輕型柴油車排氣系統(tǒng)路譜采集方法

劉宇 趙挺 張海沖 涂紫鵬

摘要： 排氣系統(tǒng)是整車上的關(guān)鍵零部件，用于處理尾氣有毒物質(zhì)達(dá)到凈化尾氣的目的，同時(shí)排氣系統(tǒng)也是一個(gè)比較龐大的零部件，特別是滿足國六法規(guī)的排氣系統(tǒng)部件更加復(fù)雜，比如GPF，DPF，SCR等等，系統(tǒng)的重量也增加了不少，對于系統(tǒng)的耐久也提出了更高的要求。

Abstract： The exhaust system is a key part of the vehicle， which is used to treat the toxic substances in the exhaust gas to achieve the purpose of purifying the exhaust gas. At the same time， the exhaust system is also a relatively large part， especially the exhaust system which meets the national six regulations is more complex， such as GPF， DPF， SCR， etc.， and the weight of the system has also increased a lot. It also puts forward higher requirements for the durability of the system.

關(guān)鍵詞： 輕型柴油車;排氣系統(tǒng);路譜采集

Key words： light diesel vehicle;exhaust system;road load data acquisition

中圖分類號：U469.74? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）23-0034-02

0? 引言

整車廠在汽車上市前，對產(chǎn)品所能承受載荷的了解是非常重要的，因此要進(jìn)行道路載荷數(shù)據(jù)采集（RLDA）的測試，通過獲得車輛在實(shí)際試驗(yàn)場或公路中行駛的載荷信息，為整車臺架道路模擬試驗(yàn)提供目標(biāo)信號輸入，用于車輛開發(fā)中的設(shè)計(jì)和仿真分析。采集在各個(gè)強(qiáng)化路況下，關(guān)鍵零部件的載荷情況，來驗(yàn)證零部件可靠性。RLDA測試需要采集實(shí)際路況下的踏板力、ICP（IEPE）振動傳感器、應(yīng)變、視頻、溫度、GPS、位移、車輛總線等數(shù)據(jù)。RLDA測試作為一項(xiàng)復(fù)雜的工作，面臨如下挑戰(zhàn)：設(shè)備多，安裝困難，數(shù)據(jù)采集不同步，數(shù)據(jù)采樣頻率高，數(shù)據(jù)存儲困難，數(shù)據(jù)需要遠(yuǎn)距離傳輸，數(shù)據(jù)分析繁瑣，測試環(huán)境多樣。采用的IPETRONIK可以提供采集模塊、記錄儀、采集和分析軟件、傳感器設(shè)備，測試系統(tǒng)如下所示。測量模塊單通道采樣頻率高達(dá)100kHz，支持實(shí)時(shí)以太網(wǎng)與記錄儀IPElog2連接。記錄儀IPElog2同步采集各種信號，并存儲數(shù)據(jù)，通過無線通信，手機(jī)或顯示器可實(shí)時(shí)顯示采集的數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^WIFI或4G通訊，將測試數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器中。

1? 適用范圍

目前行業(yè)內(nèi)各主機(jī)廠對排氣系統(tǒng)關(guān)鍵零部件都會有耐久考核，標(biāo)準(zhǔn)各異，目的都是驗(yàn)證設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)可靠性。一般對排氣系統(tǒng)的耐久臺架考核耗費(fèi)的資源和費(fèi)用都比較高，如何對系統(tǒng)耐久相關(guān)的評價(jià)中更加符合實(shí)際道路，規(guī)避考核標(biāo)準(zhǔn)低或過度考核帶來的不利影響，提供一種路譜采集方法并可實(shí)施在系統(tǒng)臺架耐久中，以期節(jié)省一部分臺架資源和費(fèi)用并對汽車行業(yè)排氣系統(tǒng)耐久考核提供借鑒和參考。如何開展排氣系統(tǒng)的路譜采集（以下簡稱RLDA），其中包括路譜應(yīng)變測試和路譜加速度測試兩部分。RLDA的目標(biāo)主要是測量排氣系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)的載荷（加速度或應(yīng)變），采集得到的路譜數(shù)據(jù)主要用于排氣系統(tǒng)的疲勞耐久分析。

2? 原則

路譜應(yīng)變測試主要測量排氣系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)如進(jìn)出口焊縫、吊鉤、Y連接焊縫等的應(yīng)變負(fù)荷，試驗(yàn)場采集到的應(yīng)變數(shù)據(jù)可以通過標(biāo)定轉(zhuǎn)換成所受的力或者彎矩。針對試驗(yàn)場采集的應(yīng)變數(shù)據(jù)一般通過疲勞理論計(jì)算出每個(gè)關(guān)鍵位置的等效目標(biāo)壽命。然后將采集得到的路譜等效目標(biāo)壽命與液壓疲勞試驗(yàn)所得的疲勞極限值做計(jì)較，疲勞極限值應(yīng)該大于路譜等效目標(biāo)壽命乘以相應(yīng)的安全系數(shù)。

