情是在公司课题“汽车试验场轻型汽车耐久性试验的研究”的事情底子上总结而来，主要试验事情都在公司汽车试验场进行，并得到了整车试验室的鼎力大举支持和资助。
本文研究事情重点是汽车试验场门路强化系数的估算。
有了汽车试验场门路强化系数，可为制订汽车试验场轻型汽车耐久性行驶试验范例提供重要依据。
本文分别从零部件与整车的角度出发，用两种要领估算了汽车试验场门路相对、十堰等地域实际使用门路的强化系数。
（1）测定盘算法：
从零部件的角度出发，基于疲劳累积损伤理论估算强化系数。
（2）妨碍统计法：
从整车的角度出发，基于对汽车产生的妨碍进行的统计阐发估算强化系数。
本文对用上述两种要领得到的汽车试验场门路强化系数进行了比拟阐发，同时阐发了Ford汽车公司对汽车试验场门路强化系数的估算。
在此研究的底子上，确定了汽车试验场耐久性行驶试验范例的原则、阐发评价要领，并进行了验证试验。
对整车用妨碍统计法进行汽车试验场门路强化系数的研究在海内属首次应用。
论文第二章汽车试验场门路强化系数的估算
第二章门路强化系数的理论依据和估算要领
2.1问题的提出
汽车在产物研制、生产等阶段的可靠性和耐久性试验类型许多，按试验场合分别为现场试验、汽车试验场试验和试验室试验三类。
现场试验与汽车试验场试验各有优缺点，现场试验的优点首先是具有不可替代的真实性，而其缺点是试验用度大和周期长；其二是难于寻找符合和可重复的试验情况；其三是试验车辆产生妨碍时倒霉于损坏件的维修、拆换和试验资料的整理；其四是公路和大众场合进行试验时缺乏宁静保障。
汽车试验场的优点是：
事情方便，种种试验条件集于一处；试验条件较为稳定，参数和因数易于辨别和断绝，适宜于针对性地解决问题；试验结果具有可比性，试验数据的重复性高；试验的宁静性好；试验周期短。
汽车试验场试验的缺点是：
汽车试验场的试验条件与汽车使用地域的条件不尽相同，试验所得的数据需要凭据实际情况进行折算；投资范围大。
汽车在汽车试验场内进行的可靠性和耐久性试验是强化试验的一种。
在汽车试验场内建有种种路面，在给定比一般公路密度更高的坏路条件下，试验条件有所强化并且可以比实际使用试验得到更稳定的试验数据。
别的，还可以通过人工制造实际上险些不存在的特殊条件，考核汽车的极限状况。
为了缩短汽车可靠性和耐久性试验周期，加快产物的的更新换代，汽车生产厂家一方面注意收集用户在实际使用中的反馈意见，另一方面主要选择在汽车试验场进行产物的可靠性和耐久性试验。
汽车试验场门路强化系数的研究和估算是制订范例的重要依据，也是制订范例的底子事情之一。
如果制订汽车试验场的耐久性试验范例缺乏强化系数估算值这一依据，其结果会出现要么试验通过的产物，实际上用户反响并不满意；要么试验通过的产物设计上宁静系数过大。
论文第二章汽车试验场门路强化系数的估算
2.2理论研究底子
强化系数反应强化试验相对基准条件下的强弱水平，它本质上是试验东西在实际使用中的寿命与强化试验中的寿命之比。
对汽车试验场门路的强化系数有两种表达形式：
⑴强化系数是指实际使用门路条件下进行试验与汽车试验场条件下进行加快试验，两者到达相等的累积妨碍概率所需时间之比值。
从这个界说出发，用妨碍统计阐发的要领，以整车或零部件为研究东西可以估算强化系数；
⑵强化系数是指试验东西在实际使用门路和在汽车试验场条件下进行试验的寿命之比。
从这个界说出发，用测定盘算的要领，以零部件为研究东西可以估算强化系数。
外洋对汽车试验场门路强化系数的研究已做了大量的事情，实际上估算强化系数的要领归纳起来即为上面提及的两类要领；测定盘算法和妨碍统计法。
