輕卡路面負(fù)荷強(qiáng)化系數(shù)在耐久試驗(yàn)中的應(yīng)用

摘要：基于對輕卡路面負(fù)荷強(qiáng)化系數(shù)的研究，測試了實(shí)際市場綜合路面負(fù)荷損傷度以及在襄陽試車場綜合路面負(fù)荷損傷度，設(shè)定了輕卡路面負(fù)荷市場里程強(qiáng)化系數(shù)，提出了符合輕卡路面負(fù)荷可靠性行駛試驗(yàn)規(guī)范。

關(guān)鍵詞：輕卡；路面負(fù)荷；強(qiáng)化系數(shù)

中圖分類號：U476" 收稿日期：2024-11-22

DOI：1019999/jcnki1004-0226202502004

1 研究背景及意義

路面負(fù)荷是指汽車在行駛通過各種路面時(shí)（含高速、市區(qū)、郊區(qū)、山區(qū)等），安裝在車架的總成或零件，如駕駛室、發(fā)動機(jī)、變速箱、油箱、車廂等部品所承受的入力，主要影響因素為上下振動加速度。由于車種用途不一樣，輕卡作為載貨盈利性質(zhì)的生產(chǎn)資料，路面負(fù)荷是輕卡道路試驗(yàn)重點(diǎn)考核項(xiàng)目。

國內(nèi)主流輕卡制造商的道路試驗(yàn)主要依托各個(gè)試車場制定的運(yùn)行規(guī)范，東風(fēng)汽車股份有限公司輕卡耐久試驗(yàn)一直執(zhí)行《東風(fēng)汽車公司汽車試驗(yàn)場載貨汽車產(chǎn)品定型可靠性行駛試驗(yàn)規(guī)范》，此規(guī)范僅描述可靠性行駛試驗(yàn)里程和各種道路里程分配，未闡述路面負(fù)荷強(qiáng)化系數(shù)及強(qiáng)化系數(shù)的應(yīng)用。且此規(guī)范制定于20世紀(jì)90年代，當(dāng)前的市場實(shí)際道路及汽車構(gòu)造也發(fā)生了重大改變。

車輛在市場和試車場行駛受到的路面負(fù)荷單位損傷面積未知，在市場和試車場所受路面負(fù)荷對應(yīng)強(qiáng)化系數(shù)也未知。因無有效的路面負(fù)荷耐久試驗(yàn)規(guī)范，錯(cuò)誤的信息都可能導(dǎo)致產(chǎn)品定位跑偏。如強(qiáng)化系數(shù)過大，車架斷裂、板簧斷裂、重要支架斷裂，甚至橋斷裂故障發(fā)生，但市場上卻未反饋此類故障。如強(qiáng)化系數(shù)過小，試驗(yàn)的周期增長，費(fèi)用增加，滿足不了項(xiàng)目開發(fā)節(jié)點(diǎn)。

本文研究的輕卡路面負(fù)荷市場里程強(qiáng)化系數(shù)分四個(gè)方面來研究：a.站在用戶的角度測試研究了輕卡在實(shí)際市場綜合路面負(fù)荷損傷度；b.站在專業(yè)試車場的角度測試研究了輕卡在襄陽試車場綜合路面負(fù)荷損傷度；c.設(shè)定了輕卡路面負(fù)荷市場里程折算系數(shù)；d.提出了符合輕卡路面負(fù)荷可靠性行駛試驗(yàn)規(guī)范。如研發(fā)的新車型能達(dá)成既定的評價(jià)指標(biāo)，就能保證車輛在路面方面具有市場競爭力，用戶不會有抱怨，可迅速提高產(chǎn)品競爭力和用戶滿意度。

2 市場綜合路面負(fù)荷損傷度計(jì)算方法

21 用戶畫像

用戶畫像是基于大量的市場真實(shí)用戶調(diào)研，利用工程相關(guān)的統(tǒng)計(jì)分析辦法，把所有的用戶歸納為一個(gè)典型用戶。依據(jù)最新的NTBS（new truck buyer survey）調(diào)研報(bào)告，可得知不同噸位的輕卡行駛路況比例分配，見圖1。以4 t平臺為例，對不同路況的4 t平臺典型用戶進(jìn)行跟車調(diào)研。可采用試驗(yàn)車輛與用戶車輛交換駕駛員或變更跟車循序來消除一些人為因素。

