一种同步器耐久性试验方法及系统与流程
1.本发明属于汽车变速器技术领域，具体涉及一种同步器耐久性试验方法及系统。
背景技术：
2.汽车同步器作为动力总成系统中重要的传动部件，其耐久性能及换挡性能影响了汽车驾驶性能的好坏。
3.与同步器相关的耐久试验有：1）换挡性能耐久试验，试验中同步器和目标挡位存在着速差，输入轴扭矩为0n
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m，以一定换挡力及换挡时间进行挂挡，其主要验证同步器中的同步环在换挡过程中抵抗同步摩擦功的耐久能力；2）同步器接合齿圈、齿毂和花键等耐久试验，其主要验证同步器中的接合齿圈、齿毂以及花键在车辆运行时（非换挡过程中）承载驱动扭矩的耐久能力。对于同步器接合齿圈、齿毂和花键等耐久试验验证，国内变速器制造商通常采用扭矩脉冲试验或者交变试验来验证，上述试验中，并未考虑脉冲试验输入扭矩大小以及脉冲次数与整车参数的关系，即与整车质量、变速器速比以及轮胎滚动半径等的关系，另外，不同的车辆在整车耐久试验中或者实际道路驾驶中，其对于同步器产生的载荷是不同的，即对同步器造成的损伤值是不同的，进一步的，常规的扭矩脉冲试验或者交变试验，其加载的扭矩范围与整车耐久工况中同步器扭矩波动范围也不一致。
4.由此可见，上述方法无法反映同步器真实的耐久工况，所以依据目前的同步器耐久规范对同步器进行设计，存在着过设计或者设计强度不足的问题，因此，如何获取同步器真实可靠、反映整车耐久工况的同步器耐久试验方法尤为关键。
技术实现要素：
5.基于此，本发明实施例当中提供了同步器耐久性试验方法及系统，旨在解决现有技术中，传统的同步器耐久试验无法还原同步器实际的工作载荷，从而导致同步器进行设计，存在着过设计或者设计强度不足的问题。
6.本发明实施例第一方面提供了一种同步器耐久性试验方法，所述方法包括：获取输入轴扭矩和挡位信息，并进行雨流计数，得到变速箱各挡位对应的雨流载荷谱，所述雨流载荷谱包括若干雨流疲劳环；将各挡位的所述雨流载荷谱对应的各所述雨流疲劳环依次进行应力疲劳环计算和应力疲劳环转换，得到对应的脉冲应力疲劳环；将各所述脉冲应力疲劳环输入脉冲应力s-n曲线，得到各所述脉冲应力疲劳环对应的雨流疲劳环损伤值，并根据各所述雨流疲劳环损伤值，计算各挡位的雨流疲劳环总损伤值；根据各挡位的各所述雨流疲劳环损伤值和所述雨流疲劳环总损伤值，确定各挡位的目标试验重复次数以及所述目标试验重复次数对应的所述雨流疲劳环。
7.进一步的，所述获取输入轴扭矩和挡位信息，并进行雨流计数，得到变速箱各挡位对应的雨流载荷谱，所述雨流载荷谱包括若干雨流疲劳环的步骤之前包括：建立目标车型的整车动力学模型和目标试验场地的道路拓扑模型，并根据整车耐久试验规范的操作要求，控制所述整车动力学模型在所述道路拓扑模型中进行预设耐久工况仿真，得到目标仿真结果，所述目标仿真结果至少包括变速器的所述输入轴扭矩和所述挡位信息。
8.进一步的，所述将各挡位的所述雨流载荷谱对应的各所述雨流疲劳环依次进行应力疲劳环计算和应力疲劳环转换，得到对应的脉冲应力疲劳环的步骤包括：获取同步器各挡位的最大输入扭矩，并根据各所述最大输入扭矩，生成对应的应力分布云图；获取各所述应力分布云图中的最大应力点，并根据各所述最大应力点，计算各挡位各所述雨流疲劳环的应力疲劳环；根据疲劳理论，将所述应力疲劳环转换为所述脉冲应力疲劳环。
9.进一步的，所述根据各挡位的各所述雨流疲劳环损伤值和所述雨流疲劳环总损伤值，确定各挡位的目标试验重复次数以及所述目标试验重复次数对应的所述雨流疲劳环的步骤包括：获取各挡位的各所述雨流疲劳环损伤值，将各所述雨流疲劳环损伤值按照从大到小的顺序进行排序，并将所述雨流疲劳环总损伤值依次除以各所述雨流疲劳环损伤值，得到对应的试验重复次数；按顺序依次判断各挡位的各所述试验重复次数是否大于等于预设次数；若是，则将所述试验重复次数标记为所述目标试验重复次数，并停止执行所述按顺序依次判断各挡位的各所述试验重复次数是否大于等于预设次数的步骤。
