汽车可靠性仿真方法与试验研究
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1.3 本书主要研究内容

本书主要研究内容如下:

1)应用ADAMS软件建立完整的悬架系统模型,对悬架特性参数进行优化计算。优化结果应能从实际应用角度出发改善悬架系统性能,从而提高操纵稳定性与行驶平顺性。

2)利用Matlab/Simulink模块建立横摆角速度神经网络阻尼控制模型,通过控制悬架阻尼来抑制汽车过度转向行为,改善操纵稳定性。

3)利用ADAMS模板化建模方法建立整车模型,并对操纵稳定性和平顺性进行仿真分析,将仿真结果与试验结果进行对比,以验证模型的正确性,为深入研究整车性能奠定基础。

4)对比分析试验场耐久路与用户典型路面试验车辆和对标车辆后轴的疲劳损伤,重点计算试验场搓板路对车辆造成的损伤。利用美国MTS系统公司的六通道耦合系统对试验车辆和对标车辆车身与后轴进行振动模态扫频,通过振动扫频对比分析试验车辆和对标车辆后轴与车身振动频率的差异原因。

5)对比分析试验场耐久路、高速公路、城市路面以及一般公路试验车辆和对标车辆的疲劳损伤特性,为试验车辆质量改进提供了有效数据。

6)应用雨流计数法准确测定可靠性试验数据,使施加于车辆的载荷更接近各种典型路面的实际工况。

7)根据疲劳累积损伤相等原理建立用户典型路面和试验场耐久路的相关数学模型,采集用户典型路面和试验场数据,优化计算可靠性试验工况与方法,为汽车可靠性试验方法的实际应用提供方案和具体的实施流程。

8)对整车模型进行仿真分析,验证整车虚拟样机模型的正确性;通过物理样机仿真和试验场试验,分析评价整车的行驶平顺性与操纵稳定性。

9)提出数字化试验场三维可靠性试验路面的构建方法。采用路面不平度空间功率谱密度、车速与三角网络相结合的方法,对路面节点进行分层处理,解决构建复杂数字路面中节点连接关系难以计算的难点;同时根据对某试验场试验路面的实测数据,建立典型的数字化试验场可靠性数字路面。

10)根据虚拟用户典型路面与试验场强化路面的道路载荷谱相等原理,建立虚拟用户相关性数学模型,运用雨流计数对整车重要部件进行试验场疲劳可靠性分析。通过虚拟用户和试验场载荷时间里程数据转化为各级幅值的载荷循环的等载荷谱试验,验证试验场可靠性相关试验方法的可行性。

11)针对传统的汽车试验场可靠性试验存在的问题,提出了一种汽车可靠性试验新方法,该方法从试验场试验与可靠性仿真试验不同的优良性出发,结合可靠性仿真试验与试验场可靠性相关试验方法,建立试验场与可靠性仿真试验相结合的数学模型。

12)制订汽车可靠性行驶试验标准,通过对比后桥试验场与可靠性仿真试验结合的结果,说明试验场与可靠性仿真试验结合的可靠性试验结果的吻合程度较好,验证可靠性试验标准的可信性。

13)对车辆用户的实际使用工况进行调查,包括车辆自然状况、不同路面年行驶里程、不同载重量及不同载重量下的年行驶里程。应用极大似然估计法估计威布尔分布参数,根据威布尔参数估计值,结合Miner累积损伤法则计算出平坦、中等不平和极端不平三种典型路面承载构件的用户总疲劳寿命里程,最后通过Monte-Carlo仿真获得各承载系构件的90%用户目标里程。

14)应用最小二乘法对疲劳寿命离散数据进行拟合,建立S-N曲线的数学模型,再根据Goodman经验疲劳公式将非零平均应力等效转换为零平均应力。利用修正的Neuber公式及曼森-科芬(Manson-Coffin)应变-寿命曲线方程绘制承载系构件的双对数应变-疲劳寿命曲线。根据雨流矩阵载荷谱相等原理建立用户用途和试验场的关联数学模型,利用多元线性回归的最小二乘法对模型中的比例系数βi进行参数估计,并对模型回归方程进行拟合优度检验、回归系数进行t检验。

15)通过对承载系统构件的模型应力、有限元分析、疲劳分析软件及经验来选择结构和零部件的临界危险位置,根据电阻应变片的应力集中原则对承载系统构件(前后桥、驾驶室、车架、平衡梁)应变传感器及部分位移、加速度传感器进行布置。同时为满足测量精度的需要,对发动机悬置进行重新设计改造,让它既能起到悬置的作用,又要充当测力传感器。

16)根据用户典型路面与试验场强化路的道路载荷谱相等原理及其关联性数学模型,优化计算出90%用户数据和试验场数据雨流矩阵载荷谱相同条件下的试验场强化路循环次数,制订汽车试验场与用户用途关联的汽车承载系可靠性试验规范。

17)对承载系统重点考核构件前后桥与驾驶室前后悬置进行加载标定。依据疲劳损伤的等寿命方法建立重点构件的加速系数数学模型,编写加速系数计算程序及汽车承载系试验场可靠性试验寿命里程仿真计算软件,利用S-N曲线计算出各强化路以及组合综合路的加速系数,通过寿命计算软件对汽车试验场和用户实际使用的寿命里程进行仿真计算,并将计算结果与试验场及用户使用试验的故障里程进行对比验证。

18)采集山区典型公路和用户真实用法的试验数据,通过传动轴转矩对转速的联合分级矩阵获得输出累积能量分布载荷谱。根据Weibull分布概率纸直线方程及动力传动系累积能量数学模型,计算失效概率为90%条件下的四种用户典型路面和每个实际用户的总累积能量,并对分布函数进行K-S检验,然后利用Monte-Carlo方法仿真模拟90%用户的动力传动系统输出总能量。通过山区典型公路和90%用户累积能量的相关性计算,获得山区公路的强化系数和可靠性试验方法。