CN111487068A - 一种车辆易损点寿命预测方法及*** - Google Patents

一种车辆易损点寿命预测方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种车辆易损点寿命预测方法及***,预测方法包括如下步骤:获取实际路况下车辆易损点的应力数据;按照应力范围对应力数据进行分段,并得到各应力段对应的应力次数;将每个应力段中的最大应力值代入车辆易损点的应力疲劳曲线,计算得到各应力段对应的疲劳寿命值;根据各应力段的应力次数和疲劳寿命值计算得到车辆易损点的累计疲劳损伤,并根据车辆易损点的累计疲劳损伤计算其剩余使用里程;根据车辆易损点的剩余使用里程和每个行驶周期内车辆的运营里程得到车辆易损点的剩余使用寿命。本发明的技术方案不会存在实验路面与实际路面之间的差异,能够解决实验条件下的实验路面与实际路面相差较大导致对车辆易损点寿命预测不准确的问题。

Description

一种车辆易损点寿命预测方法及***
技术领域
本发明属于车辆工程技术领域,具体涉及一种车辆易损点寿命预测方法及***。
背景技术
对于客车来讲,如班车、公交车、长途客车等车辆的行驶线路往往是固定的,车架、骨架、悬架、支架等关键部件随车辆在运行过程中,道路路面的平整度对这些零部件本身寿命影响很大,而这些关键部件的寿命与车辆寿命直接相关。现有技术中有时会出现车架、骨架、悬架等关键整车结构断裂的问题,这些部件的断裂大多是路面因素导致的。
目前对车辆易损点进行寿命预测主要是基于车辆前期试验的方法,该方法是将路面情况划分为:高速路面、国道/省道路面、城市路面、城乡路面和乡村路面5个大类,每个大类对应一个路面强化系数,客车生产厂家会根据车辆的销售地区路面情况来进行前期的CAE(计算机辅助工程)仿真和道路实车实验,从而在车辆未上市前判断车辆易损点能否满足车辆全生命周期要求。
但该方法存在问题:
(1)按上述路面划分方法,5大类中某一类,例如,城市路面,其强化系数是固定的,但实际情况是:即使都是城市路面,路面情况也存在千差万别,不同路段的使用情况也不尽相同,上述方法使用同一个强化系数进行前期的仿真和实车验证是不准确的;
(2)上述方法主要是在车辆上市前段,在车辆实际线路运行阶段无法给予实时的评价,例如客户车辆更换线路,路面激励会发生改变,此时根据前端已有的评价方法分析车辆易损点处寿命是不准确的。
综上所述,实际路面的类型多种多样,实验条件下对路面类型的划分比较简单,很难将所有的路面类型都考虑在内,并且即使是同样类型的路面,不同路段的使用情况也不一样,这就导致同样类型的路面不同路段对车辆易损点的影响是不一样的。因此采用车辆出厂前在实验条件下的实验路面上对车辆进行测试的方法预测得到的车辆易损点的寿命很不准确。
发明内容
本发明提供了一种车辆易损点寿命预测方法,用于解决实验条件下的实验路面与实际路面相差较大导致对车辆易损点的寿命预测不准确的问题;相应地,为了解决上述技术问题,本发明还提供了一种车辆易损点寿命预测***。
一种车辆易损点寿命预测方法,该预测方法包括如下步骤:
当车辆在实际路况下运行时,获取车辆易损点的应力数据;
按照应力范围对所述应力数据进行分段,并得到各应力段对应的应力次数;
将每个应力段中的最大应力值代入车辆易损点的应力疲劳曲线,计算得到各应力段对应的疲劳寿命值;
根据各应力段的应力次数和疲劳寿命值计算得到车辆易损点的累计疲劳损伤,并根据车辆易损点的累计疲劳损伤计算其剩余使用里程,计算过程包括:
设所述车辆易损点的累计疲劳损伤为D,则:
Figure BDA0001961840310000021
其中m为应力段的数量;ni为第i个应力段的应力次数;Ni为第i个应力段对应的疲劳寿命值;
车辆易损点的剩余使用里程=车辆运营里程/累计疲劳损伤;
根据车辆易损点的剩余使用里程和车辆在一个行驶周期内的运营里程得到车辆易损点的剩余使用寿命。
