基于试验场耐久路实测载荷动力总成悬置载荷谱编制方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 111967131 A(43)申请公布日 2020.11.20

(21)申请号 202010650945.3(22)申请日 2020.07.08

(71)申请人 中国第一汽车股份有限公司

地址 130011 吉林春春汽车经济

技术开发区新红旗大街1号(72)发明人 薄昊　张元勤　李益　刘占国　

李响　张立博　(74)专利代理机构 长春吉大专利代理有限责任

公司 22201

代理人 杜森垚(51)Int.Cl.

G06F 30/20(2020.01)G06F 30/15(2020.01)G06F 30/17(2020.01)G01M 17/04(2006.01)

权利要求书2页 说明书5页 附图2页

G06F 119/14(2020.01)G06F 119/04(2020.01)

CN 111967131 A()发明名称

基于试验场耐久路实测载荷动力总成悬置载荷谱编制方法(57)摘要

本发明公开了一种基于试验场耐久路实测载荷动力总成悬置载荷谱编制方法，包括以下步骤：改制悬置支架结构，在悬置支架与悬置之间嵌入三分力载荷传感器；依据耐久规范要求，进行试验场耐久路典型路面实测，获得三分力载荷传感器采集的动力总成悬置三分力载荷信号；对实测信号进行检验和预处理，并将悬置坐标系下的载荷值转换成整车坐标系下的载荷值；使用雨流计数法对测试信号进行载荷频次统计，再应用

将多路段载荷雨流矩阵法对载荷频次进行外推；

频次结果依据耐久规范循环次数进行合成；应用疲劳累积损伤理论和伪损伤等效原则，依据合成的载荷频次数据编制载荷谱。

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1.一种基于试验场耐久路实测载荷动力总成悬置载荷谱编制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、改制悬置支架结构，在悬置支架与悬置之间嵌入三分力载荷传感器，且保证三分力载荷传感器受力中心在悬置系统力的传递轴线上，悬置的主要设计参数不变；

步骤2、依据耐久规范要求，进行试验场耐久路典型路面实测，获得三分力载荷传感器采集的动力总成悬置三分力载荷信号；

步骤3、对步骤2获得的实测信号进行检验和预处理，并将悬置坐标系下的载荷值转换成整车坐标系下的载荷值；

步骤4、使用雨流计数法对测试信号进行载荷频次统计，再应用雨流矩阵法对载荷频次进行外推；

步骤5、将多路段载荷频次结果依据耐久规范循环次数进行合成；步骤6、应用疲劳累积损伤理论和伪损伤等效原则，依据合成的载荷频次数据编制载荷谱。

2.如权利要求1所述的一种基于试验场耐久路实测载荷动力总成悬置载荷谱编制方法，其特征在于，所述步骤1中，将三分力载荷传感器安装在悬置支架与悬置之间，三分力载荷传感器通过固定装置与悬置连接，且保证悬置的安装孔位与原悬置支架保持一致。

3.如权利要求1所述的一种基于试验场耐久路实测载荷动力总成悬置载荷谱编制方法，其特征在于，所述步骤3中对实测信号进行检验和预处理，数据检验包括信号的重复性、一致性检验，预处理包括消除信号漂移，消除异常值。

4.如权利要求1所述的一种基于试验场耐久路实测载荷动力总成悬置载荷谱编制方法，其特征在于，所述步骤3中，将悬置坐标系下的载荷值转换成整车坐标系下的载荷值，通过以下公式转换：

式中，Fxi、Fyi，Fzi为整车坐标系下转换后悬置载荷；Fui、Fvi、Fwi为悬置坐标系下实测悬置载荷；

为方向转移矩阵。

5.如权利要求1所述的一种基于试验场耐久路实测载荷动力总成悬置载荷谱编制方法，其特征在于，所述步骤4中，雨流计数法采用From-To的矩阵计数形式：

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式中：i—雨流循环开始点的载荷区间；j—雨流循环闭合点的载荷区间；

