CN114840916A - 整车零部件热害性能测试工况的构建方法和热害对整车使用寿命影响程度的综合判定方法 - Google Patents

Abstract

整车零部件热害性能测试工况的构建方法和热害对整车使用寿命影响程度的综合判定方法，所述方法包括以下步骤：步骤S1，分别根据下述四种测试工况的环境温度和相对湿度建立四组拟合方程；所述四种测试工况分别为：低速爬坡工况、高速爬坡工况、高速行驶工况和城市行驶工况；步骤S2，根据所述四种测试工况分别对应的气象大数据最高环境温度与拟合方程计算得到每种工况对应的相对湿度，再结合日照辐射强度，确定环境仓内针对所述四种测试工况的环境条件；步骤S3，待测试车辆分别在环境仓内分别在所述四种测试工况的环境条件下试验，选择与道路试验相符合的条件，构建出所述四种测试工况的整车零部件热害性能试验方法。

Description

整车零部件热害性能测试工况的构建方法和热害对整车使用 寿命影响程度的综合判定方法

技术领域

本发明涉及整车零部件热害技术领域，具体涉及整车零部件热害性能测试工况的构建方法和热害对整车使用寿命影响程度的综合判定方法。

背景技术

整车零部件热害试验工况能够准确反映车辆在中国地区使用情况，且零部件热害情况预测的结果能够综合反馈针对中国地区的整车使用条件下，零部件因为热损害的问题对寿命影响情况。例如整车设计使用寿命是30万公里，通过整车零部件热害试验在环境舱进行试验验证，发现某个零部件试验结果不满足零部件长期耐温限值要求，应用整车热害试验结果进行分析，根据预测方法能够得出零部件热害问题对零部件的影响是整车使用寿命减少1万公里，导出整车使用寿命是29万公里。

汽车发动机舱内和底盘排气系统周边零部件，例如蓄电池、线束、橡胶悬置、发电机、压缩机、燃油管、制动管、燃油箱和车灯等，都有工作温度要求，一般供应商会给出两个温度限值，即短期耐温限值和长期耐温限值，针对温度限值定义说明如下：

a)短期耐温限值定义是当零部件超过这个温度后，在一定时间内(不同零件有差异，一般是30min以内)出现融化、开裂、功能失效、性能下降等现象，直接影响了整车安全和正常使用。

b)长期耐温限值定义是零部件在这个温度下工作能够保证设计使用寿命，当超过这个温度不会出现融化、开裂、功能失效等问题，只是影响寿命或出现老化等问题，例如出蓄电池限值是80℃，当使用过程中超过这个温度只是影响蓄电池寿命，如果不超过这个温度蓄电池能够使用4年，超过了可能就能使用2年。

根据零部件耐温限值的定义看，产品开发验证过程中短期耐温限值是不允许超温的，长期耐温限值是可以超温的。当前的乘用车尤其是混合动力乘用车，发动机舱内零部件多且布置复杂、紧密，机舱通风相对较差，很容易出现个别零部件热害试验结果温度超过长期耐温限值，在解决零部件热害问题的工作中，需要进行设计改进、增加隔热措施或更换零部件材料及型号，这样的话付出成本巨大。如图1所示，当零部件超温时长很短、超温幅度不大的情况下，如果能够进行零部件超温寿命影响预测，并在问题可控的情况下他，根据预测结果对热害影响寿命的部件问题在售后服务中通过适当时间检查、更换部件的方式解决，这样既能够降低产品开发的难度，也大大节约了整车成本。

目前行业中大部分车企在产品开发进行整车零部件热害试验时，要求是零部件热害试验结果必须低于对应短期和长期耐温限值，作为产品零部件开发OTS认可的判定唯一依据，这样的判定虽然能够保证所有零部件使用寿命，但很多在解决热害的问题工作所产生的效果是事倍功半。

现有技术2020年8月11日公布的专利文献CN111523176A，公开了一种乘用车的热害测试工况的构建方法及系统，其记载的技术方案首先对特征地区道路的道路条件进行采集，根据采集结果确定试验线路；基于确定的试验线路，进行车辆实地行驶试验，并在试验过程中进行车辆行驶工况和整车状态的采集；对车辆行驶工况进行分析并提取出车辆的特征工况，所述特征工况包括车辆爬坡工况、车辆匀速行驶工况和车辆堵车工况；根据车辆在不同试验线路中不同路段下的特征工况和整车状态，选取车辆实地行驶试验时车辆负载超过预设阈值时的路段，作为乘用车热害测试工况；在转毂上模拟进行乘用车热害测试工况的测试。该种测试工况仅仅考虑了道路条件，而没有考虑到环境因素，而环境因素对于汽车零部件的热害影响也很大，环境因素在整车台架热害试验中主要作用是大幅度提高驾驶室内温度，增加空调系统负荷，从而增加空调压缩机的负荷以及空调系统冷凝器的散热。空调压缩机动力来源于发动机，当压缩机负荷增加后，发动机的整体负荷增加，导致发热量增加，当冷凝器散热量增加，导致发动机舱内进风温度增高，不利于机舱的散热，上述两方面直接导致发动机舱内零部件热害程度增加。因此，使得该技术方案所构建的工况下获得的实测数据不能够真是反映实际道路测试状况。

发明内容

本发明解决了现有技术的整车零部件热害试验解决问题零部件效果差的问题。

本发明所述的整车零部件热害性能测试工况的构建方法，包括以下步骤：

步骤S1，分别根据下述四种测试工况的环境温度和相对湿度建立四组拟合方程；所述四种测试工况分别为：低速爬坡工况、高速爬坡工况、高速行驶工况和城市行驶工况；

步骤S2，根据所述四种测试工况分别对应的气象大数据最高环境温度与拟合方程计算得到每种工况对应的相对湿度，再结合日照辐射强度，确定环境仓内针对所述四种测试工况的环境条件；