10.进一步的，所述获取各所述应力分布云图中的最大应力点，并根据各所述最大应力点，计算各挡位各所述雨流疲劳环的应力疲劳环的步骤中，将所述最大应力点作为同步器的扭矩-应力的基准，并根据同步器的工作扭矩和应力的线性关系，将所述雨流疲劳环转换为所述应力疲劳环。
11.进一步的，所述根据疲劳理论，将所述应力疲劳环转换为所述脉冲应力疲劳环的步骤中，转换公式可以表示为：其中，为转换后的脉冲应力幅值，m为转换系数，为转换前的应力幅值，为任意疲劳环的应力均值，为任意疲劳环的应力幅值，为任意疲劳环和下的r值，为目标脉冲应力疲劳环的r值。
12.进一步的，所述将各所述脉冲应力疲劳环输入脉冲应力s-n曲线，得到各所述脉冲
应力疲劳环对应的雨流疲劳环损伤值，并根据各所述雨流疲劳环损伤值，计算各挡位的雨流疲劳环总损伤值的步骤中，计算公式可以表示为：其中，为材料疲劳试验时的应力值，为在材料疲劳试验时的应力值下材料发生疲劳失效的循环次数，为转换后的各脉冲疲劳环的应力值，为在各脉冲疲劳环的应力值下材料发生疲劳失效的循环次数，ni为在各脉冲疲劳环的应力值下所统计的脉冲应力疲劳环的循环次数，m为材料疲劳系数，为在转换后的各脉冲疲劳环的应力值下材料的雨流疲劳环损伤值，d为同一挡位所有雨流疲劳环损伤值之和。
13.本发明实施例第二方面提供了一种同步器耐久性试验系统，所述系统包括：获取模块，用于获取输入轴扭矩和挡位信息，并进行雨流计数，得到变速箱各挡位对应的雨流载荷谱，所述雨流载荷谱包括若干雨流疲劳环；脉冲应力疲劳环确定模块，用于将各挡位的所述雨流载荷谱对应的各所述雨流疲劳环依次进行应力疲劳环计算和应力疲劳环转换，得到对应的脉冲应力疲劳环；损伤值计算模块，用于将各所述脉冲应力疲劳环输入脉冲应力s-n曲线，得到各所述脉冲应力疲劳环对应的雨流疲劳环损伤值，并根据各所述雨流疲劳环损伤值，计算各挡位的雨流疲劳环总损伤值；载荷确定模块，用于根据各挡位的各所述雨流疲劳环损伤值和所述雨流疲劳环总损伤值，确定各挡位的目标试验重复次数以及所述目标试验重复次数对应的所述雨流疲劳环。
14.本发明实施例的第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面所述的同步器耐久性试验方法。
15.本发明实施例的第四方面提供了一种同步器耐久性试验设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所述的同步器耐久性试验方法。
16.综上，本发明通过获取输入轴扭矩和挡位信息，并进行雨流计数，得到变速箱各挡位对应的雨流载荷谱，并分别计算各挡位对应的雨流载荷谱的损伤，再根据各挡位的雨流载荷信息特点，以及损伤等效理论对试验进行加速，分别确定各个挡位的目标试验重复次数以及目标试验重复次数对应的雨流疲劳环，极大缩短了试验验证时长，并为同步器的强度设计提供了重要的指导依据，有效的避免了目前采用常规的扭矩脉冲试验或者交变试验，从而导致同步器的强度设计不足引起整车耐久过程中同步器失效的问题。
附图说明
17.图1是本发明提供的一种同步器耐久性试验方法的实现流程图；图2是本发明提供的一种同步器耐久性试验系统的结构框图；图3是本发明提供的一种同步器耐久性试验设备的示意图。
18.以下具体实施方式将结合上述附图进一步说明。
具体实施方式
19.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
20.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
21.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
22.实施例一请参阅图1，图1示出了本发明第一实施例提供的一种同步器耐久性试验方法，所述方法具体包括步骤s01至步骤s04。
23.步骤s01，获取输入轴扭矩和挡位信息，并进行雨流计数，得到变速箱各挡位对应的雨流载荷谱，所述雨流载荷谱包括若干雨流疲劳环。