rij—雨流循环开始于i结束于j的循环数；u、v—雨流矩阵的列数与行数。

6.如权利要求1所述的一种基于试验场耐久路实测载荷动力总成悬置载荷谱编制方法，其特征在于，所述步骤4中，选用Epanechkov核函数进行载荷分布估计：

某一典型路面测试数据外推倍数＝规范中该典型耐久路面要求循环数÷该典型面实际测试次数。

7.如权利要求1所述的一种基于试验场耐久路实测载荷动力总成悬置载荷谱编制方法，其特征在于，所述步骤5中，载荷谱的合成是对各典型路段的雨流矩阵进行合成：

首先完成步骤4中各典型路段的载荷频次外推工作，获取各典型路段载荷频次外推倍数Hn，然后将规范中每个典型路段实际测试雨流矩阵的载荷频次进行外推，将外推后的各雨流矩阵进行叠加，获得满足规范要求的全载荷雨流矩阵数据：

H(n)＝C(n)/T(n)

式中，H(n)—某一典型路面测试数据载荷雨流矩阵频次外推倍数；C(n)—耐久路规范中某一典型路面要求循环数；T(n)—某一典型路面实际测试次数；n—规范中测试的耐久路面种类个数；R(n)—测试某典型路段雨流矩阵；

Ra—满足规范要求的全载荷雨流矩阵。

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基于试验场耐久路实测载荷动力总成悬置载荷谱编制方法

技术领域

[0001]本发明涉及一种动力总成悬置从试验场耐久路载荷到实验室单轴载荷谱编辑方法，属于汽车构件疲劳耐久领域。背景技术[0002]动力总成悬置连接了动力总成和车架，并使两者之间力传递产生衰减的弹性减震元件，其受到来自路面和发动机的激励容易发生疲劳失效，疲劳耐久性是悬置系统最重要的性能要求之一，对其疲劳耐久性的分析验证需要准确获取其实际工作过程中的载荷信息。

[0003]而对疲劳耐久性考核主要包含整车耐久试验和实验室台架试验，整车耐久试验是开发过程中考核最后一关，其费用高、周期长，一旦出现问题，在时间上对于设计变更及再验证十分紧张，严重的影响整车开发及上市进度。[0004]台架试验，其验证的精度取决于使用的载荷谱，载荷谱源自仿真计算或已有的经验谱，可能出现载荷过大，从而导致零件过设计及成本增加，达不到轻量化的目标；如果载荷过小，则达不到早期试验验证的目的。发明内容

[0005]本发明的目的在于提供一种基于试验场耐久路实测载荷动力总成悬置载荷谱编制方法，以获得动力总成悬置载荷谱，编制的载荷谱可用于早期实验室台架耐久试验验证，也可用于悬置系统耐久性仿真计算的载荷输入条件。本发明是在整车耐久试验前期，通过在悬置系统中嵌入三分力载荷传感器，获取实车在试验场耐久路载荷谱，通过对载荷信号处理、载荷频次统计外推、结合雨流计数实现实验室单轴载荷谱编制。[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

[0007]一种基于试验场耐久路实测载荷动力总成悬置载荷谱编制方法，包括以下步骤：[0008]步骤1、改制悬置支架结构，在悬置支架与悬置之间嵌入三分力载荷传感器，且保证三分力载荷传感器受力中心在悬置系统力的传递轴线上，悬置的主要设计参数不变；[0009]步骤2、依据耐久规范要求，进行试验场耐久路典型路面实测，获得三分力载荷传感器采集的动力总成悬置三分力载荷信号；[0010]步骤3、对步骤2获得的实测信号进行检验和预处理，并将悬置坐标系下的载荷值转换成整车坐标系下的载荷值；[0011]步骤4、使用雨流计数法对测试信号进行载荷频次统计，再应用雨流矩阵法对载荷频次进行外推；[0012]步骤5、将多路段载荷频次结果依据耐久规范循环次数进行合成；[0013]步骤6、应用疲劳累积损伤理论和伪损伤等效原则，依据合成的载荷频次数据编制载荷谱。