步骤S3，待测试车辆分别在环境仓内分别在所述四种测试工况的环境条件下试验，选择与道路试验相符合的条件，构建出所述四种测试工况的整车零部件热害性能试验方法。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S1中，所述的低速爬坡工况对应的拟合方程为：y＝-4.731x+206，式中，x为环境温度，单位℃，y为相对湿度，单位％；

所述的高速爬坡工况对应的拟合方程为：y＝-4.107x+182.3；

所述的高速行驶工况对应的拟合方程为：y＝-1.0499x+54.8；

所述的城市行驶工况对应的拟合方程为：y＝-3.756x+179.8。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S3中，所述的选择与道路试验相符合的条件为：

在环境仓内的低速爬坡测试工况的环境条件下，分别模拟在坡度7％、9％和12％上行驶，并获得三种坡度下待测试车辆发动机传到排气系统的热量值，选择与道路行驶状态下车辆发动机传到排气系统的热量值最接近的一个热量值，将该热量值对应的坡度作为低速爬坡测试工况的坡度条件；

在环境仓内的高速爬坡测试工况的环境条件下，分别模拟在坡度5.5％、6％和6.5％上行驶，并获得三种坡度下待测试车辆发动机传到排气系统的热量值，选择与道路行驶状态下车辆发动机传到排气系统的热量值最接近的一个热量值，将该热量值对应的坡度作为高速爬坡测试工况的坡度条件。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的发动机传到排气系统的热量值根据公式：

获得，式中，Qw为发动机传到排气系统的热量，单位kJ/sA为发动机传递到排气系统的热量比例，取30％；ge为发动机燃油消耗率，单位kg/kw﹒h；Ne为发动机功率，单位kw；hn为燃料低热值，单位KJ/Kg。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S3中，所述的待测试车辆在环境舱内进行低速爬坡工况试验，选择与道路试验相符合条件为40km/h，坡度9％条件下行驶30分钟，立刻停车熄火15分钟，随后怠速30分钟；

所述的待测试车辆在环境舱内进行高速爬坡工况试验，选择与道路试验相符合条件为90km/h，坡度5.5％条件下行驶30分钟，立刻停车熄火15分钟，随后怠速30分钟；

所述的待测试车辆在环境舱内进行高速行驶工况试验，选择与道路试验相符合条件为140km/h，行驶30分钟，立刻停车熄火15分钟，随后怠速30分钟；

所述的待测试车辆在环境舱内进行城市行驶工况试验，选择与道路试验相符合条件为按照城市工况曲线行驶。

本发明所述的一种热害对整车使用寿命影响程度的综合判定方法，所述方法基于上述方法所述一种整车零部件热害性能测试工况的构建方法所构建的测试工况实现的，所述方法包括以下步骤：

待测试车辆在低速爬坡工况、高速爬坡工况、高速行驶工况和城市行驶工况四种测试工况下，获得四种测试工况下的整车零部件热害性能；

步骤S4，待测试车辆在四种测试工况下的整车零部件热害性能结合待测试车辆行驶两种阶段行驶里程，计算出待测试车辆在四种测试工况的超温里程；

步骤S5，计算得出的待测试车辆在四种测试工况的超温里程，结合对低速爬坡工况、高速爬坡工况、高速行驶工况以及城市行驶工况四种测试工况的整车寿命里程占比分配，计算出超温总里程，根据超温总里程结果判断出热害对整车零部件使用寿命影响程度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S4中，所述的待测试车辆行驶两种阶段为行车阶段和停车阶段。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S4中，所述的待测试车辆在四种测试工况的超温里程的计算公式为：

L_m＝L₁+L₂，式中，L_m为零部件在各自工况的超温里程，L₁为行车阶段零部件超温对寿命影响的里程，L₂为停车阶段零部件超温对寿命影响的里程；

停车阶段零部件超温对寿命影响的里程L₂为各自工况下的平均车速×实际超温时间。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S5中，所述的低速爬坡工况的整车寿命里程占比分配为0.4％；

所述的高速爬坡工况的整车设计寿命里程占比分配为1.5％；

所述的高速行驶工况的整车设计寿命里程占比分配为48％；

所述的城市行驶工况的整车设计寿命里程占比分配为50.4％。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S5中，所述的待测试车辆在四种测试工况的超温总里程的计算公式为：

L_x＝L_m×n，式中，L_x为零部件在各自工况的超温总里程，L_m为零部件在各自工况的超温里程，n为各自工况的循环次数。

本发明解决了现有技术的整车零部件热害试验解决问题零部件效果差的问题，在构建测试工况的过程中，充分考虑了道路因素、环境因素，使得所构建的工况更接近车辆实际运行的状态，使得在所构建的工况下进行测试获得能够反应车辆实际运行状态下的数据。具体有益效果包括：

1、本发明所述的测试工况的构建方法，在构建过程中充分考虑到道路和环境因素，并且，所述环境因素是基于我国的实际环境特点构建的，使得在本发明所构建的工况下进行试验，能够获得更接近于在我国道路行驶情况下的实验数据，更能真实的反应整车零部件的热害性能。

