CN111680409B - 一种汽车结构耐久程序的试验场关联方法 - Google Patents

Abstract

一种汽车结构耐久程序的试验场关联方法，首先进行目标试验场工况分析、关联通道确定，然后进行关联试验场和目标试验场路谱采集、载荷谱分析、相对损伤计算，然后构建关联模型，进行优化求解，并根据关联结果验证进行优化求解调整，最后生成试验场规范。通过合理选择关联通道，设置优化求解约束，实现实用性较强的试验场关联，为整车试验场耐久性能验证提供技术支持。

Description

一种汽车结构耐久程序的试验场关联方法

技术领域

本发明属于汽车整车耐久性能开发领域，尤其是涉及一种汽车结构耐久程序的试验场关联(汽车结构耐久程序的试验场转场)方法。

背景技术

汽车的耐久性能是评价汽车好坏的重要性能之一，随着我国汽车工业、汽车开发技术、汽车市场的发展变化，汽车的耐久性能日益受到重视。现阶段，在整车开发流程中，汽车耐久性能试验是汽车设计开发的关键环节之一，它既是检验汽车是否合格的最直接、最有效途径，又能为对汽车零部件进一步修改和优化设计提供参考。因此，汽车耐久性能试验被各汽车主机厂广泛采用。

试验场耐久程序是试验场耐久性能试验的执行规范，是试验员执行耐久性能试验的操作标准。由于试验场容纳能力、地理位置、收费标准等因素，部分主机厂需要获取某一固定试验场的耐久试验程序。通常，耐久试验的耐久程序通常是通过用户关联获得的，但该程序只针对某一固定试验场，且存在用户关联存在周期较长、成本较高的缺点。因此，为缩短汽车设计开发周期、降低开发成本，将一个试验场的耐久程序转移至另一试验场成为了代替用户关联的方法，即试验场关联。

目前，针对试验场结构耐久规范优化方法、试验场关联模型建立方法、试验场关联计算方法等已有大量研究，但试验场关联的实际应用效果仍存在不足。其不足主要表现在：

1、试验场关联的关联计算通道选择无法反应整车的各系统、各部件的耐久性能关联情况；

2、求解约束条件设置不足，解算出的各工况循环数值为基于数学运算的理论值，工程应用性较差，难以直接应用于试验场路线规划、形成实施性较强的耐久规范。

发明内容

本发明基于现有试验场关联、计算方法存在的不足，依托目标试验场和关联试验场采集的载荷数据，合理选择关联通道，设置优化求解约束，实现实用性较强的试验场关联，为整车试验场耐久性能验证提供技术支持，提出一种汽车结构耐久程序的试验场关联方法。

一种汽车结构耐久程序的试验场关联方法，包括：

分析目标试验场工况；

确定关联通道；

采集目标试验场与关联试验场工况路谱；

载荷谱分析处理，对采集到的各工况和各通道进行数据处理，得到载荷谱信号；

相对损伤计算，基于载荷谱信号计算目标试验场和关联试验场各工况关联通道的相对损伤值；

基于相对损伤值构建关联模型；

对关联模型进行优化求解；

得到试验场规范。

优选的，关联通道包括关联计算通道，所述关联计算通道包括每个车轮垂向力Fz、纵向力Fx和侧向力Fy。

优选的，关联通道还包括关联验证通道，所述关联验证通道包括车身加速度和杆件力。

优选的，所述关联模型为

其中，Ch_i,j表示通道i、工况j的伪损伤值，k为各个工况的循环次数，T为目标试验场程序的伪损伤和。

优选的，所述方法还包括分频带处理步骤，对所述关联模型进行分频带处理，基于频带划分将行向量[Ch_i,1 Ch_i,2 … Ch_i,n-1 Ch_i,n]、[k_i]、[T_i]进行拓展，得到试验场关联的分频带关联模型

