CN109446568A - 考虑道路和驾驶行为的汽车可靠性目标载荷谱构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种考虑道路和驾驶行为的汽车可靠性目标载荷谱构建方法，包括如下步骤：1、将道路进行分类，并统计各种道路类型的里程及占比；2、按工况构建各标载荷谱，分为匀速、加速、减速直线行驶和匀速转向行驶工况，对于各种工况，按照各种速度(或加速度/减速度)构建单位里程标准载荷，然后统计单位里程标准载荷在行驶里程内、各种道路和工况情形下的时间历程，进行时域信号拼接，获得各种工况下的目标载荷谱；3、将各种工况目标载荷谱进行拼接，得到户可靠性目标载荷谱。本发明充分考虑了道路类型和用户驾驶行为特性，提高了用户目标载荷谱构建的科学性和完整性。

Description

考虑道路和驾驶行为的汽车可靠性目标载荷谱构建方法

技术领域

本发明涉及车辆可靠性技术，尤其涉及一种汽车用户可靠性目标载荷谱构建的方法。

背景技术

汽车用户可靠性目标载荷谱是制定试验场或台架可靠性试验规程的基础数据和匹 配目标，直接影响了车辆可靠性测试规程、检测结果以及车辆行驶的安全性和可靠性。一般通过一辆或几辆样车在典型路面上进行一定里程的实车载荷测量，再采用里程外 推等方法建立目标载荷谱。此种方法对用户的驾驶行为、道路情况等考虑不足，典型 路面的选取不确定性大，客观性和代表性差；数据采集周期长、成本高、工作量大， 随着行驶区域及工况的变化，工作需重新开展，适用性差。

用户驾驶行为(如不同车速、加速、减速、转向等)和道路不平度是影响车辆行 驶载荷的重要因素，一般车辆都配置GPS传感器，企业监控平台可以获取所属所有车 辆的GPS数据(轨迹和速度等)，可根据GPS数据对车辆的驾驶行为、行驶区域等进 行客观、全面的统计分析，而且数据是实时更新的。因此，基于GPS统计数据，综合 考虑用户驾驶行为和路面不平度，对汽车用户可靠性目标载荷谱构建，这种情况下获 得的载荷谱能够提高汽车用户可靠性试验准确度，具有客观性和代表性，并且便于更 新，大幅度降低试验成本。

发明内容

为了进一步提高汽车用户可靠性目标载荷谱的有效性和代表性，本发明的目的是提出一种新的汽车用户可靠性目标载荷谱构建方法，该方法综合考虑了载荷谱的主要 影响因素：路面不平度和用户驾驶行为，使得构建的载荷谱更加具有代表性。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种道路和驾驶行为的汽车可靠性目标载荷谱构建方法，包括如下步骤：

S1、首先按照自定义方式将道路进行分类，通过车辆的GPS数据积累，统计分析 某区域内各种道路类型的里程及占比；

S2、然后按工况构建目标载荷谱：

1)首先按匀速、加速、减速直线行驶和匀速转向行驶几种情形划分工况；

2)对于每一种工况，对应地将常规的直线行驶速度/加速度/减速度、转向速度范围，等间距划分为若干区间段；

3)利用车辆采集各种工况、各种道路类型下各种区间段的载荷，构建单位里程标准载荷；

4)利用车辆GPS数据积累，统计分析某时间段内各种工况、各种道路类型下各 种区间段的行驶里程，并计算该行驶里程与步骤S1对应的道路类型里程的比例；

5)将获得的各种区间段单位里程标准载荷，按照对应的道路类型里程占比、各种区间段对应的行驶里程与道路类型里程的比例，根据用户目标总里程进行时域信号拼 接，获得各种工况下的目标载荷谱；

S3、将用户匀速、加速、减速和转向等工况目标载荷谱相加，得到用户可靠性目 标载荷谱。

进一步地，在匀速转向行驶工况下，又按转向形式和转向半径细分为转向类型，按转向类型细化单位里程标准载荷。

本发明采取以上技术方案，其具有以下优点：1、充分考虑了道路类型分布特性和用户驾驶行为分布特性，提高了用户目标载荷谱构建的科学性和完整性。2、使用的 GPS样本数据量充分且无人为因素干扰，提高了用户目标载荷的有效性和客观性。3、 针对考核样车，只需要实车采集一次形成单位标准载荷即可，后续根据GPS数据动态 反应用户工况的变化，当需要重新制定目标载荷时，利用标准载荷结合GPS新统计数 据进行组合则形成新的目标载荷，不需要重新进行实车试验，大大降低了成本和周期。

