基于环境舱温度补偿的转向高压油管冬季试验方法研究
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・试验测试・ 基于环境舱温度补偿的转向高压油管 冬季试验方法研究
范韬王晖武文超王海沛 (泛亚汽车技术中心有限公司)
【摘要】通过对环境温度以及转向高压油管性能的分析,提出了基于环境舱温度补偿的转向高压油管冬季试验方法。 该试验将低温环境舱与道路试验相结合,可以对错失自然环境冬季试验周期的相关零件进行有效验证。试验结果表明,利 用环境舱温度补偿方法进行的转向高压油管冬季试验,与在真实低温环境下进行的冬季试验具有很好的相关性。 主题词:转向高压油管冬季试验环境舱温度补偿 中图分类号:U467.1*5文献标识码:A文章编号:1000—3703(2015)10—0048—04 Cold Weather Test Method Research of High Pressure Steering Oil Hose Based on Temperature Compensation in Environmental Chamber Fan Tao,Wang Hui,Wu Wenchao,Wang Haipei (Pan Asia Technical Automotive Center Co.,Ltd) 【Abstract]According to the analysis of the ambient temperature and the performance of the high pressure steering oil hose,a winter test method of the high pressure steering oil hose is proposed based on temperature compensation of environment chamber.This test method combines the low temperature environmental chamber with road test to verify the components which miss the winter test cycles.The test results show that the winter test of high temperature steering oil pipe with environmental chamber temperature compensation has good correlation with winter test under real low temperature environment. Key words:High Pressure Steering Oil Hose,Winter Tes,Environmental Chamber,Tempera— ture Compensation
1前言 在整车研发过程中,经常会遇到整车开发试验周期 与冬季耐候性试验认证周期存在差异的情况,因此需要 研究一种特殊的试验方法以对整车或零部件进行冬季 认证试验。为此,本文以转向高压油管为例,研究了基 于环境舱温度补偿的冬季试验方法,有效解决了上述问 题,满足了对相关零部件的认证要求。
2转向高压油管特性 转向高压油管是液压助力转向系统的重要管路,在 冬季环境下承受着较大的系统工作压力,也是易发生转 向液渗漏问题之处u.z-。高压油管由多层材料构成,其 最内层、中间层及最外层均为橡胶层,每两层橡胶层之 间各有1层加强层(编织层) ・ 。 48-
根据某车型的设计需求,其转向系统工作压力约为 8.3 MPa,工作温度约为一40—135℃,瞬时温度为 150℃,因此其转向高压油管的橡胶层选用氯磺化聚乙 烯橡胶CSM(Chloro Sulfonated Polyethylene Rubber),编 织层选用尼龙PA66(Nylon),如图1所示。CSM的化学 结构完全饱和,具有优异的耐候性、耐热性、难燃性、耐 磨性等,在一30℃低温条件下具有一定屈挠性 。t。
图1转向高压油管 该车转向系统使用DEXRON某型油液作为转向
汽车技术 ・试验测试・ 油,其低温粘度特性用布氏粘度进行描述,图2为其 布氏粘度与温度关系曲线。由图2可看出,布氏粘度 在一40—20℃时变化明显。因布氏粘度越高,转向系统 工作时转向高压油管内的压力越大,越容易出现质量缺 陷,所以应重点考核转向高压油管在一40—20℃时的耐 低温特性。 吕 妊 图2 DEXRON某型转向油布氏粘度一温度曲线 3冬季试验与环境温度 为得到基于环境舱温度补偿的转向高压油管冬季 试验认证方法,以充分验证其耐低温性能,需要对整车 冬季试验规范以及试验环境温度进行分析。 3.1整车冬季试验规范 冬季耐候性试验是利用低温及天然的冰雪路面,对 车辆进行低温起动、除霜除雾、冷热冲击、路面颠簸或振 动等方面的测试 1,以考核整车耐低温性能。整车冬季 试验约持续2个多月,要按一定规范比例执行环境温度 低于一20℃和一30℃ 的试验规范。整个试验规范由一 些子规范组成,目的是用来模拟客户实际的使用状况, 如两地之间的长距离行驶、颠簸路面行驶或城市道路行 驶等。每个子规范试验之间穿插整车静置来模拟客户 日常用车行为。 