无论行驶在实际门路上照旧行驶在汽车试验场门路上，汽车零部件蒙受的均是无规矩的、不能重复的载荷，即随机疲劳载荷。
本文接纳对载荷幅值域的计数法来描述随机载荷，并用数理统计原理得到载荷谱，结合质料或零件的S-N曲线，按Miner理论估算零部件的寿命，创建强化系数的数学模型，从而估算汽车试验场门路的强化系数【2】【3】。
1）疲劳寿命的估算
当实测随机载荷的历程较短时，在对被测门路进行部分采样后，往往用数理统计原理把实测随机载荷处置惩罚成累积频次曲线（总累积频次一般为106），然后凭据某种比例干系将幅值分成若干品级的门路谱，称为步伐载荷谱。
进行本课题研究的测试事情时，接纳了加大采样时间、增加采样路段类型和全程采样的要领。
这样就以实际的门路载荷谱来盘算零部件在种种路面上的累积损伤。
S-N曲线是质料处于弹性应变范畴内的应力与循环数之间的干系曲线。
载荷谱及S-N曲线如图2-1所示。
论文第二章汽车试验场门路强化系数的估算
图2-1S-N曲线及载荷谱图
1--质料的S-N曲线2--零部件的S-N曲线
Fig.2-1S-Ncurvesandloadingspectrum
如图2-1所示，若零部件受到n个差别应力水平σ1、σ2、…σn的作用，各级应力水平下的循环数为n1、n2、…nn，零部件在各级应力水平下的寿命分别是N1、N2、…Nn。
凭据Miner理论，该零件的累积损伤量D为：
（2-1）
质料的S-N曲线可用下式体现为【12】：
（2-2）
式中，σ-1——质料的疲劳极限；
N0——质料的疲劳极限寿命；
σai——大于σ-1的任一应力幅值；
Ni——对应σai的循环数；
m——疲劳指数，即曲线左段斜线倾角（锐角）的余切。
由式（2-2）可得：
（2-3）
论文第二章汽车试验场门路强化系数的估算
对零部件的S-N曲线需用以下修正公式【10】：
（2-4）
式中：
σ－1‘——零部件的疲劳极限；
εσ——零件尺寸系数；
kσ——零件有效应力会合系数；
β——零件外貌加工系数。
疲劳理论已经证明，载荷应力的幅值是疲劳损伤的决定因素，但应力均值和静应力也有影响，盘算时若要考虑它们的作用，需利用Goodman公式加以修正。
此时，需要知道质料的弹性极限σh、弹性模量E等。
为了轻便起见，本文忽略应力均值和静应力的影响。
这样，零部件S-N曲线上对应于各级应力幅值下产生疲劳损坏的循环数为：
（2-5）
式中：
N0‘——零部件疲劳极限寿命。
将式（2-5）代入（2-1）得：
（2-6）
设在某一门路上测取里程L内得各级载荷总循环数为ni，ni所占比例为wi，则ni＝wi·nL。
当D=1时，零部件产生疲劳损坏，这时各级载荷总循环数即为零部件得疲劳寿命n0:
（2-7）
以里程数LO体现寿命时，可表达为【2】：
（2-8）
代入（2-8）得
（2-9）
论文第二章汽车试验场门路强化系数的估算
2）强化系数的数学模型
设汽车行驶在汽车试验场某门路上和行驶在某段实际公路的疲劳寿命分别
为L01、L02，凭据前述强化系数的界说及式（2-9）得强化系数K:
（2-10）
式中标记意义同前，脚标1体现在汽车试验场某门路上丈量的相关量，脚标2体现在某段实际公路上丈量的相关量。
在实际采样测试历程中，收罗的物理量往往是测点的应变值。
假定试验工况下汽车零部件质料仍处于弹性范畴。
凭据虎克定律，质料在弹性范畴内的应力和应酿成正比：
（2-11）
（2-12）
即将式（2-11）和（2-12）代入式（2-10）可得：
（2-13）
也就是说用应变幅值εai取代σai，即用实测应变幅值可以求出强化系数。
汽车试验场门路的强化系数最终要反应在汽车出现妨碍的种类和频次上。