2、本发明所述的热害对整车使用寿命影响程度的综合判定方法，用于验证整车发动机舱内及底盘排气系统周边零部件热损害性能是否满足零部件允许的工作温度限值要求，如果有零部件出现试验结果不满足零部件长期耐温限值要求的情况下，根据整车热害试验结果预测热害对整车使用寿命影响程度的方法，因此，此判定方法在产品开发阶段对指导设计改进、方案确定以及项目决策有非常重要的作用，综合性的判断方法解决了现有的整车零部件热害试验解决问题零部件效果差的问题。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是背景技术所述的高速行驶工况热害试验结果图。

图2是实施方式二所述的重庆市区环境温度、湿度关系图。

图3是实施方式二所述的各工况的试验环境温度、湿度图。

图4是实施方式三所述的低速爬坡工况排气系统热量试验结果图。

图5是实施方式三所述的高速爬坡工况排气系统热量试验结果图。

图6是实施方式三所述的城市工况行驶曲线图。

图7是实施方式三所述的整车零部件热害性能试验工况图。

图8是实施方式四所述的车辆行驶情况分析流程图。

图9是实施方式四所述的运动学片段特征值图。

图10是实施方式四所述的原始数据阵图。

图11是实施方式四所述的各类运动学片段综合特征值图。

图12是实施方式四所述的车辆运行情况分类图。

图13是实施方式七所述的整车热害试验工况对应整车设计寿命里程分配图。

图14是实施方式九所述的左前下控制臂前衬套热害试验结果图。

图15是实施方式九所述的35℃环境温度下低速爬坡工况试验过程曲线图。

图16是实施方式九所述的35℃环境温度下高速爬坡工况试验过程曲线图。

图17是实施方式九所述的43℃环境温度下城市工况试验过程曲线图。

图18是实施方式九所述的左前下控制臂前衬套零部件超温里程分配图。

具体实施方式

下面结合附图将对本发明的多种实施方式进行清楚、完整地描述。通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施方式一、本实施方式所述的整车零部件热害性能测试工况的构建方法，包括以下步骤：

步骤S1，分别根据下述四种测试工况的环境温度和相对湿度建立四组拟合方程；所述四种测试工况分别为：低速爬坡工况、高速爬坡工况、高速行驶工况和城市行驶工况；

步骤S2，根据所述四种测试工况分别对应的气象大数据最高环境温度与拟合方程计算得到每种工况对应的相对湿度，再结合日照辐射强度，确定环境仓内针对所述四种测试工况的环境条件；

步骤S3，待测试车辆分别在环境仓内分别在所述四种测试工况的环境条件下试验，选择与道路试验相符合的条件，构建出所述四种测试工况的整车零部件热害性能试验方法。

本实施方式中，整车零部件热害性能试验主要考核发动机机舱内零部件及底盘排气系统周边零部件的工作温度情况，这些部位的热源均来自发动机工作产生的热量，并且与环境条件相关很大，在高温炎热的夏季更容易出现零部件热害问题。

试验环境条件来源于中国地区的实际环境特点，发动机发热量条件主要来源于车辆投放地区的道路特点，所以需要根据发动机的发热情况去选择制定相应的工况，发动机的发热量和发动机运行负荷有直接关系，乘用车发动机大负荷运行的整车行驶工况主要是山区行驶路况和高速行驶路况，发动机中小负荷运行的整车行驶工况主要是城市市区及市郊行驶工况。

通过网络资源考察、谷歌地图、车辆GPS信息等，对国内典型热带地区典型山区道路(20余处)进行大数据分析，筛选出吐鲁番干沟山区公路、重庆金佛山、元墨高速公路、五指山区公路有代表性的道路通过实际车辆测试采集实际道路气象、路况信息以及车辆信息，最终形成山区模拟行驶试验工况。高速行驶工况按照国家法规要求高速限速120km/h，允许超速10％，试验按照140km/h等速行驶。城市市区及市郊行驶工况参照国标《GB18352.6轻型汽车污染物排放限值及测量方法》中的WLTC工况进行。

实施方式二、本实施方式是对实施方式一所述的整车零部件热害性能测试工况的构建方法的进一步限定，本实施方式中，所述的低速爬坡工况对应的拟合方程为：y＝-4.731x+206，式中，x为环境温度，单位℃，y为相对湿度，单位％；

所述的高速爬坡工况对应的拟合方程为：y＝-4.107x+182.3；

所述的高速行驶工况对应的拟合方程为：y＝-1.0499x+54.8；

所述的城市行驶工况对应的拟合方程为：y＝-3.756x+179.8。

本实施方式中，环境温度与相对湿度之间存在关联，以制定城市行驶工况为例，选择重庆市为制定基础，由于环境温度越高，试验越苛刻，所以测量环境条件选择一年中、一天中最热的情况下，在7、8月份期间，每日9时～16时(太阳照射时间段)，每隔一小时测量市区试验道路上方1米处环境温度、相对湿度。因为采集的环境条件数据仅有55组，不能直接用来定义试验工况中的环境条件，所以需要将试验采集的数据与相同时期气象局统计(1980年～2012年)的数据进行对比分析，确定最终的试验环境条件。

将采集的环境温度、相对湿度与气象局统计数据进行对比，由于高温对试验结果苛刻，所以气象局统计数据按照每年的7、8月中每天的最高环境温度对应相对湿度统计，共计1984组数据。实测和统计的两组数据分别进行线性拟合，如图2所示。