[0014]进一步地，所述步骤1中，将三分力载荷传感器安装在悬置支架与悬置之间，三分

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力载荷传感器通过固定装置与悬置连接，且保证悬置的安装孔位与原悬置支架保持一致。[0015]进一步地，所述步骤3中对实测信号进行检验和预处理，数据检验包括信号的重复性、一致性检验，预处理包括消除信号漂移，消除异常值。[0016]进一步地，所述步骤3中，将悬置坐标系下的载荷值转换成整车坐标系下的载荷值，通过以下公式转换：

[0017]

[0018][0019]

式中，Fxi、Fyi，Fzi为整车坐标系下转换后悬置载荷；

Fui、Fvi、Fwi为悬置坐标系下实测悬置载荷；

为方向转移矩阵。

进一步地，所述步骤4中，雨流计数法采用From-To的矩阵计数形式：

[0020]

[0021]

[0022]

式中：i—雨流循环开始点的载荷区间；

[0024]j—雨流循环闭合点的载荷区间；

[0025]rij—雨流循环开始于i结束于j的循环数；[0026]u、v—雨流矩阵的列数与行数。[0027]进一步地，所述步骤4中，选用Epanechkov核函数进行载荷分布估计：

[0028]某一典型路面测试数据外推倍数＝规范中该典型耐久路面要求循环数÷该典型面实际测试次数。[0029]进一步地，所述步骤5中，载荷谱的合成是对各典型路段的雨流矩阵进行合成：[0030]首先完成步骤4中各典型路段的载荷频次外推工作，获取各典型路段载荷频次外推倍数Hn，然后将规范中每个典型路段实际测试雨流矩阵的载荷频次进行外推，将外推后的各雨流矩阵进行叠加，获得满足规范要求的全载荷雨流矩阵数据：[0031]H(n)＝C(n)/T(n)

[0032][0033][0034][0035][0036][0037]

[0023]

式中，H(n)—某一典型路面测试数据载荷雨流矩阵频次外推倍数；C(n)—耐久路规范中某一典型路面要求循环数；T(n)—某一典型路面实际测试次数；n—规范中测试的耐久路面种类个数；R(n)—测试某典型路段雨流矩阵；

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Ra—满足规范要求的全载荷雨流矩阵。

[0039]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：[0040]本发明通过改制悬置支架结构，在动力总成悬置受力路径上，嵌入三分力载荷传感器，在试验场耐久路面(振动路、路条路、比利时路等)依据强化耐久规范进行实际载荷获取，对获取的载荷信号进行检验处理，运用雨流计数法对结果进行计数统计，再应用雨流矩阵法对载荷频次进行外推，结合疲劳累计损伤理论和伪损伤等效原则进行单轴载荷谱编制。[0041]相对于现有的仿真计算或参照已有载荷谱，本发明编制的载荷谱来自真实的试验场耐久路工况，具有很高的准确性、很强的针对性。同时不会出现因过大载荷导致实验失效模式的改变，从而导致零件过设计及成本增加，也不会出现过小的试验载荷而达不到早期试验验证的目的。

附图说明

[0042]图1为本发明一种基于试验场耐久路实测载荷动力总成悬置载荷谱编制方法流程图；

[0043]图2为From-To雨流矩阵分布图；

[0044]图3为From-To雨流矩阵载荷频次外推分布图。

具体实施方式

[0045]以下结合附图和实施例详细介绍本发明的技术方案：[0046]如图1所示，一种基于试验场耐久路实测载荷动力总成悬置载荷谱编制方法，包括以下步骤：

[0047]步骤1、根据悬置系统，改制悬置支架结构，在悬置支架与悬置之间嵌入三分力载荷传感器：

[0048]将三分力载荷传感器安装在悬置支架与悬置之间，且三分力载荷传感器通过固定装置与悬置连接；其中，要保证悬置的安装孔位与原支架保持一致，三分力载荷传感器受力中心在悬置系统力的传递轴线上，同时保证悬置的静刚度、动刚度等主要设计参数不变；[0049]步骤2、依据耐久规范要求，进行试验场耐久路典型路面实测，获得三分力载荷传感器采集的动力总成悬置三分力载荷信号。不同路面各测试3次，保证测试数据的重复性和一致性。(表1仅为示例性表格)

[0050]表1试验场典型测试路面列举

[0051]