22 路面負(fù)荷振動譜采集

選擇4 t平臺某試驗(yàn)車輛，在其前、后軸正上方的車架上安裝加速度傳感器，采集車架的上下振動加速度信號。對典型用戶進(jìn)行跟車調(diào)研，采集高速公路、市區(qū)道路、國道、山區(qū)公路振動加速度譜，見圖2。

23 用nCode軟件PV雨流計(jì)數(shù)法處理路面負(fù)荷振動譜

將采集的高速公路、市區(qū)道路、國道、山區(qū)公路振動加速度譜，用nCode軟件PV雨流計(jì)數(shù)分析，統(tǒng)計(jì)過程中出各振動加速度發(fā)生的數(shù)量，見圖3[1]。

24 頻次解析及綜合運(yùn)算

以間隔值3 m/s2，正負(fù)各分96等份，進(jìn)行頻次解析。統(tǒng)計(jì)不同加速度出現(xiàn)的頻次，算出高速公路路面負(fù)荷損傷面積、單位距離損傷度（損傷度/km），高速公路損傷度/km等于34×109，見圖4[2]。

3 試車場綜合路面負(fù)荷損傷度計(jì)算方法

31 NAST路面負(fù)荷耐久試驗(yàn)行駛規(guī)范[3]

根據(jù)國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（襄陽）汽車試驗(yàn)場（簡稱NAST）路面特征，可供輕卡行駛的路況有，高速環(huán)道、一般公路、比利時(shí)路、1號綜合路（含大卵石路、短波路、長波路、扭曲路甲、扭曲路乙、扭曲路丙、坑洼路、凸塊路甲、凸塊路乙、錯(cuò)位搓板路、帶角度搓板路、平滑石塊路、噪聲路）。結(jié)合輕卡實(shí)際使用道路情況，路面負(fù)荷耐久試驗(yàn)運(yùn)行規(guī)范一個(gè)循環(huán)為12 547 m，包含比利時(shí)路、長波路、扭曲路丙、平滑石塊路、連接路、水泥瀝青一般公路。通過調(diào)節(jié)車輛行駛比利時(shí)路的長度和車速，設(shè)定合適的強(qiáng)化系數(shù)。

4 t平臺車輛設(shè)計(jì)壽命為50萬km，強(qiáng)化系數(shù)太低，試驗(yàn)周期過長（例如強(qiáng)化系數(shù)為1，每天運(yùn)行800 km，需要625天），不能滿足項(xiàng)目開發(fā)節(jié)點(diǎn)。如果強(qiáng)化系數(shù)過大，也容易產(chǎn)生一些強(qiáng)度問題。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，強(qiáng)化系數(shù)設(shè)定在20左右時(shí)（例如強(qiáng)化系數(shù)為20，總里程25 000 km，每天可運(yùn)行300 km，預(yù)計(jì)84天可完成），時(shí)間周期和費(fèi)用相對合理，也不會產(chǎn)生一些強(qiáng)度問題。

32 工況循環(huán)里程、行駛要求（不含比利時(shí)路）

按照NAST路面和輕卡實(shí)際行駛狀況，設(shè)定一次工況循環(huán)各路段的里程分配，見表2。

0～028 km：起點(diǎn)（二號環(huán)道南進(jìn)出口“A”）：左轉(zhuǎn)彎順時(shí)針方向進(jìn)入二號環(huán)道以45 km/h行駛到接近比利時(shí)路南進(jìn)口時(shí)，減速至25 km/h，左轉(zhuǎn)彎進(jìn)入連接路，在比利時(shí)路入口處（“B”）讓行。

028～5796 km：以50 km/h的車速順時(shí)針方向沿比利時(shí)路旁邊的輔路低速行駛。以40 km/h的車速通過比利時(shí)路東直線段左側(cè)的濺水池“H”后，以50 km/h的車速在輔路上行駛，至“B”處減速，重復(fù)上述操作。至比利時(shí)路南出口處，左轉(zhuǎn)彎進(jìn)入連接路，到綜合路入口“I”處停車讓行。