图2中可以看出，两组数据拟合的线性曲线趋于平行，斜率基本相同，说明无论实际测量还是气象局预报，对于重庆市区环境温度与相对湿度的对应变化关系是确定的，所以只要确定出环境温度，相对湿度可以通过拟合公式计算直接得出。

y＝-3.756x+179.83

式中y为相对湿度，单位％；x为环境温度，单位℃

重庆市区7、8月中每天的最高环境温度的1984组数据中统计，高环境温度为43℃，根据公式计算此温度下的相对湿度为18.3％。

上述阐述的市区工况环境温度、湿度条件确定方法，低速爬坡、高速爬坡和高速工况环境温度、湿度条件都是先根据气象局大数据先确定温度，通过大数据拟合方式计算出相对湿度。

低速爬坡工况主要参考海南五指山区公路，高速爬坡工况主要参考云南元江-墨江段高速公路，高速工况主要参考新疆吐鲁番地区高速公路，通过上述方法综合确定这4个工况的环境温度湿度条件，如图3所示，低速爬坡工况拟合方程为y＝-4.731x+206；高速爬坡工况拟合方程为y＝-4.107x+182.3；高速行驶工况拟合方程为y＝-1.0499x+54.8；城市行驶工况拟合方程为y＝-3.756x+179.8。

统计7、8月份城市区气温出现25℃左右时，天气属于下雨条件，所以计算的相对湿度达到85％以上，由于试验过程中需要开启阳光模拟设备，能达到的日照辐射强度最大平均在确定试验条件中的日照辐射强度为1000w/m²，所以城市工况的25℃环境下相对湿度限定取值为50％。

实施方式三、本实施方式是对实施方式一所述的整车零部件热害性能测试工况的构建方法的进一步限定，本实施方式中，所述步骤S3中，所述的选择与道路试验相符合的条件为：

在环境仓内的低速爬坡测试工况的环境条件下，分别模拟在坡度7％、9％和12％上行驶，并获得三种坡度下待测试车辆发动机传到排气系统的热量值，选择与道路行驶状态下车辆发动机传到排气系统的热量值最接近的一个热量值，将该热量值对应的坡度作为低速爬坡测试工况的坡度条件；

在环境仓内的高速爬坡测试工况的环境条件下，分别模拟在坡度5.5％、6％和6.5％上行驶，并获得三种坡度下待测试车辆发动机传到排气系统的热量值，选择与道路行驶状态下车辆发动机传到排气系统的热量值最接近的一个热量值，将该热量值对应的坡度作为高速爬坡测试工况的坡度条件。

所述的发动机传到排气系统的热量值计算公式为：

获得，式中，Q_w为发动机传到排气系统的热量，单位kJ/s；A为发动机传递到排气系统的热量比例，取30％；g_e为发动机燃油消耗率，单位kg/kw﹒h；N_e为发动机功率，单位kw；h_n为燃料低热值，单位KJ/Kg；

所述的待测试车辆在环境舱内进行低速爬坡工况试验，选择与道路试验相符合条件为40km/h，坡度9％条件下行驶30分钟，立刻停车熄火15分钟，随后怠速30分钟；

所述的待测试车辆在环境舱内进行高速爬坡工况试验，选择与道路试验相符合条件为90km/h，坡度5.5％条件下行驶30分钟，立刻停车熄火15分钟，随后怠速30分钟；

所述的待测试车辆在环境舱内进行高速行驶工况试验，选择与道路试验相符合条件为140km/h，行驶30分钟，立刻停车熄火15分钟，随后怠速30分钟；

所述的待测试车辆在环境舱内进行城市行驶工况试验，选择与道路试验相符合条件为按照城市工况曲线行驶。

本实施方式中，在试验室模拟爬坡工况车辆运行信息，需要知道的主要参数：行驶车速、坡度和行驶时间/距离，如何能给准确模拟道路情况，需要考虑试验室和道路等效关系，制定的是整车零部件热害试验方法，汽车发动机机舱及排气系统周边零部件的唯一热源是发动机的排气系统，零部件受热也是热量积累的过程，发动机的发热量传递到排气系统的量是一定比例(大约30％左右)。所以需要通过对比车辆行驶条件下发动机发出的热量累计值，台架模拟的发的发动机热量累计值会比道路实际测量的略高一些为好。热量累计值计算按照如下公式

式中，Q_w为发动机传到排气系统的热量，单位kJ/s；A为发动机传递到排气系统的热量比例，这里取30％；g_e为发动机燃油消耗率，单位kg/kw·h；N_e为发动机功率，单位kw；h_n为燃料低热值，单位KJ/Kg。

根据上述公式可以通过累计计算试验全程的排气系统总热量，通过对比总热量确定台架模拟试验工况。

低速爬坡工况主要参考海南五指山区阿陀岭处于通什～毛阳之间的224国道里程碑213km至里程碑188km，全24.07km，海拔高度780m，其中有效试验路段全长17.9km，该路段最大坡度为12％，平均坡度为7.1％，试验平均车速在40km/h左右。根据此路况信息拟定试验室测试工况为车速40km/h，坡度模拟12％、7％和9％，试验时间30min。通过试验车辆进行实际道路测试以及按照拟定工况在试验室完成试验，试验结果如图4。

从图4可以看出，传到排气系统累计热量道路试验中是22406kJ，模拟试验中只有当坡度设定9％的条件下，试验结果23902略高于道路试验结果，满足要求，所以低速爬坡工况信息为车速40km/h，坡度模拟9％，试验时间30min。

高速爬坡工况主要参考云南元墨高速公路，其中从红河大桥至大风垭口隧道长坡路段长达27公里，全线许多地段纵坡高达6％，属于典型的车辆高速爬坡路段，具有试验价值。根据此路况信息拟定试验室测试工况为车速90km/h，在环境仓内通过台架进行坡度模拟5.5％、6％和6.5％，试验时间30min。通过试验车辆进行实际道路测试以及按照拟定工况在试验室完成试验，试验结果，如图5所示。