24.其中，为了获得各挡位的同步器在整车耐久试验中输入轴扭矩以及挡位随时间变化的历程，需要预先建立目标车型的整车动力学模型和目标试验场地的道路拓扑模型，整车动力学模型中至少包括发动机模型、变速器模型、轮胎模型和整车模型，而道路拓扑模型中至少包括试验场长度、坡度、坡长、转弯半径和速度限制等信息。
25.当目标车型的整车动力学模型和目标试验场地的道路拓扑模型建立完毕后，根据整车耐久试验规范的操作要求，控制整车动力学模型在道路拓扑模型中进行预设耐久工况仿真，得到目标仿真结果，目标仿真结果至少包括变速器的输入轴扭矩和挡位信息。
26.具体的，将变速器的输入轴扭矩和挡位信息通过雨流计数法，得到变速箱各个挡位的雨流载荷谱，雨流载荷谱包括若干雨流疲劳环，即雨流载荷谱由若干雨流疲劳环组成，其中，雨流计数法的主要功能是把实测载荷历程简化为若干个载荷循环，供疲劳寿命估算和编制疲劳试验载荷谱使用，进一步的，由于得到的各个挡位的雨流载荷谱中包含了大量不同应力幅值和均值的疲劳环，且有些疲劳环损伤非常小，但循环次数较多，若未经处理而采用这些雨流载荷谱直接进行试验，将花费大量时间。
27.步骤s02，将各挡位的所述雨流载荷谱对应的各所述雨流疲劳环依次进行应力疲劳环计算和应力疲劳环转换，得到对应的脉冲应力疲劳环。
28.需要说明的是，由于统计的各个挡位的雨流疲劳环的扭矩幅值和均值各不相同，
疲劳环种类繁多，如果采用有限元软件分别计算这些疲劳环的损伤，将花费大量时间在仿真计算上，因此，为了节省计算时间，采用有限元软件计算各挡同步器在各挡最大输入扭矩时的应力分布云图，并选择各挡同步器的应力云图中的最大应力点，可以理解的，该点即为各挡同步器工作的薄弱点，将该点作为该同步器的扭矩-应力的基准点。另外，考虑到同步器在受力工况中，其受到的应力处于材料的弹性变形区间，可以近似认为同步器的工作扭矩和应力呈线性关系，因此，根据有限元软件计算得到的扭矩-应力基准点，计算各挡各个扭矩疲劳环对于同步器薄弱点的应力疲劳环。
29.具体的，由于计算出的应力疲劳环不是标准的对称循环应力或者脉冲应力，无法通过标准的材料s-n曲线计算其损伤，因此，根据疲劳理论将各挡的所有的应力疲劳环，转换为脉冲应力疲劳环，转换公式可以表示为：其中，为转换后的脉冲应力幅值，该转换后的脉冲应力幅值可在脉冲应力疲劳环中体现，m为转换系数，为转换前的应力幅值，该转换前的应力幅值可在应力疲劳环中体现，为任意疲劳环的应力均值，为任意疲劳环的应力幅值，为任意疲劳环和下的r值，为目标脉冲应力疲劳环的r值。
30.步骤s03，将各所述脉冲应力疲劳环输入脉冲应力s-n曲线，得到各所述脉冲应力疲劳环对应的雨流疲劳环损伤值，并根据各所述雨流疲劳环损伤值，计算各挡位的雨流疲劳环总损伤值。
31.其中，计算公式可以表示为：其中，为材料疲劳试验时的应力值，为在材料疲劳试验时的应力值下材料发生疲劳失效的循环次数，为转换后的各脉冲疲劳环的应力值，为在各脉冲疲劳环的应力值下材料发生疲劳失效的循环次数，ni为在各脉冲疲劳环的应力值下所统计的脉
冲应力疲劳环的循环次数，m为材料疲劳系数，为在转换后的各脉冲疲劳环的应力值下材料的雨流疲劳环损伤值，d为同一挡位所有雨流疲劳环损伤值之和。
32.步骤s04，根据各挡位的各所述雨流疲劳环损伤值和所述雨流疲劳环总损伤值，确定各挡位的目标试验重复次数以及所述目标试验重复次数对应的所述雨流疲劳环。
33.在本实施例当中，根据损伤等效原理进行试验加速，选择各挡位单次雨流损伤最大的疲劳环作为台架目标试验载荷，通过与各个挡位同步器的总损伤之比，确定各个挡位的试验重复次数，可以理解的，获取各挡位的各雨流疲劳环损伤值，将各雨流疲劳环损伤值按照从大到小的顺序进行排序，并将雨流疲劳环总损伤值依次除以各雨流疲劳环损伤值，得到对应的试验重复次数，再按顺序依次判断各挡位的各试验重复次数是否大于等于预设次数，其中，预设次数为10000次，避免试验落入低周疲劳试验区间，导致试验结果离散程度较大，若试验重复次数小于预设次数，则选择单次雨流损伤第二大的疲劳环作为台架目标试验载荷，判断试验重复次数是否满足要求，如果该试验重复次数依然小于预设次数，则重复该步骤选择损伤第3,4
…