附图说明

图1是汽车用户目标载荷构建路线图；

图2a是B级路面上速度为10km/h的单位里程匀速标准载荷示例；

图2b是B级路面上速度为50km/h的单位里程匀速标准载荷示例；

图2c是B级路面上速度为120km/h的单位里程匀速标准载荷示例；

图3a是B级路面上各个速度段的行驶里程占对应道路类型里程的比例示例；

图3b是C级路面上各个速度段的行驶里程占对应道路类型里程的比例示例；

图3c是D级路面上各个速度段的行驶里程占对应道路类型里程的比例示例；

图4是用户百公里行驶里程的载荷时间历程示例。

具体实施方式

下面用数学表达法解释技术方案的内容，表述如下：

1、将道路类型按照路面不平度或功能分为n1类，道路类型可以按照功能划分： 按照《中华人民共和国公路法》第六条指出“公路按其公路路网中的地位分为国道、 省道、县道和乡道，并按技术等级分为高速公路、一级公路、二级公路、三级公路和 四级公路。具体划分标准由交通主管部门规定”。路面不平度在GB/T 7031-2005《机 械振动道路路面谱测量数据报告》中给出了路面不平度等级A-H级划分的规定。

利用GPS数据统计各种道路类型的里程L_i，并计算各道路类型里程占所统计的道路总里程的比例r_i：

2、然后构建各种行驶工况目标载荷谱，车辆行驶工况可分为直线匀速、加速、减速以及转弯几种工况。

1)匀速工况目标载荷谱的构建

将车辆按可行的行驶速度范围等间距划分为n2段，如行驶速度范围是0-100km/h，按每10km/h间隔划分为一段，则有0-10km/h，10-20km/h，20-30km/h……90-100km/h 这些速度段。

实车采集单位里程不同道路类型下各个速度段的时域载荷，形成单位里程匀速标准载荷，记为S_ij，i＝1,2,…,n1；j＝1,2,…,n2。由于道路类型不同，各段速度也不同，所 以各种情形下单位里程匀速标准载荷也各不相同。速度的不同，造成车辆在单位里程 下行驶所花费的时间也不同，如图2a-2c所示，在B级路面上三种速度的单位里程匀 速标准载荷的时域各不相同。单位里程匀速标准载荷的时域不同，在整个相应行驶里 程里所用时间也不同。

利用GPS数据统计分析不同道路类型上各个速度段的行驶里程，记为L^S _ij；

并计算不同道路类型上各个速度段的行驶里程所占对应道路类型里程的比例，记为p^S _ij：

p^S _ij＝L^S _ij/L_i；

则制定用户目标总行驶里程为L_z(这是用户指定的目标总里程，是已知的)的用户匀速工况目标载荷谱为：

此处i＝1,2,…,n1；j＝1,2,…,n2。

S表达的物理含义是：在各种道路类型、各种速度段下，各单位里程匀速标准载荷在时间域内的拼接，也就是表征各单位标准载荷的时间历程，如图4所示，为用户目 标总里程L_z＝100公里下各单位标准载荷在总8000s时间历程下的拼接，各单位标准载 荷经历的时间历程不同，其中B级路面上60km/h单位里程匀速标准载荷的时间历程 大约是经历了350s(图上排布在时间段为2900s-3250s这段时域内)。

2)加速工况目标载荷谱的构建

与匀速工况载荷谱建立相似，先将车辆按可行的加速度范围等间距划分为n3段，如加速度范围是0-11m/s²，可按每1m/s²划分为一个区间段，则有0-1m/s²，1-2m/s²…… 10-11m/s²这些加速度段；

实车采集单位里程不同道路类型各加速段的载荷，形成单位里程加速标准载荷，记为A_ij。同理，由于各段加速度不同，道路类型不同，所以各种情形下单位里程加速 标准载荷各不相同，车辆在单位里程里行驶所用的时间也不同。

利用GPS数据统计分析不同道路类型上各个加速段的行驶里程，记为L^A _ij；

并计算不同道路类型上各个加速段的行驶里程所占该道路类型里程的比例，记为p^A _ij：

p^A _ij＝L^A _ij/L_i；

则制定总行驶里程为L_z的用户加速工况目标载荷谱为：

此处，i＝1,2,…,n1；j＝1,2,…,n3。

同理，A表达的物理含义是：各种道路类型、各种加速度段下，各单位里程加速 标准载荷在时间域内的拼接。各种道路类型、各种加速度段下的单位里程加速标准载 荷在时间历程内的拼接就是整体反应的用户加速工况目标载荷状况。

3)减速工目标载荷谱的构建

与上述加速工况目标载荷谱构建原理相同，将车辆按可行的减速度范围等间距划分为n4段，如减速度范围是0-5m/s²，可按每1m/s²划分为一个区间段，则有0-1m/s²， 1-2m/s²……4-5m/s²这些减速度段。

实车采集单位里程不同道路类型上各减速段的载荷，形成单位里程减速标准载荷， 记为B_ij。由于各段减速度不同，道路类型不同，所以车辆在单位里程里行驶所用的时间不同，各种情形下单位里程减速标准载荷在时域内表述的载荷信号也各不相同。