从图5可以看出，传到排气系统累计热量道路试验中是43271kJ，模拟试验中只有当坡度设定5.5％的条件下，试验结果44706略高于道路试验结果，满足要求，所以高速爬坡工况信息为车速90km/h，坡度模拟5.5％，试验时间30min。

车辆高速行驶工况设定参照法规要求执行，目前法规要求高速公路限速120km/h，允许超速10％，这样算下来是132km/h，所以试验工况确定为140km/h，持续行驶30min。

城市行驶工况引用国标《GB 18352.6-2016轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》中附件CA.1车辆低速行驶工况曲线和CA.2车辆中速行驶工况曲线，根据车辆道路实际行驶测量可以确定，车辆行驶40min左右，发动机舱及排气系统周边零部件温度就会达到稳定，所以城市工况设定为行驶加怠速的组合工况，累计3000s。行驶工况为3个CA.1曲线加2个CA.2曲线组合。具体工况如图6所示。

根据上述环境条件和车辆运行信息，最终制定的整车零部件热害性能试验工况如下图7所示，其中低速爬坡工况和高速爬坡工况选择当地环境温度最高时间段在环境仓内按照图3各工况进行整车零部件热害性能试验，试验过程中选取零部件出现的最大温度作为试验结果。

综上，低速爬坡工况，环境温度35℃、相对湿度40％、日照强度1000W/m²，40km/h车速、9％坡度条件下行驶30分钟，立刻停车熄火15分钟，随后怠速30分钟；高速爬坡工况，环境温度35℃、相对湿度40％、日照强度1000W/m²，90km/h车速、5.5％坡度条件下行驶30分钟，立刻停车熄火15分钟，随后怠速30分钟；高速行驶工况1，环境温度43℃、相对湿度9％、日照强度1000W/m²，140km/h车速条件下行驶30分钟，立刻停车熄火15分钟，随后怠速30分钟；高速行驶工况2，环境温度35℃、相对湿度20％、日照强度1000W/m²，140km/h车速条件下行驶30分钟，立刻停车熄火15分钟，随后怠速30分钟；高速行驶工况3，环境温度25℃、相对湿度30％、日照强度1000W/m²，140km/h车速条件下行驶30分钟，立刻停车熄火15分钟，随后怠速30分钟；城市行驶工况1，环境温度43℃、相对湿度20％、日照强度1000W/m²，按照城市工况曲线行驶；城市行驶工况2，环境温度35℃、相对湿度50％、日照强度1000W/m²，按照城市工况曲线行驶；城市行驶工况3，环境温度25℃、相对湿度50％、日照强度1000W/m²，按照城市工况曲线行驶。

实施方式四、本实施方式所述的热害对整车使用寿命影响程度的综合判定方法，所述方法基于实施方式一所述整车零部件热害性能测试工况的构建方法所构建的测试工况实现的，所述方法包括以下步骤：

待测试车辆在低速爬坡工况、高速爬坡工况、高速行驶工况和城市行驶工况四种测试工况下，获得四种测试工况下的整车零部件热害性能；

步骤S4，待测试车辆在四种测试工况下的整车零部件热害性能结合待测试车辆行驶两种阶段行驶里程，计算出待测试车辆在四种测试工况的超温里程；

步骤S5，计算得出的待测试车辆在四种测试工况的超温里程，结合对低速爬坡工况、高速爬坡工况、高速行驶工况以及城市行驶工况四种测试工况的整车寿命里程占比分配，计算出超温总里程，根据超温总里程结果判断出热害对整车零部件使用寿命影响程度。

本实施方式中，应用大数据平台系统获得某品牌中国地区所有车辆的一年行驶情况数据，根据车辆运行信息统计出行驶曲线的特征参数值，再应用主成分分析法、聚类分析等多参数统计理论对运动学片段(将车辆从一个怠速开始到下一个怠速开始的运动，定义为一个运动学片段)进行研究、归类。进行不同行驶工况曲线横向比较时都会以一些能代表其特点的特征参数做评价标准，图4列出了运动学片段的特征参数，这些特征参数也是车辆运行状态分析的主要依据。分析流程如图8所示。

1、运动学片段特征值

以一些能代表运动学片段特点的特征参数作为评价标准如图9所示，这些特征参数也是构建整车行驶循环工况曲线的基本特征值。

1)短行程(运动学片断)：车辆从一个怠速开始到下一个怠速开始的运动行程，通常由一个怠速部分和一个行驶部分构成，但如果这一行驶过程的持续时间不到3min不予考虑。

2)加速：汽车加速度值大于等于0.2m/s²的连续过程；

3)减速：汽车加速度值小于等于0.2m/s²的连续过程；

4)匀速：汽车加速度绝对值小于0.2m/s²且车速不为0的连续过程；

5)怠速：汽车发动机工作，但车辆行驶速度为0的连续过程。

2、主成分分析

车辆的实际行驶工况(瞬态工况)是由几个从一个怠速开始到下一个怠速开始的短行程构成的。在车辆实际行驶工况开发过程中，需要将短行程按照交通特征即短行程特征值(如最大速度和平均速度)的不同进行分类。

如果用一两个短行程特征值作为分类的指标进行分类，则可能丢失一些信息；如果用更多的特征值对短行程分类，一则变量太多增加了计算的复杂性，而且也给合理分析和解释问题带来了困难；再则，虽然每个变量都提供了一定的信息，但有些变量有一定的相关性，也就是变量之间并不相互独立。