m大的疲劳环作为台架目标试验载荷，直至满足试验重复次数是否大于等于预设次数为止。最终所获得的各个挡位的单次试验载荷以及对应的试验重复次数即为同步器台架耐久试验载荷谱，可根据该载荷谱进行同步器的强度设计。
34.综上，本发明上述实施例当中的同步器耐久性试验方法，通过获取输入轴扭矩和挡位信息，并进行雨流计数，得到变速箱各挡位对应的雨流载荷谱，并分别计算各挡位对应的雨流载荷谱的损伤，再根据各挡位的雨流载荷信息特点，以及损伤等效理论对试验进行加速，分别确定各个挡位的目标试验重复次数以及目标试验重复次数对应的雨流疲劳环，极大缩短了试验验证时长，并为同步器的强度设计提供了重要的指导依据，有效的避免了目前采用常规的扭矩脉冲试验或者交变试验，从而导致同步器的强度设计不足引起整车耐久过程中同步器失效的问题。
35.实施例二请参阅图2，图2是本发明实施例提供的一种同步器耐久性试验系统的结构框图，同步器耐久性试验系统200包括：获取模块21、脉冲应力疲劳环确定模块22、损伤值计算模块23以及载荷确定模块24，其中：获取模块21，用于获取输入轴扭矩和挡位信息，并进行雨流计数，得到变速箱各挡位对应的雨流载荷谱，所述雨流载荷谱包括若干雨流疲劳环；脉冲应力疲劳环确定模块22，用于将各挡位的所述雨流载荷谱对应的各所述雨流疲劳环依次进行应力疲劳环计算和应力疲劳环转换，得到对应的脉冲应力疲劳环；损伤值计算模块23，用于将各所述脉冲应力疲劳环输入脉冲应力s-n曲线，得到各所述脉冲应力疲劳环对应的雨流疲劳环损伤值，并根据各所述雨流疲劳环损伤值，计算各挡位的雨流疲劳环总损伤值，其中，计算公式可以表示为：
其中，为材料疲劳试验时的应力值，为在材料疲劳试验时的应力值下材料发生疲劳失效的循环次数，为转换后的各脉冲疲劳环的应力值，为在各脉冲疲劳环的应力值下材料发生疲劳失效的循环次数，ni为在各脉冲疲劳环的应力值下所统计的脉冲应力疲劳环的循环次数，m为材料疲劳系数，为在转换后的各脉冲疲劳环的应力值下材料的雨流疲劳环损伤值，d为同一挡位所有雨流疲劳环损伤值之和；载荷确定模块24，用于根据各挡位的各所述雨流疲劳环损伤值和所述雨流疲劳环总损伤值，确定各挡位的目标试验重复次数以及所述目标试验重复次数对应的所述雨流疲劳环。
36.进一步的，在本发明一些可选实施例当中，同步器耐久性试验系统200还包括：模型建立模块，用于建立目标车型的整车动力学模型和目标试验场地的道路拓扑模型，并根据整车耐久试验规范的操作要求，控制所述整车动力学模型在所述道路拓扑模型中进行预设耐久工况仿真，得到目标仿真结果，所述目标仿真结果至少包括变速器的所述输入轴扭矩和所述挡位信息。
37.进一步的，在本发明一些可选实施例当中，所述脉冲应力疲劳环确定模块22包括：获取单元，用于获取同步器各挡位的最大输入扭矩，并根据各所述最大输入扭矩，生成对应的应力分布云图；应力疲劳环计算单元，用于获取各所述应力分布云图中的最大应力点，并根据各所述最大应力点，计算各挡位各所述雨流疲劳环的应力疲劳环，其中，将所述最大应力点作为同步器的扭矩-应力的基准，并根据同步器的工作扭矩和应力的线性关系，将所述雨流疲劳环转换为所述应力疲劳环；转换单元，用于根据疲劳理论，将所述应力疲劳环转换为所述脉冲应力疲劳环，其中，转换公式可以表示为：其中，为转换后的脉冲应力幅值，m为转换系数，为转换前的应力幅值，为任意疲劳环的应力均值，为任意疲劳环的应力幅值，为任意疲劳环和
下的r值，为目标脉冲应力疲劳环的r值。
38.进一步的，在本发明一些可选实施例当中，所述载荷确定模块24包括：试验重复次数计算单元，用于获取各挡位的各所述雨流疲劳环损伤值，将各所述雨流疲劳环损伤值按照从大到小的顺序进行排序，并将所述雨流疲劳环总损伤值依次除以各所述雨流疲劳环损伤值，得到对应的试验重复次数；判断单元，用于按顺序依次判断各挡位的各所述试验重复次数是否大于等于预设次数；标记单元，用于当按顺序依次判断各挡位的各所述试验重复次数大于等于预设次数时，则将所述试验重复次数标记为所述目标试验重复次数，并停止执行所述按顺序依次判断各挡位的各所述试验重复次数是否大于等于预设次数的步骤。
