CN109000922B - 基于道路测试的综合传动装置台架耐久性试验方法 - Google Patents

基于道路测试的综合传动装置台架耐久性试验方法 Download PDF

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CN109000922B CN201810595141.0A CN201810595141A CN109000922B CN 109000922 B CN109000922 B CN 109000922B CN 201810595141 A CN201810595141 A CN 201810595141A CN 109000922 B CN109000922 B CN 109000922B
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Abstract

本发明涉及一种基于道路测试的综合传动装置台架耐久性试验方法，涉及履带车辆传动装置台架试验可靠性耐久性技术领域。采用本发明使综合传动在直驶工况，转向工况，换挡工况，液力制动工况，风扇传动工况等涉及的各个系统在台架试验上得到了全面的耐久性考核，大大提高试验科目的覆盖广度，运用损伤等效的相关理论，找到了台架耐久性试验对标的理论依据，有效提高了台架耐久性试验的科学性。

Description

基于道路测试的综合传动装置台架耐久性试验方法
技术领域
本发明涉及履带车辆传动装置台架试验可靠性耐久性技术领域，具体涉及一种基于道路测试的综合传动装置台架耐久性试验方法。
背景技术
综合传动装置是集机电液为一体的复杂系统，包含前传动、行星变速机构、转向泵马达、风扇传动等10余个组别，具有直驶变速、转向、液力制动，风扇调速等功能，属于多流传动装置，功率传递路线复杂，广泛应用于履带车辆。车辆行驶道路复杂、工况多变，综合传动装置受到发动机的周期激励，传动装置自身起步、加速、换挡、减速、制动等带来的内部激励以及复杂多变路面带来的随机激励。当前关于综合传动装置的台架耐久性考核试验主要体现在直驶变速系统的考核，考核部件的范围不全面、不系统，例如缺乏对风扇传动、液力制动以及转向系统的耐久性考核。对于当前综合传动装置的耐久性试验方法而言仅仅是依据经验制定不同挡位、不同转速，不同加载载荷和加载时间的组合，缺乏理论依据，通过台架耐久性试验的综合传动装置在实车应用中仍然暴露较多的可靠性问题。针对综合传动装置台架耐久性试验迫切需要提出考核范围广、考核内容具有理论支撑的台架试验方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种综合传动装置耐久性台架试验方法，结合台架试验特点开展切实可行的耐久性试验，较好地模拟实车工况和载荷。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于道路测试的综合传动装置台架耐久性试验方法，包括以下步骤：
1、通过道路测试获得各种路面分别在各种工况下的统计数据，对所有统计数据进行预处理；所述统计数据包括载荷统计数据；
2、通过数据挖掘，将预处理后的统计数据进行关联和匹配，获得各种路面分别在各种工况下的统计规律；
3、针对步骤1得到的各种路面分别在各种工况下的统计数据，开展载荷的概率密度函数构建，二维载荷谱向一维载荷谱转化以及损伤率计算；
4、开展台架试验，按照损伤等效的原理，在加载工况下对步骤2 得到的结果进行标定和等效处理，并按照损伤等效的原理，在加载工况下分别对步骤3得到的结果进行标定和等效处理。
如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1包括以下步骤：
1.1按照预设测试内容，针对零差速液力机械综合传动装置进行测点布置，共设置4个扭矩测点，设T1，T2，T3，T4分别采集风扇传动输入扭矩、左侧汇流排输出扭矩、右侧汇流排输出扭矩，泵马达输出扭矩，设置3个转速测点，设n1，n2，n3分别采集发动机输入转速、零轴转速，变速机构输出转速，设置1个油压测点q1采集转向高压路油压，转矩信号通过在综合传动装置两侧输出的齿轮轴上粘贴全桥式应变片的方法获得，数据采集系统将应变信号转化为经过标定之后的转矩信号，转速信号通过采用霍尔传感器实现，油压信号通过设置压力传感器实现，挡位信号通过传动装置测试盒的CAN总线获得；
1.2根据履带车辆定型考核所规定的路面类型相关标准，在特定的试验场分别采信三个驾驶员分别跑三圈所得到的三组数据；
1.3将三个驾驶员获得的三组数据进行合成，然后采用低通滤波法去掉干扰信号，采用幅值门限法去掉信号中的奇异值，对于损伤小于预设值的载荷进行去除，得到一路面对于综合传动装置实际输入转速的一段采样曲线。
优选地，步骤2包括以下步骤：
2.1按照步骤1得到的统计内容，对于直驶工况，分别对于机械工况和液力工况开展各个挡位条件下进行转速、转矩、循环次数及时间的统计；首先将特定挡位转速分为m1个区间，针对于每一个转速区间将对应的扭矩提取出来，然后按照雨流计数法，对载荷按照n1个区间进行幅值、均值、循环次数和经历时间的统计，这样就得到了任意一个挡位，任意一个转速区间的n1×n1转矩雨流矩阵；