设X₁，X₂，…，X_p为某实际问题所涉及的p个随机变量，记X＝(X₁，X₂，…，X_p)^T，其协方差矩阵为：

∑＝(σ_i,j)_p×p＝E[(X-E(X))(X-E(X))^T]

它是一个p阶非负定矩阵。设l_i＝(l_i1，l_i2，…，l_ip)^T(i＝1，2，…，p)为p个常数向量，考虑如下线性组合：

易知有：

如果用Y₁代替原来p个变量X₁，X₂，…，X_p，这就要求Y₁尽可能地反映原p个变量的信息。这里“信息”用Y₁的方差来度量，即要求

达到最大。但对任意常数k，若取

则

因此，必须对l₁加以限制，否则Var(Y₁)无界。最方便的限制是要求l₁具有单位长度，即在约束条件

之下，求l₁使Var(Y₁)达到最大，由此l₁所确定的随机变量

称为X₁，X₂，…，X_p的第一主成分。

如果第一主成分Y₁还不足以反映原变量的信息，进一步求Y₂。为了使Y₁和Y₂反映原变量的信息不相重叠，要求Y₁与Y₂不相关，即

Cov(Y₁,Y₂)＝l₁ ^T∑l₂＝0

于是，在约束条件

及

之下，求l₂使Var(Y₂)达到最大，由此l₂所确定的随机变量

称为X₁，X₂，…，X_p的第二主成分。

一般地，在约束条件

及

下，求l_i使Var(Y_i)达到最大，由此l_i所确定的随机变量Y_i＝l_i ^TX称为X₁，X₂，…，X_p的第i个主成分。

3、聚类分析

聚类分析的基本思想是在样品之间定义距离，在变量之间定义相似系数，距离或相似系数代表样品或变量之间的相似程度。按相似程度的大小，将样品逐一归类，关系密切的类聚集到一个小的分类单位，然后逐步扩大，使得关系疏远的聚合到一个大的分类单位，直到所有的样品或变量都聚集完毕，形成一个表示亲疏关系的谱系图，依次按照某些要求对样品或变量进行分类。

我们选择快速样本聚类法进行聚类统计分析，其优点是占内存少、计算量小、处理速度快，特别适合大样本的聚类分析。快速样本聚类法的算法如下：

设有n个样品，每个样品测得p项指标(变量)，原始数据阵如图10所示。其中x_ij(i＝1,L,n；j＝1,L,p)为第i个样品的第j个指标的观测数据。第i个样品X_i为矩阵X的第i行所描述，所以任何两个样品X_k与X_l之间的相似性，可以通过矩阵X中的第k行与第l行的相似程度来刻划。

聚类分析我们采用的距离是欧氏距离，即

d(x_i，x_j)＝||x_i-x_j||＝[(x_i-x_j)^T(x_i-x_j)]^1/2

设k个初始聚点的集合是：

L⁽⁰⁾＝{x₁ ⁽⁰⁾，x₂ ⁽⁰⁾，…，x_k ⁽⁰⁾}

用下列原则实现初始分类，记：

G_i ⁽⁰⁾＝{x：d(x，x_i ⁽⁰⁾)≤d(x，x_j ⁽⁰⁾)，j＝1，2，…，k，j≠i}，i＝1，2，…，k

这样，将样品分成不相交的k类。以上初始分类的原则是每个样品以最靠近的初始聚点归类。依照以上计算，得到一个初始分类

G⁽⁰⁾＝{G₁ ⁽⁰⁾，G₂ ⁽⁰⁾，…，G_k ⁽⁰⁾}

从G⁽⁰⁾出发计算新的聚点集合L⁽¹⁾，以G_i ⁽⁰⁾的重心作为新的聚点：

其中n_i是类G_i ⁽⁰⁾中的样品数，x_l是G_i ⁽⁰⁾中的聚类因子。这样，得到新的聚点集合：

L⁽¹⁾＝{x₁ ⁽¹⁾，x₂ ⁽¹⁾，…，x_k ⁽¹⁾}

从L⁽¹⁾出发，将样品作新的分类。记

G_i ⁽¹⁾＝{x：d(x，x_i ⁽¹⁾)≤d(x，x_j ⁽¹⁾)，j＝1，2，…，k，j≠i}，i＝1，2，…，k

得到分类G⁽¹⁾＝{G₁ ⁽¹⁾，G₂ ⁽¹⁾，…，G_k ⁽¹⁾}这样，依次重复计算下去。

设在第m步得到分类G^(m)＝{G₁ ^(m)，G₂ ^(m)，…，G_k ^(m)}

在以上递推计算过程中，x_i ^(m)是类G_i ^(m-1)的重心，x_i ^(m)不一定是样品，又一般不是G_i ^(m)的重心。当m逐渐增大时，分类趋于稳定。此时，x_i ^(m)就会近似为G_i ^(m)的重心，从而x_i ^(m+1)≈x_i ^(m)，G_i ^(m+1)≈G_i ^(m)，算法即可结束。实际计算时，从某一步m开始，当分类

G^(m+1)＝{G₁ ^(m+1)，G₂ ^(m+1)，…，G_k ^(m+1)}与G^(m)＝{G₁ ^(m)，G₂ ^(m)，…，G_k ^(m)}完全相同，计算即完成。

4、里程分配

应用大数据平台共获得有效运动学片段片断个数为52030个，通过聚类分析将运动学片段总体样本分3类，图11是各类运动学片段及总体样本基于交通特征的平均统计量。分析3类运动学片段的15个平均统计量可知，第1类运动学片段的加、减速更频繁，且加、减速度较大，平均车速也比较高，是典型的非城市公路，运动学片段较少，是典型山区公路的行驶特点。第2类运动学片段的匀速时长更多，平均车速超过100km/h，是典型的高速公路行驶特点。第3类运动学片段的怠速时长更多，平均车速21.5km/h，加减速相对频繁，是典型的城市道路行驶特点。

