CN117268800A - 车轮双轴疲劳试验载荷谱开发系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车轮双轴疲劳试验载荷谱开发系统，包括：试车场工况输入模块、路谱复现和目标损伤基准确立模块、道路载荷谱BLOCK划分模块以及物理试验和仿真FEA验证模块，其中在试车场工况输入模块中，使用与路试车辆进行车轮路谱数据信号采集相同型号的左前轮1/4悬架总成进行组装，在路谱复现和目标损伤基准确立模块中，使用汽车底盘疲劳耐久路试试验系统对编辑好的路谱进行试验机运行复现，在道路载荷谱BLOCK划分模块中，对试车场路谱数据的径向载荷Fz和轴向载荷Fy信号进行穿级计数处理，在物理试验和仿真FEA验证模块中。

Description

车轮双轴疲劳试验载荷谱开发系统

技术领域

本发明涉及车轮双轴载荷谱开发技术领域，具体地说是一种车轮双轴疲劳试验载荷谱开发系统。

背景技术

上世纪80年代，自德国弗劳恩霍夫LBF试验室创立车轮双轴试验技术以来，通过对车轮同时施加一系列的随着时间或里程变化的径向和侧向方向组合的载荷，从而评估车轮耐久疲劳性能，将上述问题得到了较大的改善或解决。而目前的车轮双轴试验的优点是技术成熟，成本低、试验效率高，但它的缺点是采用刚性的车轮支架，载荷变化频率低，载荷与实际路况差距较大等，这样的试验原理与实际情况存在着较大偏差。

针对目前较汽车试车场路试周期较长、成本较高、评估滞后，较台架试验检测能力单一、路试载荷工况关联性复现性差、制约产品轻量化设计等诸多问题，为此开发符合基于实际道路的车轮疲劳试验双轴载荷谱显得尤为重要。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种车轮双轴疲劳试验载荷谱开发系统，能够取代真车耐久路试试验。

因此，根据本发明的第一方面，提出一种车轮双轴疲劳试验载荷谱开发系统，包括：

试车场工况输入模块、路谱复现和目标损伤基准确立模块、道路载荷谱BLOCK划分模块以及物理试验和仿真FEA验证模块，其中在试车场工况输入模块中，使用与路试车辆进行车轮路谱数据信号采集相同型号的左前轮1/4悬架总成进行组装，在路谱复现和目标损伤基准确立模块中，使用汽车底盘疲劳耐久路试试验系统对编辑好的路谱进行试验机运行复现，在道路载荷谱BLOCK划分模块中，对试车场路谱数据的径向载荷Fz和轴向载荷Fy信号进行穿级计数处理，在物理试验和仿真FEA验证模块中，使用开发完成的双轴疲劳试验载荷谱在双轴疲劳试验机上进行双轴疲劳极限试验和仿真FEA分析的失效匹配，如果车轮的疲劳失效位置与仿真分析位置保持一致，实际失效里程与仿真分析里程相当即失效匹配，则说明车轮双轴疲劳试验载荷谱开发成功。

根据本申请的一个实施例，使用与路试车辆进行车轮路谱数据信号采集相同型号的左前轮1/4悬架总成进行组装，包括轮胎；车轮六分力数采轮辋；刹车盘、制动钳；转向节；控制臂；螺旋弹簧；减震器；转向拉杆；驱动轴等悬架总成，根据1/4悬架总成的3D模型及空间硬点坐标信息设计适配汽车底盘疲劳耐久路试试验系统的夹具，并将全套总成安装。

根据本申请的一个实施例，所述试车场工况输入模块包括车辆零部件输入部分，所述车辆零部件输入部分需要根据车辆左前车轮1/4悬架3D模型的空间硬点坐标设计制造与汽车底盘疲劳耐久路试试验系统相配套的悬架夹具，将车辆底盘1/4悬架总成、悬架配套车轮轮胎总成以及悬架夹具共同安装在汽车底盘疲劳耐久路试试验系统上。

根据本申请的一个实施例，所述试车场工况输入模块还包括试车场数据输入部分，其中所述车场数据输入部分包括车辆信息输入、路谱数据处理和路试标准输入，路谱数据处理完成后生成汽车底盘疲劳耐久路试试验系统所用的路谱。