对分频带关联模型进行优化求解，得到试验场规范。

优选的，对关联模型进行优化求解，优化函数为：

优选的，优化函数约束条件包括循环次数下限、循环次数上限、循环次数为整数和各工况循环次数为等比数列。

优选的，载荷谱分析处理对采集到的各工况、各通道进行数据处理的过程为：对采集到的各工况和各通道数据依次进行有效性检查、毛刺去除和滤波处理。

优选的，还包括关联结果验证步骤，通过计算关联计算通道、关联验证通道伪损伤的相对损伤比来进行关联结果验证，计算公式如下：

优选的，还包括关联结果验证步骤，将关联试验场程序的单通道雨流与目标试验场程序的单通道雨流进行对比，验证试验场关联的效果。

本发明通过合理选择关联通道、设置优化求解约束，形成实用性较强的试验场关联方法，为整车试验场耐久性能验证提供技术支持。

附图说明

图1示出了本发明的试验场关联流程图；

图2示出了比利时工况Fz信号；

图3示出了优化求解迭代曲线；

图4示出了分频带相对损伤比验证；

图5示出了总损伤相对损伤比验证；

图6示出了关联验证通道相对损伤比回归线图；

图7示出了左前车轮Fz雨流对比；

图8示出了右前车轮Fz雨流对比。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1的试验场关联流程图，首先进行目标工况分析、关联通道确定，然后进行关联试验场和目标试验场路谱采集、载荷谱分析处理、相对损伤计算，然后构建关联模型，进行优化求解，并根据关联结果验证进行优化求解调整，最后生成试验场规范。

(1)目标试验场工况分析

通过分析目标试验场耐久程序确定关联试验场的采集工况。在本发明的一个实施例中，目标试验场工况为A1-A8共8个工况，根据工况类型选取关联试验场B1-B13共13个工况，A1-A8、B1-B13均为需要进行路谱采集的工况。

(2)关联通道的确定

关联通道确定，确定关联计算通道与关联验证通道，并在试验样车上安装相应传感器以便在路谱采集中获取相应数据。

在汽车行驶过程中，路面激励通过车轮传递给底盘、车身等，因此车轮所受载荷为路面激励最直接的反馈。同样，对于试验场的结构耐久工况，通过六分力传感器采集的车轮垂向力Fz、纵向力Fx、侧向力Fy为工况特征最直接的体现。因此，以车轮垂向力Fz、纵向力Fx、侧向力Fy作为基础关联通道，并辅以其他关注通道(辅助关联通道)，共同作为关联计算通道。此外，为进一步验证关联效果，选取车身加速度、发动机悬置加速度、杆件受力等作为关联验证通道。

具体的，将六分力传感器采集的四个车轮垂向力Fz、纵向力Fx、侧向力Fy的分频带伪损伤作为关联计算通道。关联验证通道选取4个车身三方向加速度(纵向Ax、侧向Ay、垂向Az)、3个发动机悬置处加速度(纵向Ax、侧向Ay、垂向Az)，共计21个通道。

按确定的关联通道在试验样车上安装相应传感器。

(3)目标试验场与关联试验场工况路谱采集

目标试验场耐久程序如表1所示。

表1目标试验场耐久程序工况循环

严格按照目标试验场和关联试验场的规范，通过传感器采集试验场关联所需数据，采集数据示意图如图2所示。

按确定的采集工况、关联通道进行目标试验场与关联试验场的各工况载荷谱采集，得到试验场关联计算所需的各工况、各通道数据。

(4)载荷谱分析处理

对采集到的各工况、各通道依次进行数据有效性检查、毛刺去除、滤波等处理，得到可以用于计算相对损伤的载荷谱信号。

(5)相对损伤计算

基于载荷谱分析处理的路谱信号，计算目标试验场和关联试验场各工况关联通道的相对损伤值，以便于关联模型的构建及求解；

(6)构建关联模型

建立总损伤等效试验场关联模型，如下

其中，方程左侧矩阵由关联试验场各工况、各通道的相对损伤值构成，Ch_i，j表示通道i、工况j的伪损伤值；k为各个工况的的循环次数，即需要求解的变量；T为目标试验场程序的相对损伤和。

在本发明的另一实施例中，本发明的汽车结构耐久程序的试验场关联方法还包括对关联模型进行分频带处理的步骤，然后对分频带关联模型进行优化求解。具体的，对总损伤等效模型进行分频带处理，基于频带划分将行向量[Ch_i,1 Ch_i,2 … Ch_i,n-1 Ch_i,n]、[k_i]、[T_i]进行拓展，形成试验场关联的分频带关联模型；

优选的，基于频带划分将行向量[Ch_i,1 Ch_i,2 … Ch_i,n-1 Ch_i,n]进行推展，得到单个工况的拓展矩阵为

其中，下标l为频带划分数量；Ch_i,n,l为通道i、工况n、第l频带的相对损伤值。

优选的，将循环次数行向量[k_i]进行拓展，单个工况的拓展为[k_i,1 k_i,2 … k_i,l-1k_i,l]^T

其中，下标l为频带划分数量；k_i,l为工况i、第l频带的循环次数。

对目标试验场程序的伪损伤和行向量[T_i]进行拓展，单个通道的拓展为[T_i,1 T_i,2… T_i,l-1 T_i,l]^T

其中，下标l为频带划分数量；k_i,l为工况i、第l频带的循环次数。

对目标试验场程序的伪损伤和行向量[T_i]进行拓展，单个通道的拓展为[T_i,1 T_i,2… T_i,l-1 T_i,l]^T

其中，下标l为频带划分数量。

最终，形成了试验场关联的分频带关联模型：

(7)优化求解

在试验场关联中，关联工况数量较多，且分频带关联模型大大增加了关联矩阵的维度，通过方程求解获取关联试验场各工况的循环次数较为困难，且在大部分情况下此方程的解并不是唯一的。利用目标试验场和关联试验场采集得到的试验数据，基于关联模型，构造出优化函数。将关联模型转化为优化函数，优化函数数学表达式如下：