完成归类后，主要根据平均车速进行分类，同时结合各车辆运行的地区、日期、坡度等，具体分类情况图12所示。

实施方式五、本实施方式是对实施方式四所述的热害对整车使用寿命影响程度的综合判定方法的进一步限定，本实施方式中，所述步骤S4中，所述的待测试车辆行驶两种阶段为行车阶段和停车阶段。

本实施方式中，在低速爬坡、高速爬坡、高速和城市工况中都有行车阶段和停车(熄火或怠速)阶段。

实施方式六、本实施方式是对实施方式四所述的热害对整车使用寿命影响程度的综合判定方法的进一步限定，本实施方式中，所述步骤S4中所述的待测试车辆在四种测试工况的超温里程的计算公式为：

L_m＝L₁+L₂，式中，L_m为零部件在各自工况的超温里程，L₁为行车阶段零部件超温对寿命影响的里程，L₂为停车阶段零部件超温对寿命影响的里程；

停车阶段零部件超温对寿命影响的里程L₂为各自工况下的平均车速×实际超温时间。

本实施方式中，两个阶段的试验结果处理如下：

行车阶段有超温情况：零部件超温对寿命影响的里程(L₁)为实际超温行驶里程；

停车阶段有超温情况：零部件超温对寿命影响的里程(L₂)为此工况下的平均车速×实际超温时间；

在环境模拟试验完成各工况后，按照上述方法，计算出零部件在每个试验工况的超温里程L_m＝L₁+L₂。

实施方式七、本实施方式是对实施方式四所述的热害对整车使用寿命影响程度的综合判定方法的进一步限定，本实施方式中，所述步骤S3中，所述的低速爬坡工况整车寿命里程的占比分配为0.4％；

所述的高速爬坡工况整车设计寿命里程的占比分配为1.5％；

所述的高速行驶工况整车设计寿命里程的占比分配为48％；

所述的城市行驶工况整车设计寿命里程的占比分配为50.4％。

本实施方式中，将分类情况与图11工况结合，根据运动学片段数量，完成整车设计寿命里程分配，确定了每个验证工况对应的使用里程占比，具体成果见图13所示，图中的低速、高速爬坡工况为整车使用条件下苛刻工况，行驶里程累计占比为总里程的1.9％，城市行驶工况里程累计占比为50.4％，高速行驶工况里程累计占比为48％，与用户实际使用情况基本吻合。

实施方式八、本实施方式是对实施方式四所述的热害对整车使用寿命影响程度的综合判定方法的进一步限定，本实施方式中，所述步骤S5中，所述的待测试车辆在四种测试工况的超温总里程的计算公式为：

L_x＝L_m×n，式中，L_x为零部件在各自工况的超温总里程，L_m为零部件在各自工况的超温里程，n为各自工况的循环次数。

本实施方式中，每个试验工况的超温总里程L_x＝L_m×n，n为图8中各工况的循环次数，各工况的L_x累加总和为最终的热害对寿命影响的总里程。

实施方式九、本实施方式基于本发明所述的热害对整车使用寿命影响程度的综合判定方法，结合具体对象提供一种实际的实施方式：

本实施方式中，某车型产品开发按照此专利方法进行零部件热害试验，其中左前下控制臂前衬套零部件有热害超温问题，这个零部件的最高许用温度是70℃，具体试验结果如图14所示，超温工况的试验过程曲线如图15、16和17所示。

从超温试验工况曲线可以看出，在低速和高速爬坡工况下在行车和停车阶段都有零部件超温现象，城市工况后段有超温现象。根据计算方法，分别计算各工况下的超温里程。

1)35℃环境温度下低速爬坡工况超温里程计算

行车阶段有超温里程为实际行驶里程，通过试验测量可知超温里程为15.5km；

停车阶段超温里程计算为，工况全程平均车速为21.5km/h，停车阶段超温总时长为405s，计算超温里程为21.5×405÷3600＝2.4(km)；

左前下控制臂前衬套零部件在低速爬坡工况累计超温里程为17.9km。

2)35℃环境温度下高速爬坡工况超温里程计算

行车阶段有超温里程为实际行驶里程，通过试验测量可知超温里程为27.8km；

停车阶段超温里程计算为，工况全程平均车速为48.2km/h，停车阶段超温总时长为451s，计算超温里程为48.2×451÷3600＝6(km)；

左前下控制臂前衬套零部件在低速爬坡工况累计超温里程为33.8km。

3)43℃环境温度下城市工况超温里程计算

行车阶段有超温里程为实际行驶里程，通过试验测量可知超温里程为6.9km；

停车阶段超温里程计算为，工况全程平均车速为22.5km/h，停车阶段超温总时长为400s，计算超温里程为22.5×400÷3600＝2.5(km)；

左前下控制臂前衬套零部件在低速爬坡工况累计超温里程为9.4km。

4)超温影响整车寿命里程

左前下控制臂前衬套试验结果超温计算里程分配如下图18所示。左前下控制臂前衬套零部件在整车30万公里寿命中，由于零部件热害影响寿命里程为25012km，占总里程的8.3％。

根据试验结果做改进方案如下：

1)更换耐温更高的左前下控制臂前衬套，根据热害试验可知，耐温限值需要从当前的70℃提高到80℃。

2)维持当前方案，在车辆使用过程中，车辆保养阶段检查左前下控制臂前衬套零部件，如果有损害现象提前更换，或者当车辆行驶里程到25万公里后，直接更换新部件。

Claims (10)