2.2对于转向工况，分别按照左转向和右转向的工况，获取各个挡位条件下，输入转速，排量和负载三者的统计规律；首先将特定挡位条件下输入转速分为m2个区间，针对于每一个转速区间将对应的转向高压和泵马达输出转速提取出来，对于特定输入转速区间将对应的输出转速分为n2个区间，通过泵马达的工作原理得到n2个排量控制范围也就是转向控制拉臂所对应的n2个角度，提取输出转速n2个区间所对应的转向高压值，对于特定输出转速区间将对应的转向高压和转向输出载荷分为P个区间，每个区间对应一个转向高压和相应的转向输出载荷；这样对于转向工况就得到了m2×n2×P个匹配数组，按照这种统计方法，在台架试验上实现特定挡位条件下，不同的泵马达输入转速，不同转向程度，不同的转向负载和对应加载时间的统计规律；
2.3对于换挡工况，分别按照升挡工况和降挡工况，统计各个挡位之间相互切换的次数和换挡开始前的车速，通过内部传动比的换算得到传动装置换挡开始前的输入转速；
2.4对于液力制动工况，对于各个挡位开展制动开始时的车速统计和制动次数统计，将制动开始时的变速箱输入转速分为m3个区间，最终得到各个挡位制动时的统计规律；
2.5对于风扇传动工况，分别对于机械工况和液力工况开展各个挡位条件下，转速、转矩、循环次数、对应时间的统计；同样将特定挡位转速分为m1个区间，针对于每一个转速区间将对应的扭矩提取出来，然后按照雨流计数法，对载荷按照n3个区间进行幅值、均值、循环次数和经历时间的统计，这样就得到了任意一个挡位，任意一个转速区间的n3×n3转矩雨流矩阵。
优选地，步骤3包括以下步骤：
3.1任意挡位特定转速区间分为机械工况和液力工况，首先开展机械工况载荷数据的统计处理，执行步骤3.2-3.8；
3.2对于任意挡位特定转速区间下的扭矩均值f(x)开展正态分布拟合，对于扭矩幅值g(y)开展威布尔分布的拟合；
3.3对于扭矩载荷开展以均值和幅值为二元随机变量的二维概率密度函数f(x,y)构造；
3.4假设车辆定型考核的路面有r种，各个路面考核里程占总寿命里程的百分比为p1、p2........pr，各个路面不同挡位特定输入转速区间下实际测试采样数据的试验里程长度为L1、L2........Lr，各个路面实际测试输出扭矩的循环次数为q1、q2........qr，假设车辆总的寿命里程为 L，那么对于第i个路面，行驶里程为piL，该路面载荷循环总次数为 Ni＝piL qi/Li，所以所有路面进行考核的总的循环次数为N，计算公式为式(1)，那么特定路面考核的权重系数为βi，计算公式为式(2)：
Figure BDA0001691317630000041
Figure BDA0001691317630000042
3.5将不同路面的载荷进行合成，得到全寿命周期不同挡位特定转速区间下合成二维概率密度函数h(x,y)，计算公式为式(3)：
Figure BDA0001691317630000043
3.6分别对不同路面任意挡位特定转速区间下的扭矩均值和幅值进行扩展和重构；对于r种路面的r个极值进行比较，取其中的最大值作为最终极大值，然后对于载荷的均值和幅值进行分级，设都是分为8级；
3.7对于任意挡位特定转速区间下的扭矩均值和幅值8级载荷谱，依据式(3)所得到的二维概率谱密度函数，得到8级幅值和8级均值所对应的8×8循环次数矩阵，设b1～b8代表载荷的8级幅值分级， N11～N88代表在相应的均值和幅值条件下的载荷循环次数；
3.8按照Goodman等效方法对于任意挡位特定转速区间下的扭矩二维载荷谱向一维载荷谱等效处理，得到对称循环条件下的等效幅值和等效频次，设w11～w88代表在相应载荷均值条件下的损伤率，c1～c8代表对称循环条件下的等效幅值，根据Palmgren-Miner疲劳累积理论，依据输出齿轮轴材料的SN曲线计算得到不同等效幅值和对应频次对于材料的损伤率，这样就得到任意挡位特定转速条件下，不同扭矩均值在不同幅值条件下所对应等效损伤率，设a1～a8代表风扇传动输入轴载荷的8级分级，u11～u18代表在相应载荷均值条件下的损伤率，计算公式为式(4)：
Figure BDA0001691317630000051
3.9对于液力工况各个挡位各个输入转速条件下的载荷处理重复步骤3.3-3.8；
3.10再次执行步骤3.3-3.8计算对于风扇传动等效载荷的处理和损伤率，得到任意挡位任意输入转速输入轴损伤率；设d1～d8代表风扇传动输入轴载荷的8级分级，v11～v18代表在相应载荷均值条件下的损伤率；
3.11再次执行步骤3.3-3.8计算对于转向机构等效载荷的处理和损伤率，最终得到的特定挡位，转向排量和输入转速条件下对应的转向高压，输出转向载荷均值和对应的损伤率，设P1～P8代表转向高压的8级分级，e1～e8代表转向输出载荷均值的8级分级，f11～f18代表在相应载荷均值条件下的损伤率。
优选地，步骤4包括以下步骤：