路譜加速度測試主要測量排氣系統(tǒng)一些關(guān)鍵位置的加速度，用于后期的分析。因?yàn)橐话闶褂玫氖浅貍鞲衅鳎渌艹惺艿淖罡邷囟葹?00℃左右，所以對于溫度較高的測量點(diǎn)，必須布置冷卻水套給加速度傳感器降溫。

3? 試驗(yàn)準(zhǔn)備

①確定排氣系統(tǒng)安裝邊界并確認(rèn)改旁通方案，協(xié)調(diào)生產(chǎn)工裝并著手樣件旁通改制。

②關(guān)鍵位置（吊鉤和焊縫）的打磨、去油去脂等前處理，為應(yīng)變片的粘貼提供一個(gè)光滑、干凈的粘貼面，如圖1～圖3所示。

③應(yīng)變片的粘貼、接線端子的粘貼、接線等。

④應(yīng)變片的封裝，包括應(yīng)變片表面和接線端子的涂膠、包裝等工作。

分別在距離焊縫邊緣2mm左右分別布置，布置位置如圖2示意為+Z、-Z、+Y、-Y四個(gè)方向，四個(gè)方向均采用1/4橋布置。其他位置也均采用這種方案。

在相應(yīng)位置布置一個(gè)限位塊，應(yīng)變片布置吊鉤的+Z向。

分別在距離焊縫邊緣2mm左右分別布置，布置位置如圖3示意為+Z、-Z、+Y、-Y四個(gè)方向，四個(gè)方向均采用1/4橋布置。

4? 試驗(yàn)路況：比利時(shí)路（典型壞路）如圖4

5? 開始試驗(yàn)

①到達(dá)試驗(yàn)現(xiàn)場后確定行車方案。

②RLDA樣件的更換，連上設(shè)備檢查通訊是否正常。

③如需布置加速度傳感器，在溫度較高的測點(diǎn)一定要布置冷卻水套。測試前也應(yīng)該檢查通訊是否正常。

④按照確定好的行車方案隨車測試，盡量確保試驗(yàn)規(guī)范上的所有路況數(shù)據(jù)均采集到（涉水路不采集）。

⑤試驗(yàn)完畢，更換成原車樣件后將RLDA樣件打包發(fā)回，以備后期分析。

6? 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理對于后期疲勞性能的準(zhǔn)確判斷性尤為重要，首先需要檢查各個(gè)通道、各個(gè)路況信號是否有異常，對于異常信號，通過毛刺濾波、漂移糾正等手段使信號恢復(fù)真實(shí)性。除此以外，對于排氣系統(tǒng)冷端，所受到的可產(chǎn)生損傷的激勵通常來自于地面的傳遞，地面?zhèn)鬟f至排氣系統(tǒng)冷端的載荷頻率通常小于50Hz，因此還需要對系統(tǒng)信號進(jìn)行低通濾波。

采集各點(diǎn)不同車速下的應(yīng)力數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如圖5。

7? 結(jié)論

排氣系統(tǒng)可靠性問題以吊鉤、焊縫等薄弱部位的疲勞斷裂為主，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，利用數(shù)采設(shè)備對整車進(jìn)行道路譜載荷統(tǒng)計(jì)，再對載荷譜進(jìn)行后處理及統(tǒng)計(jì)，可很好地了解產(chǎn)品在整車耐久路試中所需要承受的載荷，同時(shí)配合零部件級別的疲勞試驗(yàn)，可在設(shè)計(jì)階段快速考核產(chǎn)品疲勞性能。本文提供了一種實(shí)際道路排氣系統(tǒng)路譜采集方法，采取的是典型的壞路工況，并實(shí)際采集了在此壞路工況下應(yīng)力數(shù)據(jù)，對于排氣系統(tǒng)后續(xù)的耐久考核定義的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)有重要的指導(dǎo)意義，數(shù)據(jù)來源客觀真實(shí)，耐久考核后的結(jié)果將真實(shí)反映設(shè)計(jì)方案是否達(dá)標(biāo)。對于疲勞性能不達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品，可通過及時(shí)更改零部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度來滿足產(chǎn)品耐久性能。相比于仿真分析，這種試驗(yàn)對標(biāo)的方法更符合實(shí)際，對客戶更具有說服力;相比于整車耐久路試，這種方法成本低，周期短，可大大節(jié)省前期設(shè)計(jì)驗(yàn)證所耗費(fèi)的人力、物力資源，也可以推廣到除排氣系統(tǒng)以外的其他汽車部件，同時(shí)采集到的數(shù)據(jù)可以形成汽車廠家的數(shù)據(jù)庫以備今后的數(shù)據(jù)積累分析進(jìn)一步降低試驗(yàn)成本。

參考文獻(xiàn)：

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