CN113255055A - 一种基于整车动力学仿真的变速器台架试验载荷谱生成方法 - Google Patents

一种基于整车动力学仿真的变速器台架试验载荷谱生成方法 Download PDF

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张磊
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Abstract

本发明公开了一种基于整车动力学仿真的变速器台架试验载荷谱生成方法，该方法步骤包括整车动力学仿真、试验场地道路拓扑建模、驾驶员模型建立、整车耐久试验工况仿真、变速器原始载荷谱提取和台架试验载荷谱生成，本发明采用整车动力学仿真的方式模拟目标车辆在试验场的耐久试验工况，从而提取出目标车辆的变速器原始耐久载荷谱；再通过minner线性损伤累计理论将变速器原始耐久载荷谱转换成变速器台架可执行的试验载荷谱。本发明方法生成的载荷谱真实的反映了整车参数及整车耐久工况对变速器耐久的影响，避免了变速器存在着设计不足或者过设计的问题。

Description

一种基于整车动力学仿真的变速器台架试验载荷谱生成方法
技术领域
本发明属于汽车开发技术领域，具体涉及一种基于整车动力学仿真的变速器台架试验载荷谱生成方法。
背景技术
通常国内变速器制造商采用国家推荐标准或者企业标准的耐久规范来验证变速器的耐久能力，这些相关规范的载荷谱只与发动机的最大转矩相关，无法真实反应整车参数和整车耐久工况对于变速器耐久的影响，因此变速器常常存在着试验验证不足或者过验证的问题，从而导致零部件存在着设计缺陷或者过设计的问题。因此如何获取变速器真实可靠、反映整车耐久工况的载荷谱尤为关键。
发明内容
针对现有技术中的不足与难题，本发明旨在提供一种基于整车动力学仿真的变速器台架试验载荷谱生成方法，该方法生成的载荷谱真实的反映了整车参数及整车耐久工况对变速器耐久的影响。解决目前采用国家推荐标准规范或者企业标准规范而导致变速器某些挡位耐久试验验证不足或者过验证的问题。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种基于整车动力学仿真的变速器台架试验载荷谱生成方法，包括：
步骤S1，整车动力学仿真：建立目标车型的整车动力学模型，包括发动机模型、变速器模型、轮胎模型和整车模型；
步骤S2，试验场地道路拓扑建模：根据整车耐久试验规范的要求，将目标试验场地信息进行道路拓扑建模，其中目标试验场地信息包括试验场长度、坡度、坡长、转弯半径和速度限制等信息；
步骤S3，驾驶员模型建立：根据整车耐久试验规范，将驾驶员的操作步骤通过仿真的方法实现，建立驾驶员模型；要求驾驶员模型实现以下基本功能：油门踏板开环控制模式、发动机转速闭环控制模式、车速闭环控制模式和距离闭环控制等模式。通过这些基本功能完成复杂的耐久工况；
步骤S4，整车耐久试验工况仿真：根据整车耐久试验规范的操作要求，通过步骤S3建立的驾驶员模型控制整车动力学模型在试验场地道路拓扑模型中完成指定的耐久工况仿真；
步骤S5，变速器原始载荷谱提取：根据步骤S4目标车辆的整车耐久工况仿真结果，提取变速器输入轴的转速、转矩和挡位等信息，将各个挡位各转矩段下的循环次数提取出来，作为变速器的原始载荷谱；
步骤S6，台架试验载荷谱生成：对变速器的原始载荷谱做进一步处理，具体为通过miner线性损伤累积理论以各挡位齿轮损伤作为目标，将原始载荷谱中低转矩部分的循环次数删减或者转换至各挡位额定转矩处，转换后的载荷谱即为变速器台架试验载荷谱，极大缩减了变速器试验时长，同时保证了各挡位齿轮的损伤验证。
与现有技术相比，本发明采用整车动力学仿真的方式，仿真模拟目标车辆在试验场的耐久试验工况，从而提取出目标车辆的变速器原始耐久载荷谱，再通过minner线性损伤累计理论将变速器原始耐久载荷谱转换成变速器台架可执行的试验载荷谱，因此生成的载荷谱真实的反映了整车参数及整车耐久工况对变速器耐久的影响，避免了变速器存在着设计不足或者过设计的问题。
附图说明
图1是本发明的变速器载荷谱生成流程图。
图2是本发明实施例步骤S4中完成的耐久工况仿真结果。
图3是本发明实施例步骤S5中提取的变速器原始载荷谱。
图4是本发明实施例的材料SN曲线示意图。
图5是本发明实施例生成的变速器台架试验载荷谱。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步地说明。
一种基于整车动力学仿真的变速器台架试验载荷谱生成方法，其流程图如图1所示，具体包含以下几个步骤。
(1)整车动力学仿真