4.1基于步骤2和步骤3的处理结果，对于直驶工况台架试验进行模拟，原则是相同均值条件下损伤率一致，也就是说损伤等效；
对于机械工况特定挡位特定输入转速，在限定的时间t1对传动输出施加均值载荷a1，经过在相同的位置采用在综合传动装置两侧输出的齿轮轴上粘贴全桥式应变片的方法获得扭矩信号，经过雨流计数法得到载荷的均值和幅值，采用Goodman等效方法和Palmgren-Miner疲劳累积等效法则，计算得到损伤率为y1，所以要想达到实车相同的损伤效果台架加载的时间为t2，计算公式为式(5)：
Figure BDA0001691317630000061
从而得到各个挡位各个输入转速条件下，对应特定加载扭矩所对应的等效加载时间；
4.2基于步骤2至步骤3的处理结果，同样采取损伤等效的原则，在风扇传动输入轴上粘贴全桥式应变片的方法获得扭矩信号；首先开展机械工况特定挡位特定输入转速条件下，在限定的时间t1对风扇传动输出施加均值载荷d1，经过雨流计数法得到载荷的均值和幅值，采用Goodman等效方法和Palmgren-Miner疲劳累积等效法则，计算得到损伤率为z1，要想达到实车相同的损伤效果台架加载的时间为t3，计算公式为式(6)所示：
Figure BDA0001691317630000062
4.3基于步骤4.1和步骤4.2的处理结果，对于直驶工况和风扇传动工况同时试验的加载时间的处理为，如果t2≥t3，对于风扇传动的加载时间为t3，在差值t2-t3这段时间将风扇传动空载；如果t2≤t3，对于风扇传动的加载时间为t3，在差值t3-t2这段时间将传动输出空载；
4.4对于转向工况在台架试验上的模拟，基于步骤2至步骤3的处理结果，采用单独试验的方法，在台架试验，同样采取损伤等效的原则，在泵马达的输出上粘贴全桥式应变片的方法获得扭矩信号；对于特定挡位特定输入转速条件下，在限定的时间t4对泵马达输出施加均值载荷e1，经过雨流计数法得到载荷的均值和幅值，采用Goodman等效方法和Palmgren-Miner疲劳累积等效法则，计算得到损伤率为g1，要想达到实车相同的损伤效果台架加载的时间为t5，计算公式为式 (7)：
Figure BDA0001691317630000071
4.5对于换挡冲击的模拟，基于步骤2至步骤3的处理结果，在台架试验上采用等效惯量，在特定的换挡车速条件下开展升挡和降挡的次数考核，换挡时机安排到直驶工况考核的挡位切换之间进行，所遵循的原则是升降挡次数一致；
4.6对于液力制动的耐久性考核，基于步骤2至步骤3的处理结果，采用实车统计的规律开展台架试验模拟，制动时机安排到直驶工况考核的过程中进行，所遵循的原则是特定制动车速条件下的制动次数一致。
优选地，步骤4中，对于各个工况在台架试验上试验顺序的安排，采用直驶工况、风扇传动工况同时进行，换挡工况和液力制动工况和直驶工况交叉试验的方法，转向工况单独试验的方法进行。
优选地，步骤2.1中，机械工况对应液力变矩器闭锁的情况。
优选地，步骤2.1中，液力工况对应液力变矩器解锁的情况。
优选地，步骤3.8中，所述对称循环条件对应均值等效为0的情况。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：
1、本发明提供的基于道路测试的综合传动装置台架耐久性试验方法，改变了以往综合传动整机试验不考虑考虑风扇传动和液力制动系统耐久性考核的局面，从根本上解决了综合传动耐久性性试验实车试验工况向台架试验工况转化等效处理的技术难题，为综合传动装置各个零部件的优化设计和耐久性加速试验等提供了技术基础。
2、采用本发明使综合传动在直驶工况、转向工况、换挡工况、液力制动工况、风扇传动工况等涉及的各个系统在台架试验上得到了全面的耐久性考核，大大提高试验科目的覆盖广度，运用损伤等效的相关理论，找到了台架耐久性试验对标的理论依据，有效提高了台架耐久性试验的科学性。
附图说明
图1是本发明的测点布置图；
图2为本发明的台架布局图；
图3为本发明的转速变化图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
综合传动装置耐久性台架试验应该依据实车耐久性考核试验综合传动装置工作工况的统计和载荷的统计，按照工况等效，载荷等效的原则制定综合传动台架耐久性试验方法。台架试验和实车试验在综合传动输入动力激励方面存在较大差异。台架试验一般采用驱动电机作为动力，电机给传动装置带来的扭转激励等较小并且调速梯度有限，响应频率有限；实车试验采用柴油机作为动力，综合传动装置承受了较大的扭转振动激励，且输入转速变化梯度较大。如何解决台架试验条件和实车条件的差异，如何按照等损伤的原则去构建综合传动台架耐久性实验体系是本发明的重要内容。综合传动装置是复杂的大系统，必须针对组件的组成特点，以工况为牵引，以损伤特点和规律为等效准则，全面考核各个组成系统的耐久性。