本发明所提供的技术方案,根据车辆的实际行驶状况得到其易损点的应力数据,然后根据应力数据计算出车辆易损点的累计疲劳损伤,进而计算出车辆易损点的剩余使用里程,最后再根据车辆易损点的剩余使用里程和当前车辆的实际路况得到车辆易损点的剩余使用寿命。由于本发明所提供的方案是根据车辆的实际行驶状态得到其易损点的应力数据,然后根据车辆易损点的应力数据计算出的车辆易损点的剩余使用里程,并结合当前车辆的实际路况得到车辆易损点的剩余使用寿命,所以计算结果比较准确,不会存在实验路面与实际路面之间的差异,能够解决实验条件下的实验路面与实际路面相差较大导致对车辆易损点的寿命预测不准确的问题。
进一步的,所述获取车辆易损点的应力数据的过程包括:在车辆易损点设置应变片,通过应变片检测车辆易损点处的应力数据。
通过应变片,能够直接检测车辆易损点的应力数据,检测结果比较准确。
进一步的,所述获取车辆易损点的应力数据的过程包括:检测车辆加速度,根据车辆加速度以及车辆加速度与车辆易损点应力之间的关系得到易损点的应力数据;在实验路面条件下获取车辆加速度和各易损点的应力数据,对获取的车辆加速度和易损点的应力数据进行拟合,得到各易损点加速度与应力的关系。
通过车辆加速度获取车辆易损点的应力数据,方法比较简单。
进一步的,所述易损点为车架、骨架、悬架或支架。
一种车辆易损点寿命预测***,包括车载单元和远程终端,所述车载单元包括用于与远程终端通信的第一通讯模块以及用于获取车辆易损点应力数据的应力获取模块,所述远程终端包括第二通讯模块、处理器和存储器,所述处理器用于执行存储器中的指令以实现如下方法:
当车辆在实际路况下运行时,获取车辆易损点的应力数据;
按照应力范围对所述应力数据进行分段,并得到各应力段对应的应力次数;
将每个应力段中的最大应力值代入车辆易损点的应力疲劳曲线,计算得到各应力段对应的疲劳寿命值;
根据各应力段的应力次数和疲劳寿命值计算得到车辆易损点的累计疲劳损伤,并根据车辆易损点的累计疲劳损伤计算其剩余使用里程,计算过程包括:
设所述车辆易损点的累计疲劳损伤为D,则:
Figure BDA0001961840310000031
其中m为应力段的数量;ni为第i个应力段的应力次数;Ni为第i个应力段对应的疲劳寿命值;
车辆易损点的剩余使用里程=车辆运营里程/累计疲劳损伤;
根据车辆易损点的剩余使用里程和车辆在一个行驶周期内的运营里程得到车辆易损点的剩余使用寿命。
本发明所提供的技术方案,根据车辆的实际行驶状况得到其易损点的应力数据,然后根据应力数据计算出车辆易损点的累计疲劳损伤,进而计算出车辆易损点的剩余使用里程,最后再根据车辆易损点的剩余使用里程和当前车辆的实际路况得到车辆易损点的剩余使用寿命。由于本发明所提供的方案是根据车辆的实际行驶状态得到其易损点的应力数据,然后根据车辆易损点的应力数据计算出的车辆易损点的剩余使用里程,并结合当前车辆的实际路况得到车辆易损点的剩余使用寿命,所以计算结果比较准确,不会存在实验路面与实际路面之间的差异,能够解决实验条件下的实验路面与实际路面相差较大导致对车辆易损点的寿命预测不准确的问题。
进一步的,所述应力获取模块为设置在车辆易损点处的应变片,所述获取车辆易损点的应力数据的过程包括通过应变片检测车辆易损点处的应力数据。
通过应变片,能够直接检测车辆易损点的应力数据,检测结果比较准确。
进一步的,所述车辆上设置有加速度传感器,所述获取车辆易损点的应力数据的过程包括:检测车辆加速度,根据车辆加速度以及车辆加速度与车辆易损点应力之间的关系得到易损点的应力数据;在实验路面条件下获取车辆加速度和各易损点的应力数据,对获取的车辆加速度和易损点的应力数据进行拟合,得到各易损点加速度与应力的关系。
通过车辆加速度获取车辆易损点的应力数据,方法比较简单。
进一步的,所述加速度传感器为陀螺仪。
通过陀螺仪,能够实时、准确的检测出车辆的加速度。
进一步的,所述易损点为车架、骨架、悬架或支架。
附图说明
图1为本发明方法实施例1中车辆易损点寿命预测方法的流程图;
图2为本发明方法实施例1中各应力段与相应应力次数的关系图;
图3为本发明方法实施例1中疲劳实验的流程图;
图4为本发明方法实施例2中标定车辆加速度与车辆易损点应力之间关系的流程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