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步骤3、对实测信号进行检验和预处理，数据检验主要包括信号的重复性、一致性，

预处理主要包括消除信号漂移，消除异常值。[0053]实测信号为悬置坐标系下的载荷值，需要将其转换成整车坐标系下的载荷值，悬置坐标系与整车坐标系方向不一致，其关系如表2所示，转换方法如式(1)所示。[00]表2悬置坐标系和整车坐标系的关系

[0055]

坐标值uiviwixαuiαviαwiy

βuiβviβwiz

γuiγviγwi

[0056]

[0057][0058]

式中，Fxi、Fyi，Fzi为整车坐标系下转换后悬置载荷；Fui、Fvi、Fwi为悬置坐标系下实测悬置载荷；

为方向转移矩阵。

[0059]

步骤4、使用雨流计数法对测试信号进行载荷频次统计，再应用雨流矩阵法对载荷

频次进行外推：

[0061]使用雨流计数得到的载荷谱中不再包含载荷的时间、载荷发生先后顺序和频率信息。雨流计数法为双参数计数法，计数结果为不同幅值、不同均值载荷对应的循环频次。本发明应用雨流计数，如式(2)所示；采用From-To的矩阵计数形式，如图2所示。对于载荷区间大小及区间数目依据实际测试数据确定。本发明在进行雨流计数分析时，分析最大值设置4000N，最小值设置-4000N，区间数目为80个，则区间大小为100N。

[0060]

[0062]

[0063]

式中：i—雨流循环开始点的载荷区间；[00]j—雨流循环闭合点的载荷区间；

[0065]rij—雨流循环开始于i结束于j的循环数；[0066]u、v—雨流矩阵的列数与行数；

[0067]由于在实车数据采集过程中不可能将耐久规范中各典型耐久路面循环数全部测完，采用雨流矩阵外推法进行载荷频次外推，可节约费用，缩短测试周期，又可在较短的试验载荷数据中推导出完成耐久规范要求的试验载荷数据，且又能保证载荷估计的准确性。[0068]本发明选用Epanechkov核函数进行载荷分布估计，其概率分布函数模型与雨流矩

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阵具有较好的适应性，而且也适用于以载荷均值、幅值分布形式的雨流矩阵。某一典型路面测试数据外推倍数＝规范中该典型耐久路面要求循环数(如振动路C1)÷该典型面实际测试次数。某段耐久路面载荷频次进行外推结果示例如图3所示。[0069]步骤5、将多路段载荷频次结果依据耐久规范循环次数进行合成；[0070]载荷谱的合成主要是对各典型路段的雨流矩阵进行合成。首先完成步骤4中各典型路段的载荷频次外推工作，获取各典型路段载荷频次外推倍数Hn，如式3所示。将规范中每个典型路段实际测试雨流矩阵的载荷频次进行外推，将外推后的各雨流矩阵进行叠加，获得满足规范要求的全载荷雨流矩阵数据，如式4所示。[0071]H(n)＝C(n)/T(n)      (3)

[0072][0073]

式中，H(n)—某一典型路面测试数据载荷雨流矩阵频次外推倍数；[0074]C(n)—耐久路规范中某一典型路面要求循环数；[0075]T(n)—某一典型路面实际测试次数；[0076]n—规范中测试的耐久路面种类个数；[0077]R(n)—测试某典型路段雨流矩阵；

[0078]Ra—满足规范要求的全载荷雨流矩阵。[0079]步骤6、应用疲劳累积损伤理论和伪损伤等效原则，依据合成的载荷频次数据编制载荷谱。

[0080]将步骤5中雨流矩阵Ra处理成用于台架加载的程序载荷谱，该载荷谱描述的是幅值和循环数的关系，用于台架验证悬置疲劳耐久性能，也可作为悬置耐久性仿真分析的载荷输入。本发明编制整车坐标下X方向和Z方向载荷谱，X方向编制单级载荷谱。Z方向编制3级载荷谱，并划分成10个子循环。具体形式见表3、表4。[0081]表3整车坐标系下X方向单级载荷谱

[0082]

[0083]

表4整车坐标系下Z方向3级载荷谱

[0084]

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说　明　书　附　图

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图3