本发明用以解决现有综合传动耐久性考核覆盖内容不全面，加载时间等效缺乏理论支撑的问题，本发明中综合传动装置耐久性考核的工况和载荷谱主要依据对车辆定型耐久性试验的各项参数的实测获得，因此其计算结果可信度和准确度较高。经过实车测试所获得的综合传动装置载荷数据和工况数据数量庞大，内容复杂，本发明针对这些数据能够有效的进行分类、梳理和数据挖掘，能够结合台架试验特点开展切实可行的耐久性试验，较好地模拟了实车工况和载荷。
本发明提供的一种基于道路测试的综合传动装置耐久性台架试验方法，包括如下步骤：
1、通过道路测试获得工况、载荷等统计数据，对数据进行预处理。
1.1按照表1所示的测试内容，针对于某典型零差速液力机械综合传动装置的测点布置图如图1所示，共设置了4个扭矩测点，T1，T2， T3，T4分别采集风扇传动输入扭矩，左侧汇流排输出扭矩，右侧汇流排输出扭矩，泵马达输出扭矩，3个转速测点，n1，n2，n3分别采集发动机输入转速，零轴转速，变速机构输出转速，1个油压测点q1采集转向高压路油压。转矩信号通过在综合传动两侧输出的齿轮轴上粘贴全桥式应变片的方法获得，数据采集系统将应变信号转化为经过标定之后的转矩信号，转速信号通过采用霍尔传感器实现，油压信号通过设置压力传感器实现。挡位等信号通过传动装置测试盒的CAN总线获得。
表1数据采样记录表
Figure 7
Figure 1
1.2根据某型履带车辆定型考核所规定的路面类型等相关标准，在特定的试验场分别采信三个驾驶员分别跑三圈所得到的三组数据，以减少认为驾驶习惯的差异所带来的较大误差。
1.3将三个驾驶员获得的三组数据进行合成，然后采用低通滤波法去掉干扰信号，提高信号的信噪比，采用幅值门限法去掉信号中的奇异值。对于损伤较小的载荷进行去除，减少信号处理的数据量。某路面对于综合传动装置实际输入转速的一段采样曲线如图3所示。
2、通过数据挖掘，将预处理后的数据进行关联和匹配，获得各种路面各种工况下的统计规律。
2.1按照表2所示的统计内容，对于直驶工况，分别对于机械工况(液力变矩器闭锁)和液力工况(液力变矩器解锁)开展各个挡位条件下进行转速、转矩、循环次数及时间的统计。首先将特定挡位转速分为m1个区间，针对于每一个转速区间将对应的扭矩提取出来，然后按照雨流计数法，对载荷按照n1个区间进行幅值、均值、循环次数和经历时间的统计。这样就得到了任意一个挡位，任意一个转速区间的n1×n1转矩雨流矩阵。
表2数据处理表
Figure 4
Figure 5
2.2对于转向工况，分别按照左转向和右转向的工况，开展各个挡位条件下，输入转速，排量和负载三者的统计规律。首先将特定挡位条件下输入转速分为m2个区间，针对于每一个转速区间将对应的转向高压和泵马达输出转速提取出来，对于特定输入转速区间将对应的输出转速分为n2个区间，通过泵马达的工作原理可得到n2个排量控制范围也就是转向控制拉臂所对应的n2个角度，提取输出转速n2个区间所对应的转向高压值，对于特定输出转速区间将对应的转向高压和转向输出载荷分为P个区间(每个区间对应一个转向高压和相应的转向输出载荷)；这样对于转向工况就得到了m2×n2×P个匹配数组。按照这种统计方法，在台架试验上可以实现特定挡位条件下，不同的泵马达输入转速，不同转向程度(对应排量)，不同的转向负载(对应转向高压)和对应加载时间的统计规律。
2.3对于换挡工况，分别按照升挡工况和降挡工况，统计各个挡位之间相互切换的次数和换挡开始前的车速，通过内部传动比的换算可以得到传动装置换挡开始前的输入转速。这个工况统计的目的是模拟综合传动的冲击工况，冲击工况载荷较大对疲劳寿命的低周损伤起到较大的作用。
表3升挡工况统计
Figure 6
Figure BDA0001691317630000131
2.4对于液力制动工况，对于各个挡位开展制动开始时的车速统计和制动次数统计工作，将制动开始时的变速箱输入转速分为m3个区间。最终得到各个挡位制动时的统计规律。
2.5对于风扇传动工况，其开展台架试验主要和直驶工况考核试验同时进行，其统计规则和直驶工况载荷的统计规则类似。分别对于机械工况(液力变矩器闭锁)和液力工况(液力变矩器解锁)开展各个挡位条件下，转速、转矩、循环次数、对应时间的统计。同样将特定挡位转速分为m1个区间，针对于每一个转速区间将对应的扭矩提取出来，然后按照雨流计数法，对载荷按照n3个区间进行幅值、均值、循环次数和经历时间的统计。这样就得到了任意一个挡位，任意一个转速区间的n3×n3转矩雨流矩阵。
3、针对步骤1得到的各个路面各种工况的统计数据，开展载荷的概率密度函数构建，二维载荷谱向一维载荷谱转化以及损伤率计算。
3.1任意挡位特定转速区间分为机械工况和液力工况，首先开展机械工况载荷数据的统计处理，如下步骤3.2-3.8所示。
3.2对于任意挡位特定转速区间下的扭矩均值f(x)开展正态分布拟合，对于扭矩幅值g(y)开展威布尔分布的拟合。
3.3对于扭矩载荷开展以均值和幅值为二元随机变量的二维概率密度函数构造f(x,y)。