根据本申请的一个实施例，所述路谱复现和目标损伤基准确立模块包括路谱复现部分和目标损伤基准的确立，路谱复现部分包括分段路谱复现、分段路谱评价、路谱拼接，三者属于递进关系，分段路谱评价根据六分力信号反馈的结果进行评价，路谱拼接完成后生成驱动谱，并由汽车底盘疲劳耐久路试试验系统进行运行。

根据本申请的一个实施例，在所述路谱复现和目标损伤基准确立模块中，所述目标损伤基准的确立包括DMS样轮制作、应变数据采集、损伤基准计算，三者依次递进。

根据本申请的一个实施例，所述道路载荷谱BLOCK划分模块中，试车场工况输入模块中的路谱数据处理部分生成双轴试验机草稿谱，需要在车轮双轴疲劳试验机上运行，并且进行DMS样轮的应变数据采集、损伤计算，与确立的目标损伤基准进行损伤比对、损伤判定。

根据本申请的一个实施例，如果损伤偏差满足要求，则根据损伤结果生成对应的双轴试验载荷谱，如果损伤偏差不满足要求，则调整生成的双轴试验机草稿谱。

根据本申请的一个实施例，生成损伤满足偏差要求的双轴试验载荷谱后需要进入物理试验和仿真FEA验证模块，使用双轴试验载荷谱进行车轮双轴疲劳耐久极限试验，同时进行车轮的仿真FEA分析验证。

根据本申请的一个实施例，将车轮仿真模拟和物理试验疲劳失效进行失效位置、失效寿命比对，失效比对结果相匹配则说明车轮双轴试验载荷谱开发成功；如果失效比对结果不相匹则要回到道路载荷谱BLOCK划分模块中的生成双轴试验机草稿谱重新编排。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述。在附图中，除非另有说明，相同的附图标记用于表示相同的部件。其中：

图1为本发明一种车轮双轴疲劳试验载荷谱开发系统的技术路线示意图；

图2为本发明的路试采集车辆1/4麦佛逊悬架和试验设备夹具的装配示意图；

图3为本发明的车轮路谱数据采集采用的SAE J1106轮胎轴系系统图；

图4为本发明的路谱数据处理穿级计数结果报告；

图5为本发明的DMS车轮通道损伤计算结果报告；

图6为本发明的双轴试验草稿谱和试验谱的散点分布；

图7A和图7B为本发明的双轴试验载荷谱仿真分析结果报告。

附图标记说明：

1-试车场工况输入模块；2-路谱复现和目标损伤基准确立模块；3-道路载荷谱BLOCK划分模块；4-物理试验和仿真FEA验证模块。

具体实施方式

需要指出，附图示出的实施例仅作为示例用于具体和形象地解释和说明本发明的构思，其在尺寸结构方面既不必然按照比例绘制，也不构成对本发明构思的限制。

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各个附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

参照本申请说明书附图之图1至图7所示，依照被申请第一较佳实施例的一种车轮双轴疲劳试验载荷谱开发系统在接下来的描述中被阐明。所述车轮双轴疲劳试验载荷谱开发系统包括试车场工况输入模块1、路谱复现和目标损伤基准确立模块2、道路载荷谱BLOCK划分模块3以及物理试验和仿真FEA验证模块4，其中在试车场工况输入模块1中，使用与路试车辆进行车轮路谱数据信号采集相同型号的左前轮1/4悬架总成进行组装，在路谱复现和目标损伤基准确立模块2中，使用汽车底盘疲劳耐久路试试验系统对编辑好的路谱进行试验机运行复现，在道路载荷谱BLOCK划分模块3中，对试车场路谱数据的径向载荷Fz和轴向载荷Fy信号进行穿级计数处理，在物理试验和仿真FEA验证模块4中，使用开发完成的双轴疲劳试验载荷谱在双轴疲劳试验机上进行双轴疲劳极限试验和仿真FEA分析的失效匹配，如果车轮的疲劳失效位置与仿真分析位置保持一致，实际失效里程与仿真分析里程相当即失效匹配，则说明车轮双轴疲劳试验载荷谱开发成功。

具体地，在试车场工况输入模块1中，使用与路试车辆进行车轮路谱数据信号采集相同型号的左前轮1/4悬架总成进行组装，包括轮胎；车轮六分力数采轮辋；刹车盘、制动钳；转向节；控制臂；螺旋弹簧；减震器；转向拉杆；驱动轴等悬架总成，根据1/4悬架总成的3D模型及空间硬点坐标信息设计适配汽车底盘疲劳耐久路试试验系统的夹具，并将全套总成安装，如图2所示为本发明实施例中描述的路试车辆麦佛逊1/4左前轮悬架总成与汽车底盘疲劳耐久路试试验系统适配安装板的安装方式，再将用于路谱数据采集的车轮六分力轮辋及轮胎安装在刹车盘上，这样车辆底盘1/4悬架总成安装完成。