方法实施例1:
本实施例提供一种车辆易损点寿命预测方法,适用于班车、公交车等在一个行驶周期内行驶路线和运营里程都是固定的车辆,能够根据车辆的实际行驶路况和车辆易损点的应力数据计算车辆易损点的寿命,解决实验条件下的实验路面与实际路面相差较大导致对车辆易损点的寿命预测不准确的问题。
本实施例所提供的车辆易损点寿命预测方法,其流程如图1所示,包括如下步骤:
(1)当车辆在实际路况下运行时,获取车辆易损点的应力数据。
本实施例中车辆的易损点为车辆的车架、骨架、悬架和支架中的一种。
本实施例中获取车辆易损点的应力数据时,所采用的方法是在车辆易损点处设置应变片,然后通过应变片检测车辆易损处的应力数据。
(2)按照应力范围对所述应力数据进行分段,并得到各应力段对应的应力次数。
设应力从大到小依次分为S1、S2、……Sm共m个应力段,且各应力段对应的应力次数分别为n1、n2、……nm,如图2所示,其中横坐标为应力段,纵坐标为应力次数。各应力段对应应力次数的获取方法为:每当检测到车辆易损点的应力在第i个应力段Si所对应的范围内时,该应力段对应的计数加一,检测完成后,第m个应力段Si的总计数即为其对应的应力次数ni。
(3)将每个应力段中的最大应力值代入车辆易损点的应力疲劳曲线,计算得到各应力段对应的疲劳寿命值。
车辆易损点的应力疲劳曲线为S-N疲劳曲线,其中表征了车辆易损点在不同应力下的疲劳寿命值。车辆易损点的应力疲劳曲线通过疲劳实验得到,疲劳实验的流程如图3所示,包括如下步骤:
通过疲劳试验,获取车辆易损点在各应力下的最大疲劳寿命值,得到车辆易损点对应材料疲劳寿命极限,形成S-N疲劳曲线:
sαN=C
式中,α和C为车辆易损点所采用材料的材料常数;
对上式两边取对数,并整理后得:
lgN=a+blgS
a=lg C
b=-α
式中S为车辆易损点的应力,N为车辆易损点在当前S应力下的最大疲劳寿命值。
将检测到的车辆易损点的应力代入到其应力疲劳曲线,即可得到对应的车辆易损点的疲劳寿命。
(4)根据各应力段的应力次数和疲劳寿命值计算得到车辆易损点的累计疲劳损伤,并根据车辆易损点的累计疲劳损伤计算其剩余使用里程,计算过程包括:
设车辆易损点的累计疲劳损伤为D,则:
Figure BDA0001961840310000051
其中m为应力段的数量;ni为第i个应力段对应的应力次数;Ni为第i个应力段对应的疲劳寿命值;
车辆易损点的剩余使用里程=车辆运营里程/累计疲劳损伤。
(5)根据车辆易损点的剩余使用里程和车辆在一个行驶周期内的运营里程,得到车辆易损点的剩余使用寿命。
车辆的行驶周期可以为一天、一周或者特定的时长内,车辆在一个行驶周期内的运营里程是固定的,对车辆易损点所造成的影响也是固定的,所以可以根据车辆易损点的剩余使用里程和车辆在一个行驶周期内的运营里程得到车辆易损点的剩余使用寿命。
如计算出车辆易损点的剩余使用里程为L,设一天为一个行驶周期,且车辆在一个行驶周期内的运营里程为l,则车辆的剩余使用寿命为L/l天。
方法实施例2:
本实施例提供一种车辆易损点寿命预测方法,与上述方法实施例1所提供的车辆易损点寿命预测方法相比,区别在于本实施例中获取车辆易损点应力数据的过程为:首先检测车辆加速度,然后根据车辆加速度与车辆易损点应力之间的关系得到易损点的应力数据。
本实施例中检测车辆加速度时所采用的加速度传感器为陀螺仪;作为其他实施方式,也可以根据其他方式检测车辆加速度,如通过检测车辆车轮转速获取车辆的加速度等。
车辆加速度与车辆易损点应力之间的关系通过标定得到,标定方法的流程如图4所示,包括如下步骤:
在实验路面上对车辆进行实验;
在实验过程中实时调节车辆的加速度,并实时监测车辆易损点的应力数据;
对获取的车辆加速度和车辆易损点的应力数据进行拟合,得到车辆加速度与车辆易损点应力之间的对应关系。
***实施例1:
本实施例提供一种车辆易损点寿命预测***,包括车载单元和远程终端,车载单元包括用于与远程终端通信的第一通讯模块以及用于获取车辆易损点应力数据的应力获取模块,远程终端包括第二通讯模块、处理器和存储器,处理器用于执行存储器中的指令以实现如上述方法实施例1中所提供的车辆易损点寿命预测方法。