3.4假设车辆定型考核的路面有r种，各个路面考核里程占总寿命里程的百分比为p1、p2........pr，各个路面不同挡位特定输入转速区间下实际测试采样数据的试验里程长度为L1、L2........Lr,各个路面实际测试输出扭矩的循环次数为q1、q2........qr。假设车辆总的寿命里程为 L，那么第i个路面，行驶里程为piL，该路面载荷循环总次数为Ni＝piLqi/Li。所以所有路面进行考核的总的循环次数为N，计算公式如式(1) 所示。那么特定路面考核的权重系数为βi，计算公式如式(2)所示。
Figure BDA0001691317630000141
Figure BDA0001691317630000142
3.5将不同路面的载荷进行合成，得到全寿命周期不同挡位特定转速区间下合成二维概率密度函数h(x,y)，计算公式如式(3)所示。
Figure BDA0001691317630000143
3.6分别对不同路面任意挡位特定转速区间下的扭矩均值和幅值进行扩展和重构。对于r种路面的r个极值进行比较，取其中的最大值作为最终极大值。然后对于载荷的均值和幅值进行分级，下面以8 级为例进行说明，当然也可以为了台架试验加载方面选择更少的级数。
3.7对于任意挡位特定转速区间下的扭矩均值和幅值8级载荷谱，依据式(3)所得到的二维概率谱密度函数，得到8级幅值和8级均值所对应的8×8循环次数矩阵，如表4所示,a1～a8代表载荷的8级均值分级，b1～b8代表载荷的8级幅值分级，N11～N88代表在相应的均值和幅值条件下的载荷循环次数。
表4等效载荷矩阵一
Figure BDA0001691317630000144
3.8按照Goodman等效方法对于任意挡位特定转速区间下的扭矩二维载荷谱向一维载荷谱等效处理,得到对称循环条件下(均值等效为0)的等效幅值和等效频次，如表5所示。a1～a8代表载荷的8级分级， w11～w88代表在相应载荷均值条件下的损伤率,c1～c8代表对称循环条件下的等效幅值。根据Palmgren-Miner疲劳累积理论，根据输出齿轮轴材料的SN曲线计算得到不同等效幅值和对应频次对于材料的损伤率。这样就得到任意挡位特定转速条件下，不同扭矩均值在不同幅值条件下所对应等效损伤率，如表6所示，a1～a8代表风扇传动输入轴载荷的8级分级，u11～u18代表在相应载荷均值条件下的损伤率,计算公式如式(4)所示。
Figure BDA0001691317630000151
表5等效载荷矩阵二
Figure BDA0001691317630000152
表6损伤率计算表一
载荷均值(Nm) a<sub>1</sub> a<sub>2</sub> ..... a<sub>8</sub>
损伤率 u<sub>11</sub> u<sub>12</sub> ..... u<sub>18</sub>
3.9对于液力工况各个挡位各个输入转速条件下的载荷处理重复步骤3.3-3.8。
3.10对于风扇传动等效载荷的处理和损伤率的计算同3.3-3.8，任意挡位任意输入转速输入轴损伤率计算如表7所示。d1～d8代表风扇传动输入轴载荷的8级分级，v11～v18代表在相应载荷均值条件下的损伤率。
表7损伤率计算表二
载荷均值(Nm) d<sub>1</sub> d<sub>2</sub> .... d<sub>8</sub>
损伤率 v<sub>11</sub> v<sub>12</sub> ..... v<sub>18</sub>
3.11对于转向机构等效载荷的处理和损伤率的计算同3.3-3.8, 最终得到的特定挡位，转向排量和输入转速条件下对应的转向高压，输出转向载荷均值和对应的损伤率，如表8所示。P1～P8代表转向高压的8级分级，e1～e8代表转向输出载荷均值的8级分级，f11～f18代表在相应载荷均值条件下的损伤率。
表8损伤率计算表三
转向高压(Mpa) P<sub>1</sub> P<sub>1</sub> ..... P<sub>8</sub>
载荷均值(Nm) e<sub>1</sub> e<sub>2</sub> ..... e<sub>8</sub>
损伤率 f<sub>11</sub> f<sub>12</sub> ..... f<sub>18</sub>
4台架试验按照损伤等效的原理，在加载工况下分别对步骤2和步骤3得到的结果进行标定和等效处理，台架试验布局图如图2所示。
4.1基于步骤2-3的处理结果，对于直驶工况台架试验的模拟，其核心原则是相同均值条件下损伤率一致，也就是说损伤等效。对于液力工况和机械工况的加载试验方法类似。例如对于机械工况特定挡位特定输入转速，在限定的时间t1(本实施例中为10分钟)对传动输出施加均值载荷a1(本实施例中为1631Nm)，经过在相同的位置采用在综合传动装置两侧输出的齿轮轴上粘贴全桥式应变片的方法获得扭矩信号，经过雨流计数法得到载荷的均值和幅值，采用Goodman等效方法和Palmgren-Miner疲劳累积等效法则，计算得到损伤率为y1(本实施例中为1.3e-6)，所以要想达到实车相同的损伤效果台架加载的时间应该为t2，计算公式如式(5)所示，本实施例中依据式(5)计算出t2为2150分钟。
Figure BDA0001691317630000161