在试车场工况输入模块1中，使用如图3所示的在美国汽车工程协会整车右手坐标系原则下采集的试车场路谱数据，要将车轮六分力采集的路谱数据进行滤波、重采样信号处理；本实施例中根据所涉及的路试采集标准，将分段路试采集信号进行数据叠加，并按照采集道路工况进行数据分类，生成试验系统使用的路谱，如下表1所示：

表1道路工况数据分类命名

在路谱复现和目标损伤基准确立模块2中，需要使用汽车底盘疲劳耐久路试试验系统对编辑好的路谱进行试验机运行复现，具体做法为将车辆底盘左前轮1/4悬架总成和车轮六分力传感器总成安装到试验系统上来保证与路试采集车的采集条件一致性，通过试验系统对各个分段路谱的复现运行，同时采集此时车轮六分力传感器在试验系统上收到的载荷信号，与试车场数据输入的路谱信号进行伪损伤比对、RMS评估、时域信号相位偏差评估，对试验系统的复现性进行综合评判，复现结果满足要求的分段路谱使用数据处理软件进行路谱拼接成总路谱，至此说明试验系统满足对试车场工况路谱复现的能力，方便后续DMS应变样轮的采集。

在路谱复现和目标损伤基准确立模块2中，还需要对车轮的目标损伤基准进行确立，使用与试车场路试采集相同的车轮轮型进行DMS样轮制作，应变片粘贴位置要涵盖车轮的轮辐、轮辋、轮缘等这些应力比较集中且受到载荷影响较大的位置，一般选择4～6个应变片足够。在本发明专利的实施例中选择粘贴四个应变片，信息如下表2所示：

表2应变片信息

应变片序号	粘贴位置	应变片信息
			DMS1	背腔轮辐(靠轮心)	350Ω/K＝1.05/3AA
DMS2	背腔轮辐(靠轮辋)	350Ω/K＝1.05/3AA
			DMS3	外轮辋	350Ω/K＝1.05/3AA
DMS4	内轮缘	350Ω/K＝1.05/3AA

将试验系统上的车轮六分力传感器更换成为DMS样轮采集系统，试验运行复现拼接好的总路谱，同时采集DMS样轮各个应变片通道的应变信号，根据损伤计算软件计算各个通道的损伤，作为目标损伤，至此在DMS样轮上采集计算的损伤即为试车场路试工况下的目标损伤。

在道路载荷谱BLOCK划分模块3中，使用NI-DIAdem或LMS TecWare等数据处理软件对试车场路谱数据的径向载荷Fz和轴向载荷Fy信号进行穿级计数处理，参照现行的AK-LH08《车轮技术手册》或QCT 1112-2019《乘用车车轮双轴疲劳试验方法》双轴疲劳试验标准中推荐的载荷谱编排形式，对穿级计数后的Fz和Fy进行载荷对序列编排生成BLOCK，下表3为基于本实例中道路载荷谱BLOCK载荷序列。

表3 BLOCK载荷序列

根据各个载荷出现的频次概率，将相似载荷进行统一规划，删除掉出现频次概率较小的极端载荷，生成双轴疲劳试验所用的草稿谱，编排原则要考虑试车真实受力工况，载荷对在双轴疲劳试验机上运行稳定、考虑车轮对载荷对的支撑、轮胎散热等多方面因素，图4为本实例中基于表1道路工况数据进行的穿级计数结果报告，下表4为基于本实例中道路载荷谱BLOCK生成的双轴疲劳试验机草稿谱。

表4双轴疲劳试验机草稿谱

Seq	Distanc	Cumulative	Fz(N	Fy(N	Speed(km/
						1	1830	1830	6160	-440	105
2	260	2090	1245	6760	105
						3	1830	3920	6160	-440	105
4	157	4076	9900	1720	105
						5	227	4303	9560	-	105
6	386	4690	8880	1480	105
						7	2413	7102	5310	0	105
8	304	7406	9220	1240	105
						9	2413	9819	5310	0	105
10	1055	10874	7520	-	105
						11	2413	13287	5310	0	105
12	588	13875	8200	-	105
						13	2413	16288	5310	0	105
14	590	16878	7180	3520	105
						15	1521	18399	6840	-	105
16	590	18989	7180	3520	105
						17	2413	21402	5310	0	105
18	924	22325	7860	760	105
						19	304	22629	9220	-	105
20	538	23167	8540	1000	105
						21	4575	27742	5820	-680	105
22	2258	30000	6500	-920	105