建立目标车型的整车动力学模型，整车动力学模型包括发动机模型、变速器模型、轮胎模型和整车模型。
(2)试验场地道路拓扑建模
根据整车耐久试验规范的要求，将目标试验场地信息进行道路拓扑建模，其中包括试验场长度、坡度、坡长、转弯半径和速度限制等信息。
(3)驾驶员模型建立
根据整车耐久试验规范，将驾驶员的操作步骤通过仿真的方法实现，完成指定耐久工况。要求驾驶员模型实现以下基本功能：油门踏板开环控制模式、发动机转速闭环控制模式、车速闭环控制模式和距离闭环控制等模式，通过这些基本功能完成复杂的耐久工况。
(4)整车耐久试验工况仿真
根据整车耐久试验规范的操作要求，通过驾驶员模型控制整车动力学模型在试验场地道路拓扑模型中完成指定的耐久工况仿真。
(5)变速器原始载荷谱提取
根据目标车辆的整车耐久试验工况仿真，提取变速器输入轴的转速、转矩和挡位等信息，如图2所示为某工况变速箱输入轴的转矩和转速信号，首先对信号进行离散统计，在时间轴上取Δt，那么该时间段内输入轴的循环次数为(spd1+spd2)·Δt/2，输入轴转矩为(T1+T2)/2；再通过挡位信号对载荷谱进行归类统计，该车型整车耐久工况的变速器原始载荷谱统计结果如图3所示。
(6)台架试验载荷谱生成
原始载荷谱在各挡位低转矩存在着几万至几十万的循环次数。由于低转矩对应的齿轮啮合的弯曲应力和接触应力也非常低，甚至低于材料的疲劳极限应力，对齿轮损伤的验证非常少甚至不构成损伤，所以需要对原始载荷谱做进一步处理，具体为：
通过miner线性损伤累积理论以各挡位齿轮损伤作为目标，将原始载荷谱中低转矩部分的循环次数删减或者转换至各挡位额定转矩处，如图4所示为材料S-N曲线示意图，图中σf为齿轮弯曲疲劳极限应力，σi为原始载荷谱输入轴扭矩对应的齿轮弯曲应力，ni为原始载荷谱输入轴扭矩对应的齿轮循环次数，分别计算原始载荷谱各挡位输入转矩对应的齿轮啮合的弯曲应力，得到各转矩段的应力结果σ1，σ2，σ3，σ4，..σn；
对于驱动工况(转矩大于0Nm)通过miner线性损伤累积理论将各挡位低于额定转矩段对应的损伤等效转换至额定转矩处，本实施例中额定转矩为：1挡200Nm，2挡～7挡240Nm，倒挡160Nm；
对于反拖载荷工况(转矩低于0Nm)，则保留50万循环次数，转换后的台架试验载荷谱如图5所示，因此转换后的台架试验载荷谱对于挡位齿轮的损伤与原始载荷谱相当，但总的循环次数只有原来的1/5，极大了缩减了试验运行时长，同时保证了各挡位齿轮的损伤验证。
以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种基于整车动力学仿真的变速器台架试验载荷谱生成方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：
S1、整车动力学仿真，建立目标车型的整车动力学模型；
S2、试验场地道路拓扑建模，根据整车耐久试验规范的要求，将目标试验场地信息进行道路拓扑建模；
S3、驾驶员模型建立，根据整车耐久试验规范，将驾驶员的操作步骤通过仿真的方法实现，进而建立驾驶员模型；
S4、整车耐久试验工况仿真，根据整车耐久试验规范的操作要求，通过步骤S3建立的驾驶员模型控制整车动力学模型在试验场地道路拓扑模型中完成指定的耐久工况仿真；
S5、变速器原始载荷谱提取，根据步骤S4中目标车辆的整车耐久工况仿真结果，提取变速器输入轴的转速、转矩和挡位信息，将各个挡位各转矩段下的循环次数提取出来，作为变速器的原始载荷谱；
S6、台架试验载荷谱生成，通过miner线性损伤累积理论以各挡位齿轮损伤作为目标，将步骤S4提取的变速器原始载荷谱中低转矩部分的循环次数删减或者转换至各挡位额定转矩处，转换后的载荷谱即为变速器台架试验载荷谱。
2.根据权利要求1所述的一种基于整车动力学仿真的变速器台架试验载荷谱生成方法，其特征在于：所述步骤S1中的所述整车动力学模型包括发动机模型、变速器模型、轮胎模型和整车模型。
3.根据权利要求1所述的一种基于整车动力学仿真的变速器台架试验载荷谱生成方法，其特征在于：所述步骤S2中的所述目标试验场地信息包括试验场长度、坡度、坡长、转弯半径和速度限制信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于整车动力学仿真的变速器台架试验载荷谱生成方法，其特征在于：所述步骤S3中的所述驾驶员模型实现以下基本功能：油门踏板开环控制模式、发动机转速闭环控制模式、车速闭环控制模式和距离闭环控制模式，通过上述基本功能完成复杂的耐久工况。
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