这个就得到各个挡位各个输入转速条件下，对应特定加载扭矩所对应的等效加载时间，解决的实车试验和台架试验因动力不同，所带来的交变载荷特性不同所导致的耐久性试验缺乏理论支撑的局面。
表9损伤率计算表四
载荷均值(Nm) 1631 3589 5546 7504 9461 11093 12397 13050
损伤率 0.00028 0.00055 0.00083 0.00139 0.00194 0.00278 0.00250 0.00222
表10损伤率计算表五
载荷均值(Nm) 63 140 216 293 369 433 484 510
损伤率 0.0025 0.0049 0.0074 0.0123 0.0173 0.0247 0.0221 0.0198
表11损伤率计算表六
转向高压(Mpa) 8.1 17.8 27.6 37.37 47.12 55.2 61.7 65
载荷均值(Nm) 2275 5005 7735 10465 13195 15470 17290 18200
损伤率 0.0015 0.0020 0.0044 0.0074 0.0104 0.0148 0.0133 0.0119
4.2一般风扇传动的加载试验和直驶工况同时开展，本步骤基于步骤2-3的处理结果，同样采取损伤等效的原则，在风扇传动输入轴上粘贴全桥式应变片的方法获得扭矩信号。首先开展机械工况特定挡位特定输入转速条件下，在限定的时间t1(本实施例中为10分钟)对风扇传动输出施加均值载荷d1(本实施例中为63Nm)，经过雨流计数法得到载荷的均值和幅值，采用Goodman等效方法和Palmgren-Miner 疲劳累积等效法则，计算得到损伤率为z1(本实施例中为2.2e-5)，所以要想达到实车相同的损伤效果台架加载的时间应该为t3，计算公式如式(6)所示，本实施例中计算出来t3为1136分钟。
Figure BDA0001691317630000171
因为风扇传动采用液压泵加载，综合传动输出采用加载电机加载，这样会导致传动链所传递的交变载荷特性不同，也就意味着t2和 t3并不一定相同。
4.3基于步骤4.1-4.2的处理结果，对于直驶工况和风扇传动工况同时试验的加载时间的处理如下，如果t2≥t3，对于风扇传动的加载时间为t3，在差值t2-t3这段时间将风扇传动空载；如果t2≤t3，对于风扇传动的加载时间为t3，在差值t3-t2这段时间将传动输出空载。这样按照各个挡位各个转速在特定输入扭矩均值条件下同时对风扇传动和综合传动直驶变速等机构进行耐久性等效考核的问题就得到了解决。
4.4对于转向工况在台架试验上的模拟，基于步骤2-3的处理结果，采用单独试验的方法，在台架试验，同样采取损伤等效的原则，在泵马达的输出上粘贴全桥式应变片的方法获得扭矩信号。对于特定挡位特定输入转速条件下，在限定的时间t4(本实施例中为10分钟) 对泵马达输出施加均值载荷e1(本实施例中为2275Nm)，经过雨流计数法得到载荷的均值和幅值，采用Goodman等效方法和 Palmgren-Miner疲劳累积等效法则，计算得到损伤率为g1(本实施例中为5.31e-5)，所以要想达到实车相同的损伤效果台架加载的时间应该为t5，计算公式如式(7)所示，本实施例中计算出t5为282分钟。
Figure BDA0001691317630000181
4.5对于换挡冲击的模拟，基于步骤2-3的处理结果，在台架试验上采用等效惯量，在特定的换挡车速条件下开展升挡和降挡的次数考核。换挡时机安排到直驶工况考核的挡位切换之间进行，所遵循的原则是升降挡次数一致。
4.6对于液力制动的耐久性考核，基于步骤2-3的处理结果，采用实车统计的规律开展台架试验模拟。制动时机安排到直驶工况考核的过程中进行，所遵循的原则是特定制动车速条件下的制动次数一致。
步骤4中，对于各个工况在台架试验上试验顺序的安排，采用直驶工况，风扇传动工况同时进行，换挡工况和液力制动工况和直驶工况交叉试验的方法，转向工况单独试验的方法进行。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于道路测试的综合传动装置台架耐久性试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、通过道路测试获得各种路面分别在各种工况下的统计数据，对所有统计数据进行预处理；所述统计数据包括载荷统计数据；
步骤2、通过数据挖掘，将预处理后的统计数据进行关联和匹配，获得各种路面分别在各种工况下的统计规律；
步骤3、针对步骤1得到的各种路面分别在各种工况下的统计数据，开展载荷的概率密度函数构建，二维载荷谱向一维载荷谱转化以及损伤率计算；
步骤4、开展台架试验，按照损伤等效的原理，在加载工况下对步骤2得到的结果进行标定和等效处理，并按照损伤等效的原理，在加载工况下分别对步骤3得到的结果进行标定和等效处理；
步骤1包括以下步骤：
