客車可靠性試驗方法對比分析

王 偉， 王 超， 趙子俊

(揚州亞星客車股份有限公司，江蘇 揚州 225001)

旅游客車的主要道路工況有高速公路、普通公路、景區(qū)道路或山路，這對旅游客車的可靠性要求相對較高。本文針對一款旅游客車新產(chǎn)品開發(fā)，分別采用傳統(tǒng)路試方法與四立柱振動試驗臺方法，進行可靠性試驗，以驗證四立柱振動試驗方法替代傳統(tǒng)路試方法的可行性。

1 傳統(tǒng)路試方法

1.1 試驗方案

本文試驗車屬于在已定型底盤上開發(fā)的基礎(chǔ)車型，按照文獻[3]規(guī)定，需做15 000 km的可靠性試驗。試驗方案見表1。

表1 樣車可靠性試驗方案

1.2 路試測試結(jié)果

客車故障一般分為4類：致命故障、嚴重故障、一般故障、輕微故障。樣車按表1共經(jīng)過15 160 km可靠性路試，路試秩序為：高速道路、壞路、一般道路，運行時間分別為5 846 min、5 827 min、2 140 min，總時間13 813 min。共發(fā)生3次故障，其中輕微故障2次，一般故障1次。輕微故障現(xiàn)象分別為發(fā)動機艙滅火彈松脫和暖風(fēng)水泵出水管滲漏，維修時間共19 min，發(fā)生首次輕微故障里程7 123 km；一般故障現(xiàn)象為右前板簧限位塊磨損，發(fā)生故障里程12 170 km，維修時間35 min。未發(fā)生致命故障與嚴重故障。

1.3 可靠性指標評價

1) 平均故障間隔里程==1×15 160/3=5 053 km。

式中：為試驗樣車數(shù)量，本文為1；為試驗運行里程，本文為15 160 km；為試驗樣車發(fā)生故障的總數(shù)，本文為3。

式中：為第個試驗樣車的運行時間，h；為第個試驗樣車因故障停車時間，h；為試驗樣車數(shù)。

式中：為試驗樣車發(fā)生第類故障總數(shù)；為第類故障的當量故障系數(shù)，致命故障為100,嚴重故障為10,一般故障為1,輕微故障為0.2。

式中：為第次故障維修工時，min。

2 四立柱振動試驗方法及對比

2.1 路譜采集與迭代修正

采用四立柱振動試驗進行客車的可靠性試驗：對測試道路路譜進行數(shù)據(jù)采集與迭代修正，設(shè)置驅(qū)動信號播放次數(shù)，進行循環(huán)播放，激勵被試車輛。

1) 可靠性路譜采集與修正。利用加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集儀得到前后軸4個車輪的振動加速度原始信號，經(jīng)過濾掉雜波，去除異常信號，并用LMS數(shù)據(jù)后處理變更采樣率模塊，將采集儀的2 000 Hz采樣頻率轉(zhuǎn)換為四立柱振動試驗系統(tǒng)識別的500 Hz，得到修正后的目標路譜加速度。以右前輪信號為例，試驗中采集到的原始加速度信號與修正后的目標路譜加速度部分數(shù)據(jù)對比如圖1所示。

(a) 原始路譜

2) 四輪信號迭代聯(lián)調(diào)。將上述修正后的目標路譜加速度信號輸入到四立柱振動試驗系統(tǒng)對被測車輛進行模型辨識，計算出目標路譜加速度信號對應(yīng)的位移量。然后四立柱作動器通過輸入位移量信號來控制4個作動器的動作，并反饋加速度信號來與目標路譜作比較。首先進行第一次試驗，觀察各個作動器反饋的加速度信號與目標路譜的誤差率，若誤差率不都在5%以內(nèi)，則根據(jù)該誤差率設(shè)置補償增益，得到一組新的位移量數(shù)值，再次進行試驗，并觀察各個作動器反饋的加速度信號與目標路譜的新的誤差率。重復(fù)上述步驟，直至4個作動器反饋的加速度信號與目標路譜的誤差率都控制在5%以內(nèi)。最終獲得四立柱振動試驗系統(tǒng)可用的加速度驅(qū)動信號。

2.2 四立柱振動測試結(jié)果

樣車經(jīng)過9 774 min的四立柱振動試驗：等效高速道路10 084 km，用時6 474 min；等效一般道路 2 021 km，用時1 296 min；等效壞路3 123 km，用時 2 004 min；合計等效里程15 228 km。試驗過程中共發(fā)生3次故障，其中輕微故障2次，一般故障1次，輕微故障現(xiàn)象分別為內(nèi)飾件松動和倒車影像時有時無，對應(yīng)首次故障發(fā)生時間在測試4 770 min，等效里程 7 432 km；一般故障現(xiàn)象為轉(zhuǎn)向油泵出油口接頭滲油，對應(yīng)發(fā)生時間在測試7 440 min，等效里程12 123 km。維修時間共計42 min。振動試驗現(xiàn)場如圖2所示。

圖2 四立柱臺架整車振動試驗現(xiàn)場

按上述試驗數(shù)據(jù)，用1.3節(jié)中公式計算得出：平均故障間隔里程=5 076 km，有效度=99.6%，當量故障率=0.04次/1 000 km，平均維修時間=14 min。與路試結(jié)果基本一致。

2.3 對比分析

2.3.1 測試結(jié)果一致性對比

從數(shù)據(jù)結(jié)果看，兩種試驗方法獲取的可靠性數(shù)據(jù)存在一定差異，但總體基本一致，四立柱臺架振動試驗可以部分替代傳統(tǒng)的道路試驗。

2.3.2 測試差異性對比

1) 四立柱振動試驗臺只有方向激勵，試驗過程中輪胎不轉(zhuǎn)動，動力總成、行駛系統(tǒng)等機械部件也未運轉(zhuǎn)，測試受到一定限制，反饋的故障存在一定的局限性，從而導(dǎo)致其測試方法對應(yīng)發(fā)生的故障現(xiàn)象及參數(shù)與傳統(tǒng)的道路試驗可能不一致。

2) 與路試相比，四立柱振動試驗受限制條件少，幾乎不受氣候條件影響，可以充分利用時間，甚至可以24小時不間斷進行，還可以方便調(diào)整方案與測試強度。

3) 用四立柱振動臺試驗，可避免駕駛員高強度工作，并大大減少試驗費用(路試費用的1/10左右)。

3 結(jié)束語

四立柱振動試驗臺模擬道路可靠性試驗，能夠部分反映出試件的可靠性，但無法進行全工況的可靠性試驗。相比實際路試，其優(yōu)點是節(jié)省了時間與費用，避免了駕駛員的高強度工作，可以替代部分可靠性試驗。