设置优化函数约束条件，进行试验场关联优化求解：

在优化函数的基础上，增加求解约束：

1、设置循环次数下限≥0；

2、设置循环次数上限，优选的，循环次数上限≤4000；

3、设置循环次数为整数；

4、各工况循环次数为等比数列，优选的，等比数列的底为50。

采用优化算法进行求解，计算迭代曲线如图3所示。以△作为优化函数并设置上述约束条件，这将为试验场路线规划提供了较大便利，大大增强了试验场关联优化求解结果在工程应用中的实用性。

基于优化求解得到的关联试验场各工况循环次数如表2所示。其中，关联试验场的各工况名称用代号表示。

表2关联试验场优化求解工况循环次数

(8)关联结果验证

①相对损伤比验证

在试验场关联中，关联计算程序与目标试验场程序的伪损伤对比(相对损伤比)是关联结果评价最重要、最直接的判断依据。因此，将关联计算通道、关联验证通道的伪损伤比作为试验场关联结果的验证之一，其计算公式如下：

对于关联计算通道，分频带相对损伤比验证结果如图4所示，总损伤相对损伤比验证如图5所示，关联验证通道相对损伤比回归线图如图6所示。由图可见，关联结果的分频带相对损伤比、总损伤相对损伤比、关联验证通道的相对损伤比均在0.5-2区间内。

②雨流对比验证

雨流对比是试验场关联结果验证的另一种方式，进行相关通道的雨流验证，将关联试验场程序的单通道雨流与目标试验场程序的单通道雨流进行对比，验证试验场关联的效果。

左前车轮垂向力Fz如图7所示，右后车轮垂向力Fz的雨流对比如图8所示，由图可见，关联试验场程序与目标试验场程序之间的误差较小。

关联试验场的工况及其对应循环次数(表2)即为获得的关联试验场耐久程序规范。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种汽车结构耐久程序的试验场关联方法，其特征在于，包括：

分析目标试验场工况；

确定关联通道；

采集目标试验场与关联试验场工况路谱；

载荷谱分析处理，对采集到的各工况和各通道进行数据处理，得到载荷谱信号；

相对损伤计算，基于载荷谱信号计算目标试验场和关联试验场各工况关联通道的相对损伤值；

基于相对损伤值构建关联模型；

对关联模型进行优化求解；所述关联模型的优化函数约束条件包括循环次数下限、循环次数上限、循环次数为整数和各工况循环次数为等比数列；

得到试验场规范。

2.根据权利要求1所述的方法，关联通道包括关联计算通道，所述关联计算通道包括每个车轮垂向力Fz、纵向力Fx和侧向力Fy。

3.根据权利要求2所述的方法，关联通道还包括关联验证通道，所述关联验证通道包括车身加速度和杆件力。

4.根据权利要求1所述的方法，所述关联模型为

其中，Ch_i,j表示通道i、工况j的伪损伤值，k为各个工况的循环次数，T为目标试验场程序的伪损伤和。

5.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括分频带处理步骤，对所述关联模型进行分频带处理，基于频带划分将行向量[Ch_i,1 Ch_i,2 … Ch_i,n-1 Ch_i,n]、[k_i]、[T_i]进行拓展，得到试验场关联的分频带关联模型

对分频带关联模型进行优化求解，得到试验场规范。

6.根据权利要求1所述的方法，对关联模型进行优化求解，优化函数为：

7.根据权利要求1所述的方法，载荷谱分析处理对采集到的各工况、各通道进行数据处理的过程为：对采集到的各工况和各通道数据依次进行有效性检查、毛刺去除和滤波处理。

8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，还包括关联结果验证步骤，通过计算关联计算通道、关联验证通道伪损伤的相对损伤比来进行关联结果验证，计算公式如下：

9.根据权利要求1至7任一项所述的方法，还包括关联结果验证步骤，将关联试验场程序的单通道雨流与目标试验场程序的单通道雨流进行对比，验证试验场关联的效果。

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