1.整车零部件热害性能测试工况的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，分别根据下述四种测试工况的环境温度和相对湿度建立四组拟合方程；所述四种测试工况分别为：低速爬坡工况、高速爬坡工况、高速行驶工况和城市行驶工况；

步骤S2，根据所述四种测试工况分别对应的气象大数据最高环境温度与拟合方程计算得到每种工况对应的相对湿度，再结合日照辐射强度，确定环境仓内针对所述四种测试工况的环境条件；

步骤S3，待测试车辆分别在环境仓内分别在所述四种测试工况的环境条件下试验，选择与道路试验相符合的条件，构建出所述四种测试工况的整车零部件热害性能试验方法。

2.根据权利要求1所述的整车零部件热害性能测试工况的构建方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述的低速爬坡工况对应的拟合方程为：y＝-4.731x+206，式中，x为环境温度，单位℃，y为相对湿度，单位％；

所述的高速爬坡工况对应的拟合方程为：y＝-4.107x+182.3；

所述的高速行驶工况对应的拟合方程为：y＝-1.0499x+54.8；

所述的城市行驶工况对应的拟合方程为：y＝-3.756x+179.8。

3.根据权利要求1所述的整车零部件热害性能测试工况的构建方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述的选择与道路试验相符合的条件为：

在环境仓内的低速爬坡测试工况的环境条件下，分别模拟在坡度7％、9％和12％上行驶，并获得三种坡度下待测试车辆发动机传到排气系统的热量值，选择与道路行驶状态下车辆发动机传到排气系统的热量值最接近的一个热量值，将该热量值对应的坡度作为低速爬坡测试工况的坡度条件；

在环境仓内的高速爬坡测试工况的环境条件下，分别模拟在坡度5.5％、6％和6.5％上行驶，并获得三种坡度下待测试车辆发动机传到排气系统的热量值，选择与道路行驶状态下车辆发动机传到排气系统的热量值最接近的一个热量值，将该热量值对应的坡度作为高速爬坡测试工况的坡度条件。

4.根据权利要求3所述的整车零部件热害性能测试工况的构建方法，其特征在于，所述的发动机传到排气系统的热量值根据公式：

获得，式中，Q_w为发动机传到排气系统的热量，单位kJ/s；A为发动机传递到排气系统的热量比例，取30％；g_e为发动机燃油消耗率，单位kg/kw﹒h；N_e为发动机功率，单位kw；h_n为燃料低热值，单位KJ/Kg。

5.根据权利要求1所述的整车零部件热害性能测试工况的构建方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述的待测试车辆在环境舱内进行低速爬坡工况试验，选择与道路试验相符合条件为40km/h，坡度9％条件下行驶30分钟，立刻停车熄火15分钟，随后怠速30分钟；

所述的待测试车辆在环境舱内进行高速爬坡工况试验，选择与道路试验相符合条件为90km/h，坡度5.5％条件下行驶30分钟，立刻停车熄火15分钟，随后怠速30分钟；

所述的待测试车辆在环境舱内进行高速行驶工况试验，选择与道路试验相符合条件为140km/h，行驶30分钟，立刻停车熄火15分钟，随后怠速30分钟；

所述的待测试车辆在环境舱内进行城市行驶工况试验，选择与道路试验相符合条件为按照城市工况曲线行驶。

6.热害对整车使用寿命影响程度的综合判定方法，其特征在于，所述方法基于权1所述整车零部件热害性能测试工况的构建方法所构建的测试工况实现的，所述方法包括以下步骤：

待测试车辆在低速爬坡工况、高速爬坡工况、高速行驶工况和城市行驶工况四种测试工况下，获得四种测试工况下的整车零部件热害性能；

步骤S4，待测试车辆在四种测试工况下的整车零部件热害性能结合待测试车辆行驶两种阶段行驶里程，计算出待测试车辆在四种测试工况的超温里程；

步骤S5，计算得出的待测试车辆在四种测试工况的超温里程，结合对低速爬坡工况、高速爬坡工况、高速行驶工况以及城市行驶工况四种测试工况的整车寿命里程占比分配，计算出超温总里程，根据超温总里程结果判断出热害对整车零部件使用寿命影响程度。

7.根据权利要求6所述的热害对整车使用寿命影响程度的综合判定方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述的待测试车辆行驶两种阶段为行车阶段和停车阶段。

8.根据权利要求6所述的热害对整车使用寿命影响程度的综合判定方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述的待测试车辆在四种测试工况的超温里程的计算公式为：

L_m＝L₁+L₂，式中，L_m为零部件在各自工况的超温里程，L₁为行车阶段零部件超温对寿命影响的里程，L₂为停车阶段零部件超温对寿命影响的里程；

停车阶段零部件超温对寿命影响的里程L₂为各自工况下的平均车速×实际超温时间。

9.根据权利要求6所述的热害对整车使用寿命影响程度的综合判定方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述的低速爬坡工况的整车寿命里程占比分配为0.4％；

所述的高速爬坡工况的整车设计寿命里程占比分配为1.5％；

所述的高速行驶工况的整车设计寿命里程占比分配为48％；

所述的城市行驶工况的整车设计寿命里程占比分配为50.4％。

10.根据权利要求6所述的热害对整车使用寿命影响程度的综合判定方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述的待测试车辆在四种测试工况的超温总里程的计算公式为：

L_x＝L_m×n，式中，L_x为零部件在各自工况的超温总里程，L_m为零部件在各自工况的超温里程，n为各自工况的循环次数。

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