1.1按照预设测试内容，针对综合传动装置进行测点布置，共设置4个扭矩测点，设T1，T2，T3，T4分别采集风扇传动输入扭矩、左侧汇流排输出扭矩、右侧汇流排输出扭矩，泵马达输出扭矩，设置3个转速测点，设n1，n2，n3分别采集发动机输入转速、零轴转速，变速机构输出转速，设置1个油压测点q1采集转向高压路油压，扭矩信号通过在综合传动装置两侧输出的齿轮轴上粘贴全桥式应变片的方法获得，数据采集系统将应变信号转化为经过标定之后的扭矩信号，转速信号通过采用霍尔传感器实现，油压信号通过设置压力传感器实现，挡位信号通过传动装置测试盒的CAN总线获得；
1.2根据履带车辆定型考核所规定的路面类型相关标准，在特定的试验场分别采信三个驾驶员分别跑三圈所得到的三组数据；
1.3将三个驾驶员获得的三组数据进行合成，然后采用低通滤波法去掉干扰信号，采用幅值门限法去掉信号中的奇异值，对于损伤小于预设值的载荷进行去除，得到一路面对于综合传动装置实际输入转速的一段采样曲线；
步骤2包括以下步骤：
2.1按照步骤1得到的统计内容，对于直驶工况，分别对于机械工况和液力工况开展各个挡 位条件下进行转速、扭矩、循环次数及时间的统计；首先将特定挡 位转速分为m1个区间，针对于每一个转速区间将对应的扭矩提取出来，然后按照雨流计数法，对载荷按照n1个区间进行幅值、均值、循环次数和经历时间的统计，这样就得到了任意一个挡 位，任意一个转速区间的n1×n1扭矩雨流矩阵；
2.2对于转向工况，分别按照左转向和右转向的工况，获取各个挡 位条件下，输入转速，排量和负载三者的统计规律；首先将特定挡 位条件下输入转速分为m2个区间，针对于每一个转速区间将对应的转向高压和泵马达输出转速提取出来，对于特定输入转速区间将对应的输出转速分为n2个区间，通过泵马达的工作原理得到n2个排量控制范围也就是转向控制拉臂所对应的n2个角度，提取输出转速n2个区间所对应的转向高压值，对于特定输出转速区间将对应的转向高压和转向输出载荷分为P个区间，每个区间对应一个转向高压和相应的转向输出载荷；这样对于转向工况就得到了m2×n2×P个匹配数组，按照这种统计方法，在台架试验上实现特定挡 位条件下，不同的泵马达输入转速，不同转向程度，不同的转向负载和对应加载时间的统计规律；
2.3对于换挡工况，分别按照升挡 工况和降挡 工况，统计各个挡 位之间相互切换的次数和换挡开始前的车速，通过内部传动比的换算得到传动装置换挡开始前的输入转速；
2.4对于液力制动工况，对于各个挡 位开展制动开始时的车速统计和制动次数统计，将制动开始时的变速箱输入转速分为m3个区间，最终得到各个挡 位制动时的统计规律；
2.5对于风扇传动工况，分别对于机械工况和液力工况开展各个挡 位条件下，转速、扭矩、循环次数、对应时间的统计；同样将特定档位转速分为m1个区间，针对于每一个转速区间将对应的扭矩提取出来，然后按照雨流计数法，对载荷按照n3个区间进行幅值、均值、循环次数和经历时间的统计，这样就得到了任意一个挡 位，任意一个转速区间的n3×n3扭矩雨流矩阵。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3包括以下步骤：
3.1任意挡 位特定转速区间分为机械工况和液力工况，首先开展机械工况载荷数据的统计处理，执行步骤3.2-3.8；
3.2对于任意挡 位特定转速区间下的扭矩均值f(x)开展正态分布拟合，对于扭矩幅值g(y)开展威布尔分布的拟合；
3.3对于扭矩载荷开展以均值和幅值为二元随机变量的二维概率密度函数f(x,y)构造；
3.4假设车辆定型考核的路面有r种，各个路面考核里程占总寿命里程的百分比为p1、p2........pr，各个路面不同挡 位特定输入转速区间下实际测试采样数据的试验里程长度为L1、L2........Lr，各个路面实际测试输出扭矩的循环次数为q1、q2........qr，假设车辆总的寿命里程为L，那么对于第i个路面，行驶里程为piL，该路面载荷循环总次数为Ni＝piLqi/Li，所以所有路面进行考核的总的循环次数为N，计算公式为式(1)，那么特定路面考核的权重系数为βi，计算公式为式(2)：
Figure FDA0002319908480000031
Figure FDA0002319908480000032
3.5将不同路面的载荷进行合成，得到全寿命周期不同挡 位特定转速区间下合成二维概率密度函数h(x,y)，计算公式为式(3)：
Figure FDA0002319908480000033
3.6分别对不同路面任意挡 位特定转速区间下的扭矩均值和幅值进行扩展和重构；对于r种路面的r个极值进行比较，取其中的最大值作为最终极大值，然后对于载荷的均值和幅值进行分级，设都是分为8级；
3.7对于任意挡 位特定转速区间下的扭矩均值和幅值8级载荷谱，依据式(3)所得到的二维概率谱密度函数，得到8级幅值和8级均值所对应的8×8循环次数矩阵，设b1～b8代表载荷的8级幅值分级，N11～N88代表在相应的均值和幅值条件下的载荷循环次数；
