[发明专利]一种汽车前大灯结构疲劳寿命分析方法

说明书

技术领域

本发明属于汽车测试技术，具体涉及一种汽车前大灯结构疲劳寿命分析方法。

背景技术

随着汽车市场竞争的日益激励，各汽车厂家对车辆的疲劳寿命问题越来越重视。汽车前大灯作为车辆的主要照明设备，其结构可靠性，直接影响车辆的操纵性和安全性。目前，车灯结构在设计初期主要考虑与整车的装配关系以及光学性能的实现，只在产品验证阶段通过试验对其寿命进行评估，缺少足够的手段在设计阶段来预测其疲劳寿命，市场上因疲劳破坏产生的前大灯故障较多。

前大灯在车辆行驶过程中受到车身传递来的随机载荷，主要有开灯和不开灯两种典型工况，在这两种工况下，灯体内部的温度分布差异很大。同时，前大灯还要接受来自发动机的热辐射，季节变化导致环境温度也有很大的差异。前大灯壳体和内部支架大部分都采用塑料材料，其材料性能对温度十分敏感，计算前大灯的疲劳寿命时，必须综合考虑温度对材料性能的影响。

大型有限元模型无法处理长时间的时域信号，需要对时域信号进行简化，而且如何保证简化后载荷的准确度一直是个难题。目前，对于随机载荷的疲劳计算通常将时域信号转化为频域信号，并利用基于功率谱密度(Power spectral Density，PSD)载荷谱的传递函数法来求解，这种方法无法考虑温度变化对结构的影响，有很大的局限性，用来计算前大灯的疲劳寿命准确度较低。对前大灯进行模态分析，发现结构的固有频率远大于激励载荷频率，前大灯不存在动态结构响应，基于这个特点，本发明提供了一种新的汽车前大灯结构疲劳寿命分析方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车前大灯结构疲劳寿命分析方法，能在设计阶段预测汽车前大灯的疲劳寿命。 

本发明所述的汽车前大灯结构疲劳寿命分析方法，包括以下步骤：

步骤1、前大灯机械载荷处理

1a、路谱数据采集与校正

在前大灯与车身连接处安装三向振动加速度传感器，按试验场整车道路可靠性试验的路段要求，采集不同级别路面的组合路谱，并对路谱数据进行校正，消除数据中的奇异点和因系统性干扰因素引起的趋势项；

1b、对校正后的路谱进行简化、校准

保留数据中的峰值载荷的特征，对低于疲劳极限的载荷进行等效处理，将简化前后的路谱信号利用傅里叶变换转化为频域的功率谱密度信号并进行对比和校准，直到路谱简化后和简化前的功率谱密度信号的均方根值误差满足要求，则该简化后的路谱为等效路谱；

步骤2、前大灯热载荷的处理：分别模拟冬季和夏季的环境温度，对前大灯开灯与不开灯两种工况下的内部温度场进行仿真，得到四种情况下的前大灯温度场数据；再结合通过市场调研结果确定开灯和不开灯的时间比例，建立温度场组合数据；

步骤3、热机耦合疲劳寿命分析：建立前大灯总成有限元模型，输入各零部件热物性和力学特性，对各结构之间相互接触和装配关系进行定义，导入步骤2计算得到的温度场组合数据，施加步骤1b所得的等效路谱进行激励，计算一个循环内车灯总成结构的热机耦合应力应变响应，将计算得到的结构热机耦合应力应变数据导入疲劳分析软件中，设置材料的疲劳属性，指定前面分析的时间段内的热机耦合应力场为一个寿命循环载荷，通过计算得到前大灯热机疲劳寿命。

所述步骤2中的环境温度数据分别通过冬季整车道路试验和夏季整车道路试验采集得到；

使用热学分析软件分别得到考虑环境温度仿真分析前大灯关闭状态下的温度场分布，以及考虑环境温度与灯泡热辐射仿真分析前大灯开启状态下的温度分布。 

所述步骤1a中，使用高通滤波法、平衡偏斜法和最小二乘法对采集的路谱数据进行校正。

所述步骤1b中，路谱简化后和简化前的功率谱密度信号的均方根值误差在10%以内。

本发明具有以下优点：能够在设计阶段预测车辆前大灯的疲劳寿命，与在产品验证阶段通过试验验证相比，能够节约成本、缩短研发周期，提前寻找导致前大灯结构疲劳寿命低的危险位置，为设计阶段的结构优化和改进提供依据。 

附图说明

图1是本发明的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示的汽车前大灯结构疲劳寿命分析方法，包括以下步骤：

步骤1、前大灯机械载荷处理