利用GPS数据统计分析不同道路类型上各个减速段行驶里程，记为L^B _ij；

计算不同道路类型上各个减速段行驶里程所占该道路类型里程的比例，记为p^B _ij：p^B _ij＝L^B _ij/L_i；

则制定总里程为L_z的用户减速工况目标载荷谱为：

此处，i＝1,2,…,n1；j＝1,2,…,n4。

同理，B表达的物理含义是：各种道路类型、各种减速度段下，各单位里程减速 标准载荷在时间域内的拼接。

4)转向工况目标载荷谱的构建

将车辆转向类型按转向形式和转向半径分为n5种(比如单变道、双变道、蛇形、 稳态回转等转向形式，以及不同的转向半径)；

将车辆按可行的转向速度范围等间距划分为n6段(转向工况只考虑匀速状态)；

实车采集单位里程不同道路类型、不同转向类型下各转向速度的载荷，形成单位里程转向标准载荷，记为F_ijk。同理，由于道路类型不同、转向类型不同、转向速度不 同，车辆在单位里程行驶所用的时间不同，在单位里程里采集的载荷也各不相同。

利用GPS数据统计分析不同道路类型、不同转向类型下各个速度段的行驶里程，记为L^F _ijk；

计算不同道路类型、不同转向类型下各个速度段的行驶里程所占该道路类型里程的比例，记为p^F _ijk：

p^F _ijk＝L^F _ijk/L_i；

则制定总行驶里程为L_z的用户转向工况目标载荷谱为：

此处，i＝1,2,…,n1；j＝1,2,…,n5；k＝1,2,…,n6。

同理，这里F表达的物理含义是：各种道路类型、各种转向类型、各种转向速度 下，各单位里程转向标准载荷在时间域内的拼接。

3、将用户匀速、加速、减速和转向工况目标载荷谱相加，得到用户可靠性目标载荷谱：

根据前述，用户可靠性目标载荷谱U，也是表征各种道路类型、各种工况下，所 有单位里程标准载荷在时间域内的拼接，拼接起来形成用户可靠性目标载荷谱。

下面结合附图举一具体实施例的技术路线，如图1所示。

在该路线中，设道路类型为A-G种，统计每种道路类型所占里程；行驶工况分为 匀速、加速、减速、各种转向类型(有a-f类)，设定各工况下的常规直线匀速度或加 速度、减速度，或转向速度范围，将该范围等间距划分为n段；然后用实车采集每一 区间段在不同道路类型、不同工况下的单位里程标准载荷(单位里程匀速、加速、减 速、转向标准载荷)；并统计一定时期内每一区间段在各种道路上的行驶里程(速度等 间距里程、加速度等间距里程、减速度等间距里程、各类转向等间距里程)；根据行驶 里程与对应道路类型里程的比例，计算各种工况下的目标载荷，最后组合成用户总目 标载荷。

该技术路线下的一个实际算例：

针对汽车可靠性载荷采集而言，载荷一般解释为广义的载荷，其涵盖了应变、力、力矩、加速度、位移等相关信号。如下仅以匀速工况下汽车轴头垂向加速度信号为例， 其他同理，如图2a-2c、图3a-3c、图4所示。

首先统计得到各类道路里程(共有A-G类)占总里程比例如表1所示，表中显示 某采集过程中只有B、C、D三种道路。

表1各类道路里程占总里程的比例

实车采集得到行车速度在10km/h-120km/h范围内，以每10km/h为一个速度段， 统计各种速度段在单位里程不同道路类型下的垂向加速度载荷，图2a-2c只列了B级 路面部分速度(u＝10km/h、50km/h、120km/h)的单位里程匀速标准载荷数据。

统计各速度段在不同道路上的行驶里程与道路里程的比例，如图3a-3c所示(图中仅举例B级、C级、D级道路上，图中的柱状图数据仅为假设的示例)。

给定总行驶里程L_Z＝100公里，按照图2a-2c示例的速度数据，构建用户百公里的载荷时间历程，如图4所示，图中对B级、C级、D级道路载荷时域信号进行了拼接， 为表述更直观，图中截取了B级道路60km/h的载荷展示，该用户百公里载荷时间里 程涵盖了各类道路和各种车速下的载荷。

以上所述，仅为本发明较佳的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种道路和驾驶行为的汽车可靠性目标载荷谱构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、首先按照自定义方式将道路进行分类，通过车辆的GPS数据积累，统计分析某区域内各种道路类型的里程及占比；

S2、然后按工况构建目标载荷谱：

1)首先按匀速、加速、减速直线行驶和匀速转向行驶几种情形划分工况；

2)对于每一种工况，对应地将常规的直线行驶速度/加速度/减速度、转向速度范围，等间距划分为若干区间段；

3)利用车辆采集各种工况、各种道路类型下各种区间段的载荷，构建单位里程标准载荷；

4)利用车辆GPS数据积累，统计分析某时间段内各种工况、各种道路类型下各种区间段的行驶里程，并计算该行驶里程与步骤S1对应的道路类型里程的比例；

5)将获得的各种区间段单位里程标准载荷，按照对应的道路类型里程占比、各种区间段对应的行驶里程与道路类型里程的比例，根据用户目标总里程进行时域信号拼接，获得各种工况下的目标载荷谱；

S3、将用户匀速、加速、减速和转向等工况目标载荷谱相加，得到用户可靠性目标载荷谱。

2.根据权利要求1所述的考虑道路和驾驶行为的汽车可靠性目标载荷谱构建方法，其特征在于，在匀速转向行驶工况下，又按转向形式和转向半径细分为转向类型，按转向类型细化单位里程标准载荷。