39.综上，本发明上述实施例当中的同步器耐久性试验系统，通过获取输入轴扭矩和挡位信息，并进行雨流计数，得到变速箱各挡位对应的雨流载荷谱，并分别计算各挡位对应的雨流载荷谱的损伤，再根据各挡位的雨流载荷信息特点，以及损伤等效理论对试验进行加速，分别确定各个挡位的目标试验重复次数以及目标试验重复次数对应的雨流疲劳环，极大缩短了试验验证时长，并为同步器的强度设计提供了重要的指导依据，有效的避免了目前采用常规的扭矩脉冲试验或者交变试验，从而导致同步器的强度设计不足引起整车耐久过程中同步器失效的问题。
40.实施例三本发明另一方面还提出一种同步器耐久性试验设备，请参阅图3，所示为本发明第三实施例当中的同步器耐久性试验设备的示意图，包括存储器20、处理器10以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序30，所述处理器10执行所述计算机程序30时实现如实施例一所述的同步器耐久性试验方法。
41.其中，处理器10在一些实施例中可以是中央处理器（central processing unit, cpu）、控制器、微控制器、微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器20中存储的程序代码或处理数据，例如执行访问限制程序等。
42.其中，存储器20至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器（例如，sd或dx存储器等）、磁性存储器、磁盘、光盘等。存储器20在一些实施例中可以是同步器耐久性试验设备的内部存储单元，例如该同步器耐久性试验设备的硬盘。存储器20在另一些实施例中也可以是同步器耐久性试验设备的外部存储装置，例如同步器耐久性试验设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡（smart media card, smc），安全数字（secure digital, sd）卡，闪存卡（flash card）等。进一步地，存储器20还可以既包括同步器耐久性试验设备的内部存储单元也包括外部存储装置。存储器20不仅可以用于存储同步器耐久性试验设备的应用软件及各类数据，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
43.需要指出的是，图3示出的结构并不构成对同步器耐久性试验设备的限定，在其它实施例当中，该同步器耐久性试验设备可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
44.本发明实施例还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序
被处理器执行时实现如实施例一所述的同步器耐久性试验方法。
45.本领域技术人员可以理解，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
46.计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（ram），只读存储器（rom），可擦除可编辑只读存储器（eprom或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（cdrom）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
47.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或它们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（pga），现场可编程门阵列（fpga）等。
48.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
49.以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