通过对在汽车试验场和实际使用门路下进行可靠性、耐久性试验的妨碍进行统计阐发，利用概率论模型，分别得到汽车在两种条件下试验的妨碍漫衍纪律，进而
得到在相同累积妨碍概率下的各自运行里程数。
凭据强化系数的界说估算出
强化系数。
论文第二章汽车试验场门路强化系数的估算
为了得到汽车试验场试验及用户实际使用时的构件上的标准载荷谱，必须首先完成汽车试验场和典范的用户使用路面的门路采样事情。
为此先后接纳了1010皮卡和1030轻卡，以及1036DSL2轻卡等进行实车门路采样和数据阐发。
实车门路试验前期，分别选用1010皮卡和1030轻型汽车做门路采样。
汽车在汽车试验场内的采样行车路线及车速参考文献[32]进行，并分别在种种特殊路面上采样，每个路段收罗样本长度不少于5min，以满足数据处置惩罚要求。
对外部公路的采样，选取了—十堰，—保康，—武汉三条路线，对各测点进行载荷响应采样。
随后又对汽车试验场—古驿之间的一段乡村土路进行了采样，每个路段收罗样本长度不少于15min。
收罗的数据量很大，根本上代表了湖北省内公路状况。
在耐久性试验范例试行稿出台以后，又选用一辆1036DSL2轻卡在汽车试验场内及外部公路进行测试采样。
采样行车路线及车速凭据文献[33]进行，收罗汽车在综合路面行驶—循环时各测点的时间历程。
对外部公路的采样，选取了—武汉段公路，并进行了分段采样。
以期到达估算范例中综合路强化系数之目的。
以上采样车辆的装备，加载均按出厂技能条件划定满载进行。
2.3.1仪器及设备
主要用仪器设备见表2-1。
表2-1试验仪器及设备
名称
型号
厂家
数量
精度品级
磁带记载仪
TEACXR510
日本TEAC
1台
动态应变仪
DPM-8H
日本共和
2台
±％
桥盒
DB-120
日本共和
8个
应变片
BX120-FD
/
若干
加快度传感器
AS-20B
日本共和
若干
论文第二章汽车试验场门路强化系数的估算
2.3.2测点部署
对以上三辆车的测点部署如下表：
表2-2测点部署
1010
1030
轻卡1036DSL2
1
右前三角臂纵向应变
车架右纵梁弯曲应变（前簧后支架处）
右后横向稳定杆处扭转应变
2
右前悬挂垂直柱应变
右后板簧弯曲应变
右后板簧垂直应变
3
右前螺旋弹簧扭转应变
后簧前支架横梁右边应变
右后板簧吊耳处垂直弯曲应变
4
右后板簧垂直弯曲应变
驾驶室右门框下后边沿应变
后轴垂直加快度
5
后桥纵向弯曲应变
与右扭杆前端相连的花键套处应变
6
后桥垂直弯曲应变
右减震器支架应变
7
后轴垂直加快度
车厢与车架连接处应变
8
前轴垂直加快度
右转向拉杆扭转应变
2.3.3数据处置惩罚
1）采样数据的数理统计
通过振动试验室的MTS498数据收罗系统，对记载在磁带上的采样信号进行收罗，然后用VAX4000事情站中的数据统计软件对汽车试验场和外部公路的采样数据进行阐发。
测点在种种路面上的应变—时间历程根本上都切合正态漫衍。
1010汽车前悬挂柱应变幅值在各路面上的正态漫衍参数见表2-3。
表2-31010车前悬挂柱应变幅值在各路面上的正态漫衍参数表
车速（km/h）
正态漫衍二参数
E
σ
汽车试验场高环路
140
汽车试验场二环路
70
汽车试验场石块路
25
汉十公路复线
80
白浪B级公路
50
汉宜高速公路
100
乡村土路
25
207国道钱营段
/
83.0
207国道丽阳段
/
论文第二章汽车试验场门路强化系数的估算
2）采样数据的雨流阐发
对一实测的随机应变一时间历程往往有许多因素形成，除主要的事情载荷以
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