***实施例2:
本实施例提供一种车辆易损点寿命预测***,包括车载单元和远程终端,车载单元包括用于与远程终端通信的第一通讯模块以及用于获取车辆易损点应力数据的应力获取模块,远程终端包括第二通讯模块、处理器和存储器,处理器用于执行存储器中的指令以实现如上述方法实施例2中所提供的车辆易损点寿命预测方法。

Claims (9)

1.一种车辆易损点寿命预测方法,其特征在于,该预测方法包括如下步骤:
当车辆在实际路况下运行时,获取车辆易损点的应力数据;
按照应力范围对所述应力数据进行分段,并得到各应力段对应的应力次数;
将每个应力段中的最大应力值代入车辆易损点的应力疲劳曲线,计算得到各应力段对应的疲劳寿命值;
根据各应力段的应力次数和疲劳寿命值计算得到车辆易损点的累计疲劳损伤,并根据车辆易损点的累计疲劳损伤计算其剩余使用里程,计算过程包括:
设所述车辆易损点的累计疲劳损伤为D,则:
Figure FDA0001961840300000011
其中m为应力段的数量;ni为第i个应力段的应力次数;Ni为第i个应力段对应的疲劳寿命值;
车辆易损点的剩余使用里程=车辆运营里程/累计疲劳损伤;
根据车辆易损点的剩余使用里程和车辆在一个行驶周期内的运营里程得到车辆易损点的剩余使用寿命。
2.根据权利要求1所述的车辆易损点寿命预测方法,其特征在于,所述获取车辆易损点的应力数据的过程包括:在车辆易损点设置应变片,通过应变片检测车辆易损点处的应力数据。
3.根据权利要求1所述的车辆易损点寿命预测方法,其特征在于,所述获取车辆易损点的应力数据的过程包括:检测车辆加速度,根据车辆加速度以及车辆加速度与车辆易损点应力之间的关系得到易损点的应力数据;在实验路面条件下获取车辆加速度和各易损点的应力数据,对获取的车辆加速度和易损点的应力数据进行拟合,得到各易损点加速度与应力的关系。
4.根据权利要求1所述的车辆易损点寿命预测方法,其特征在于,所述易损点为车架、骨架、悬架或支架。
5.一种车辆易损点寿命预测***,其特征在于,包括车载单元和远程终端,所述车载单元包括用于与远程终端通信的第一通讯模块以及用于获取车辆易损点应力数据的应力获取模块,所述远程终端包括第二通讯模块、处理器和存储器,所述处理器用于执行存储器中的指令以实现如下方法:
当车辆在实际路况下运行时,获取车辆易损点的应力数据;
按照应力范围对所述应力数据进行分段,并得到各应力段对应的应力次数;
将每个应力段中的最大应力值代入车辆易损点的应力疲劳曲线,计算得到各应力段对应的疲劳寿命值;
根据各应力段的应力次数和疲劳寿命值计算得到车辆易损点的累计疲劳损伤,并根据车辆易损点的累计疲劳损伤计算其剩余使用里程,计算过程包括:
设所述车辆易损点的累计疲劳损伤为D,则:
Figure FDA0001961840300000021
其中m为应力段的数量;ni为第i个应力段的应力次数;Ni为第i个应力段对应的疲劳寿命值;
车辆易损点的剩余使用里程=车辆运营里程/累计疲劳损伤;
根据车辆易损点的剩余使用里程和车辆在一个行驶周期内的运营里程得到车辆易损点的剩余使用寿命。
6.根据权利要求5所述的车辆易损点寿命预测***,其特征在于,所述应力获取模块为设置在车辆易损点处的应变片,所述获取车辆易损点的应力数据的过程包括通过应变片检测车辆易损点处的应力数据。
7.根据权利要求5所述的车辆易损点寿命预测***,其特征在于,所述车辆上设置有加速度传感器,所述获取车辆易损点的应力数据的过程包括:检测车辆加速度,根据车辆加速度以及车辆加速度与车辆易损点应力之间的关系得到易损点的应力数据;在实验路面条件下获取车辆加速度和各易损点的应力数据,对获取的车辆加速度和易损点的应力数据进行拟合,得到各易损点加速度与应力的关系。
8.根据权利要求7所述的车辆易损点寿命预测***,其特征在于,所述加速度传感器为陀螺仪。
9.根据权利要求5所述的车辆易损点寿命预测***,其特征在于,所述易损点为车架、骨架、悬架或支架。
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