3.8按照Goodman等效方法对于任意挡 位特定转速区间下的扭矩二维载荷谱向一维载荷谱等效处理，得到对称循环条件下的等效幅值和等效频次，设w11～w88代表在相应载荷均值条件下的损伤率，c1～c8代表对称循环条件下的等效幅值，根据Palmgren-Miner疲劳累积理论，依据输出齿轮轴材料的SN曲线计算得到不同等效幅值和对应频次对于材料的损伤率，这样就得到任意挡 位特定转速条件下，不同扭矩均值在不同幅值条件下所对应等效损伤率，设a1～a8代表风扇传动输入轴载荷的8级分级，u11～u18代表在相应载荷均值条件下的损伤率，计算公式为式(4)：
Figure FDA0002319908480000041
3.9对于液力工况各个挡 位各个输入转速条件下的载荷处理重复步骤3.3-3.8；
3.10再次执行步骤3.3-3.8计算对于风扇传动等效载荷的处理和损伤率，得到任意挡位任意输入转速输入轴损伤率；设d1～d8代表风扇传动输入轴载荷的8级分级，v11～v18代表在相应载荷均值条件下的损伤率；
3.11再次执行步骤3.3-3.8计算对于转向机构等效载荷的处理和损伤率，最终得到的特定挡 位，转向排量和输入转速条件下对应的转向高压，输出转向载荷均值和对应的损伤率，设P1～P8代表转向高压的8级分级，e1～e8代表转向输出载荷均值的8级分级，f11～f18代表在相应载荷均值条件下的损伤率。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤4包括以下步骤：
4.1基于步骤2和步骤3的处理结果，对于直驶工况台架试验进行模拟，原则是相同均值条件下损伤率一致，也就是说损伤等效；
对于机械工况特定挡 位特定输入转速，在限定的时间t1对传动输出施加均值载荷a1，经过在相同的位置采用在综合传动装置两侧输出的齿轮轴上粘贴全桥式应变片的方法获得扭矩信号，经过雨流计数法得到载荷的均值和幅值，采用Goodman等效方法和Palmgren-Miner疲劳累积等效法则，计算得到损伤率为y1，所以要想达到实车相同的损伤效果台架加载的时间为t2，计算公式为式(5)：
Figure FDA0002319908480000051
从而得到各个挡 位各个输入转速条件下，对应特定加载扭矩所对应的等效加载时间；
4.2基于步骤2至步骤3的处理结果，同样采取损伤等效的原则，在风扇传动输入轴上粘贴全桥式应变片的方法获得扭矩信号；首先开展机械工况特定挡 位特定输入转速条件下，在限定的时间t1对风扇传动输出施加均值载荷d1，经过雨流计数法得到载荷的均值和幅值，采用Goodman等效方法和Palmgren-Miner疲劳累积等效法则，计算得到损伤率为z1，要想达到实车相同的损伤效果台架加载的时间为t3，计算公式为式(6)所示：
Figure FDA0002319908480000052
4.3基于步骤4.1和步骤4.2的处理结果，对于直驶工况和风扇传动工况同时试验的加载时间的处理为，如果t2≥t3，对于风扇传动的加载时间为t3，在差值t2-t3这段时间将风扇传动空载；如果t2≤t3，对于风扇传动的加载时间为t3，在差值t3-t2这段时间将传动输出空载；
4.4对于转向工况在台架试验上的模拟，基于步骤2至步骤3的处理结果，采用单独试验的方法，在台架试验，同样采取损伤等效的原则，在泵马达的输出上粘贴全桥式应变片的方法获得扭矩信号；对于特定挡 位特定输入转速条件下，在限定的时间t4对泵马达输出施加均值载荷e1，经过雨流计数法得到载荷的均值和幅值，采用Goodman等效方法和Palmgren-Miner疲劳累积等效法则，计算得到损伤率为g1，要想达到实车相同的损伤效果台架加载的时间为t5，计算公式为式(7)：
Figure FDA0002319908480000061
4.5对于换挡冲击的模拟，基于步骤2至步骤3的处理结果，在台架试验上采用等效惯量，在特定的换挡车速条件下开展升挡 和降挡 的次数考核，换挡时机安排到直驶工况考核的挡 位切换之间进行，所遵循的原则是升降挡 次数一致；
4.6对于液力制动的耐久性考核，基于步骤2至步骤3的处理结果，采用实车统计的规律开展台架试验模拟，制动时机安排到直驶工况考核的过程中进行，所遵循的原则是特定制动车速条件下的制动次数一致。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤4中，对于各个工况在台架试验上试验顺序的安排，采用直驶工况、风扇传动工况同时进行，换挡工况和液力制动工况和直驶工况交叉试验的方法，转向工况单独试验的方法进行。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2.1中，机械工况对应液力变矩器闭锁的情况。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2.1中，液力工况对应液力变矩器解锁的情况。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤3.8中，所述对称循环条件对应均值等效为0的情况。
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