5796～9422 km：向右前方進(jìn)入綜合路，加速至50 km/h，以50 km/h通過長波路，向前行駛，接近丙種扭曲路時(shí)制動減速至10 km/h，以10 km/h通過丙種扭曲路，向右前方進(jìn)入外部噪聲測試道，加速至60 km/h通過綜合路北環(huán)直線段，以55 km/h逆時(shí)針方向沿綜合路北環(huán)調(diào)頭，以50 km/h勻速進(jìn)入石塊路，保持50 km/h逆時(shí)針方向沿綜合路南環(huán)調(diào)頭，以50 km/h再次通過長波路向前行駛，接近丙種扭曲路時(shí)制動減速至10 km/h，以10 km/h再次通過丙種扭曲路，向右前方進(jìn)入外部噪聲測試道，加速以40 km/h行駛到綜合路出口“R”處，右轉(zhuǎn)彎到比利時(shí)路入口“D”處停車讓行。

9422～9873 km：以20 km/h行駛到比利時(shí)路出口“E”處停車讓行，左轉(zhuǎn)彎到二環(huán)路入口“S”處停車讓行。

9873～12547 km：左轉(zhuǎn)彎上二號環(huán)道，油門全開加速至45 km/h，以45 km/h通過二環(huán)北彎道，加速至70 km/h，以70 km/h行駛于直線段，接近南彎道時(shí)，制動減速至45 km/h行駛至起點(diǎn)“A”，一個(gè)工況循環(huán)結(jié)束。行駛規(guī)范見圖5。

33 路面負(fù)荷NAST綜合損傷度

分別采集NAST工況循環(huán)（不含比利時(shí)路）和車速為15 km/h、車速為20 km/h、車速為25 km/h單圈比利時(shí)路振動加速度譜，算出對應(yīng)的路面負(fù)荷損傷度/km，結(jié)果見表3。

4 路面負(fù)荷強(qiáng)化系數(shù)在耐久試驗(yàn)中的應(yīng)用

因NAST比利時(shí)路限速25 km/h，也為便于駕駛員觀看車速，選擇20 km/h比利時(shí)路較合適。強(qiáng)化系數(shù)綜合提案見表4。當(dāng)車輛在比利時(shí)路面以20 km/h行駛，比利時(shí)路為8%時(shí)，強(qiáng)化系數(shù)為21。

5 路面試驗(yàn)評價(jià)

51 拆解及探傷檢查

樣車試驗(yàn)結(jié)束后，為檢查各總成內(nèi)部結(jié)構(gòu)的磨損及其他異常現(xiàn)象，應(yīng)按試驗(yàn)規(guī)程的規(guī)定對主要總成（包括駕駛室、發(fā)動機(jī)、變速箱、油箱、車廂等部品）進(jìn)行部分或全部拆解，拆解方法參照GB/T 12678進(jìn)行[4]。

樣車拆解后，應(yīng)對翻轉(zhuǎn)支架、鋼板彈簧及與車架相連的各大總成懸置支架等重點(diǎn)部位的疲勞損傷進(jìn)行檢查，檢查流程如圖6所示。

52 試驗(yàn)評價(jià)

試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的故障，按故障模式等級分為A、B、C、D四個(gè)等級，其定義見表6。

6 結(jié)語

商品開發(fā)階段，市場和NAST路面負(fù)荷綜合損傷度對設(shè)計(jì)人員提供有效的參考，為DQR耐久目標(biāo)設(shè)定提供數(shù)據(jù)支撐。在降成本工作中，提供有效的道路耐久驗(yàn)證方法，能有效降低市場車架、駕駛室、發(fā)動機(jī)、變速箱、油箱、車廂故障發(fā)生率，提升企業(yè)品牌價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]李慶楊數(shù)值分析[M]北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[2]王霄鋒汽車可靠性工程基礎(chǔ)[M]北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[3]東風(fēng)汽車公司汽車試驗(yàn)場載貨汽車產(chǎn)品定型可靠性行駛試驗(yàn)規(guī)范[S].

[4]GB/T 12678汽車可靠性行駛試驗(yàn)規(guī)范[S].

作者簡介：

林文干，男，1985年生，高級工程師，研究方向?yàn)檎嚨缆吩囼?yàn)技術(shù)。