将DMS样轮安装到双轴疲劳试验机上，并在试验机上运行草稿谱，同时采集DMS样轮的应变数据，并计算各应变片的损伤，调入NI-DIAdem软件编写的损伤计算script脚本代码，比对试车场路试工况下的目标损伤与双轴疲劳试验机上采集的实际损伤的偏差，判定损伤偏差是否满足±10％的偏差范围要求，如果满足偏差范围要求，则表示运行的草稿谱满足要求，可以作为合格的双轴试验载荷谱进行使用，如果不满足偏差范围要求，则要进行草稿谱载荷序列的调整，进而达到对草稿谱的损伤调整，重新运行调整过的草稿谱，重新采集DMS样轮的应变数据，重新进行损伤计算和损伤比对，重复以上动作直到损伤偏差满足要求为止，下表5展示了本发明实例中损伤调整满足偏差要求的双轴试验载荷谱，图6展示了本发明实例中草稿谱与试验谱的载荷散点分布偏差。

表5双轴疲劳试验机试验谱

Seq	Distanc	Cumulative	Fz(N	Fy(N	Speed(km/
						1	1830	1830	6160	-440	105
2	260	2090	1199	8670	105
						3	1830	3920	6160	-440	105
4	157	4076	9900	4300	105
						5	227	4303	9560	-	105
6	386	4690	8880	3700	105
						7	2413	7102	5310	0	105
8	304	7406	9220	3100	105
						9	2413	9819	5310	0	105
10	1055	10874	7520	-	105
						11	2413	13287	5310	0	105
12	588	13875	8200	-	105
						13	2413	16288	5310	0	105
14	590	16878	2130	4960	105
						15	1521	18399	2130	-	105
16	590	18989	7180	520	105
						17	2413	21402	5310	0	105
18	924	22325	7860	760	105
						19	304	22629	9220	-	105
20	538	23167	8540	1000	105
						21	4575	27742	5820	-680	105
22	2258	30000	6500	-920	105

按照采集的路试标准规范要求，在本发明实例的道路载荷谱BLOCK划分模块3中，车轮在试车场工况下行驶9万公里里程寿命的累积损伤相当于正常服役状况下30万公里寿命里程的累积损伤，与本发明实例中开发的车轮双轴载荷谱试验7500公里里程寿命的累积损伤相当(正常服役状况30万公里寿命里程的累积损伤)，上述表5的双轴疲劳试验载荷谱单圈累积里程为30km，双轴疲劳试验需要运行250个完整循环来达到正常服役状况30万公里寿命里程的累积损伤。

开发一套成功的车轮双轴疲劳试验载荷谱不仅需要车轮的累计损伤满足偏差要求，还要保证物理耐久极限试验下疲劳失效的位置与仿真预测位置保持一致，实际失效里程与仿真分析里程相当，在本发明实例的在物理试验和仿真FEA验证模块4中，同时使用开发完成的双轴疲劳试验载荷谱在双轴疲劳试验机上进行双轴疲劳极限试验和仿真FEA分析的失效匹配，如果最后车轮的疲劳失效位置与仿真分析位置保持一致，实际失效里程与仿真分析里程相当即失效匹配，则说明车轮双轴疲劳试验载荷谱开发成功，如果位置和里程不一致不相当即失效不匹配，则需要进行疲劳失效分析，如果排除掉是车轮制造工艺等非设计原因，则需要重新回到道路载荷谱BLOCK划分模块3中的生成双轴试验机草稿谱，重新进行后续的载荷谱开发工作。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.车轮双轴疲劳试验载荷谱开发系统，其特征在于，包括：