3.2环境温度分析 我国比较典型的冬季试验场位于黑龙江省的黑河 市,图3为2009年~2013年黑河市冬季气温分布。从 图3可看出,每年11月下旬到次年2月底为日平均气 温≤一20℃的严寒时段,约100天左右;一年中约40天左 右最低温度≤一30 cc。 图3黑河市2009年~2013年冬季温度分布曲线 整车冬季试验要求环境温度分布于低于一3O℃、一 30—20℃等几个区间 I。根据黑河市某地区温度实测 统计,2012年~2013年度出现一30℃及低于一30℃的天 数、每天持续的时间如图4所示,平均约为4.5 h/天。由 2015年第10期 图4可看出,在温度低于一30℃的时间段内,平均降温速 率为1 ̄C/51 min,即每3 h平均降温3.5℃,4 h平均降温 4.7 oC。 i持续时间 一当日最低温度 1 4~i- -I -2
E 日期 图4 2012年~2013年黑河市某地区最低温度分析结果 根据图3的数据可知,从3月中旬开始环境最低温
度总体呈上升趋势,可达一15℃以上,此时对整车零部 件耐低温性能的考核效果减弱,为保证试验车辆交付周 期,需要用环境舱进行温度补偿,以便能够继续对整车 及零部件耐低温性能进行验证。 4环境舱温度补偿试验方法 4.1低温环境舱 试验采用的某型低温环境舱的最大功率为66 kW, 降温速率如表1所列。 表1某型低温环境舱降温速率 温度区间/℃ 温度下降时间 由25降至一40 65 min内(空载) 由25降至一30 120min内(负载2000 kg,无发热) 由25降至一40 150min内(负载2000 kg,无发热) 由一30降至一4O 40min内(负载2000 kg,无发热)
根据历年黑河市某地区温度统计结果,设定环境 舱内最低温度为一35℃,实测该环境舱的降温情况如 图5所示。由图5可看出,环境舱第1次开启时,由于 环境舱内温度基本与室外温度一致,因此降温至一 35℃所需时间偏长。当车辆完成静置并出舱执行完 试验子规范再次人舱静置后,虽然发动机散发余热,但 由于环境舱具有一定的保温作用,每次重新启动比初 次启动可提前30 min左右降温至一35 c《=。实测第1次 进舱降温速率为0.26%/min,后续进舱的降温速率约为 0.18 ̄/min 0 一l0
-20 赠
-30
40 50 6O 70 8O 9O 100 110 120
时间/min
图5低温环境舱实际降温速率曲线
-49
赠 ・试验测试・ 低温环境舱与室外环境温度降温速率对比如表2 所列。由表2可知,受发动机余热的影响,环境舱的降 温速率小于无热源时的降温速率,但是远大于室外环境 温度的降温速率。根据整车实际进舱降温速率统计,试 验车辆在进舱1 h;E右舱内温度可达一35℃。 表2环境舱与室外环境温度降温速率对比 环境舱 室外 负载2 000 kg 负载2 000 kg 实际负 实际负 环境 空载 无发热 无发热 载发热 载发热 +25~-40 oC 一30~-40℃ -7~-35℃ 一20--35 qC 0.02℃ 1℃ 0.43℃ 0.25℃ O_26℃ 0.18℃ /mln /min /min /min /nlin /min 4.2试验流程 对比整车冬季试验方法,鉴于该试验重点考核转向 高压油管的冬季耐低温性能,依据对转向高压油管、环 境舱及自然环境温度的分析,制定环境舱温度补偿试验 流程。试验时,首先将车辆静置在环境舱内模拟自然环 境的静置,补偿自然环境不能达到温度要求的静置规 范。完成静置后,在环境舱内起动车辆并立即左、右转 向到下止点,当转向油布氏粘度最大、转向高压管内压 力最高时考核转向高压油管性能。在环境舱外,重点执 行转向工作频次高、强度大的规范,有针对性地对转向 高压油管进行考核。试验完成后,将试验结果进行对 比,判断该温度补偿方法是否可行。环境舱温度补偿试 验流程如图7所示。 图6环境舱温度补偿试验流程 4.3补偿温度设定 基于整车冬季试验的温度要求,转向高压油管冬 季试验温度补偿需要设定的最低温度(黑河市某地区 自然环境能够达到的平均最低温度的最大概率)可以 一50一 通过Weibul1分布概率理论计算得出。Weibul1分布是 可靠性分析及寿命检验的理论基础,Weibul1分布能 通过不同的参数拟合出各种概率曲线,包含多种不同 的典型分布,如正态分布、指数分布、伽玛分布、瑞莱 分布等 “1。 图7为黑河市某地区历年最低平均温度数据,以1 月份温度数据为例,运用最大似然估计(式(1))以及完 整似然函数(式(2)),可推算出1月份最低平均温度符 合两参数Weibul1分布概率密度函数(式(3))。
牛1坩 图7黑河市某地区历年最低平均气温分布曲线
L(o。, :,…,0 …, )=兀/( , ,…,0 ) (1)
=n 。厂( ;日 …,0 )・H 。1一F( ;日 …,0 )]・ 兀 (,f.; ,… )一F( ; ,…训 (2) ): (3) 图8为根据Weibull软件分析出的1月份平均最低 温度的概率分布,直方图表示平均最低温度出现频次, 曲线是依据频次拟合出的平均最低温度概率密度分 布。依据概率密度函数,推算出1月份黑河市某地区平 均最低气温出现一35℃的可能性为99%。
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