试车场工况输入模块1、路谱复现和目标损伤基准确立模块2、道路载荷谱BLOCK划分模块3以及物理试验和仿真FEA验证模块4，其中在试车场工况输入模块1中，使用与路试车辆进行车轮路谱数据信号采集相同型号的左前轮1/4悬架总成进行组装，在路谱复现和目标损伤基准确立模块2中，使用汽车底盘疲劳耐久路试试验系统对编辑好的路谱进行试验机运行复现，在道路载荷谱BLOCK划分模块3中，对试车场路谱数据的径向载荷Fz和轴向载荷Fy信号进行穿级计数处理，在物理试验和仿真FEA验证模块4中，使用开发完成的双轴疲劳试验载荷谱在双轴疲劳试验机上进行双轴疲劳极限试验和仿真FEA分析的失效匹配，如果车轮的疲劳失效位置与仿真分析位置保持一致，实际失效里程与仿真分析里程相当即失效匹配，则说明车轮双轴疲劳试验载荷谱开发成功。

2.根据权利要求1所述的车轮双轴疲劳试验载荷谱开发系统，其特征在于，使用与路试车辆进行车轮路谱数据信号采集相同型号的左前轮1/4悬架总成进行组装，包括轮胎；车轮六分力数采轮辋；刹车盘、制动钳；转向节；控制臂；螺旋弹簧；减震器；转向拉杆；驱动轴等悬架总成，根据1/4悬架总成的3D模型及空间硬点坐标信息设计适配汽车底盘疲劳耐久路试试验系统的夹具，并将全套总成安装。

3.根据权利要求2所述的车轮双轴疲劳试验载荷谱开发系统，其特征在于，其中所述试车场工况输入模块(1)包括车辆零部件输入部分，所述车辆零部件输入部分需要根据车辆左前车轮1/4悬架3D模型的空间硬点坐标设计制造与汽车底盘疲劳耐久路试试验系统相配套的悬架夹具，将车辆底盘1/4悬架总成、悬架配套车轮轮胎总成以及悬架夹具共同安装在汽车底盘疲劳耐久路试试验系统上。

4.根据权利要求3所述的车轮双轴疲劳试验载荷谱开发系统，其特征在于，所述试车场工况输入模块(1)还包括试车场数据输入部分，其中所述车场数据输入部分包括车辆信息输入、路谱数据处理和路试标准输入，路谱数据处理完成后生成汽车底盘疲劳耐久路试试验系统所用的路谱。

5.根据权利要求4所述的车轮双轴疲劳试验载荷谱开发系统，其特征在于，所述路谱复现和目标损伤基准确立模块(2)包括路谱复现部分和目标损伤基准的确立，路谱复现部分包括分段路谱复现、分段路谱评价、路谱拼接，三者属于递进关系，分段路谱评价根据六分力信号反馈的结果进行评价，路谱拼接完成后生成驱动谱，并由汽车底盘疲劳耐久路试试验系统进行运行。

6.根据权利要求5所述的车轮双轴疲劳试验载荷谱开发系统，其特征在于，在所述路谱复现和目标损伤基准确立模块(2)中，所述目标损伤基准的确立包括DMS样轮制作、应变数据采集、损伤基准计算，三者依次递进。

7.根据权利要求6所述的车轮双轴疲劳试验载荷谱开发系统，其特征在于，所述道路载荷谱BLOCK划分模块(3)中，试车场工况输入模块(1)中的路谱数据处理部分生成双轴试验机草稿谱，需要在车轮双轴疲劳试验机上运行，并且进行DMS样轮的应变数据采集、损伤计算，与确立的目标损伤基准进行损伤比对、损伤判定。

8.根据权利要求7所述的车轮双轴疲劳试验载荷谱开发系统，其特征在于，如果损伤偏差满足要求，则根据损伤结果生成对应的双轴试验载荷谱，如果损伤偏差不满足要求，则调整生成的双轴试验机草稿谱。

9.根据权利要求6所述的车轮双轴疲劳试验载荷谱开发系统，其特征在于，生成损伤满足偏差要求的双轴试验载荷谱后需要进入物理试验和仿真FEA验证模块(4)，使用双轴试验载荷谱进行车轮双轴疲劳耐久极限试验，同时进行车轮的仿真FEA分析验证。

10.根据权利要求9所述的车轮双轴疲劳试验载荷谱开发系统，其特征在于，将车轮仿真模拟和物理试验疲劳失效进行失效位置、失效寿命比对，失效比对结果相匹配则说明车轮双轴试验载荷谱开发成功；如果失效比对结果不相匹则要回到道路载荷谱BLOCK划分模块(3)中的生成双轴试验机草稿谱重新编排。