x-Powertrain流程包新版本发布及车辆传动系统载荷谱外推功能介绍

     车辆动力总成及传动系统的耐久性试验验证是开发过程中必不可少的环节。制定出既满足用户的使用又符合设计要求的台架或试验场的规范，一直是制造商的挑战。近年新能源车辆的快速发展，原有的试验标准已不适用，需要每个新能源车辆制造商建立新的试验方案。针对客户的需求，上海山外山开发了一套传动系统载荷谱分析处理和外推的流程包。

     x-Powertrain是一个基于nCode GlyphWorks软件平台开发的，可专门用于处理分析车辆动力总成及传动系统测试数据，帮助制定试验场或台架试验标准的流程包。原始版本包含17个分析流程，可用于传动系统时域载荷的处理，按照挡位或者特征工况分割数据，换挡频次分析，扭矩谱分析，扭矩谱损伤计算，扭矩谱多级等效等。

     发布的新版本x-Powertrain中，增加了5个专门用于扭矩谱外推的分析流程，涉及到扭矩谱重置、扭矩谱合并、扭矩谱外推、正反扭矩谱外推和扭矩谱组合等。

2.新增扭矩谱外推分析流程介绍

     1) 扭矩谱直方图区间数及范围重置

     可以对已有的扭矩谱直方图进行区间间隔数目重置并调整其最大最小值，见图1，为后续多个扭矩谱叠加和外推分析获取扭矩区间间隔和最大最小范围一致的输入。 

图1 扭矩谱直方图间隔数及范围重置流程

     2) 多个扭矩直方图合并

     可以对多个不同离散区间数和不同边界值的扭矩直方图进行叠加合并，具有自动和客户化两种模式设定合并后的直方图区间数和边界值，流程如图2所示。不同区间的直方图数据值重新分配遵循线性原则。

图2 多个扭矩直方图合并流程

     3) 多个扭矩谱直方图组合

     对多个具有相同离散区间数和边界值的扭矩直方图进行组合，对同一区间中的值进行累加，取最大、最小或平均值，甚至也可以进行基于正态分布的数值外推，见图3。另外，还可以通过外部 CSV 文件指定每个扭矩直方图的数值倍数再进行组合运算。流程可应用于用户扭矩谱目标的建立，或试验场规范下最终扭矩谱创建等，为传动系统的耐久性试验关联和标准建立提供了一个必要的工具。

图3 多个扭矩谱直方图组合

     4) 基于损伤及极值的扭矩谱概率外推

     车辆的扭矩谱和行驶的路面工况以及驾驶方式习惯相关，具有相当大的分散性。使用有限数目样本合理地建立用户扭矩谱耐久可靠性目标，需要按照传动系统疲劳损伤以及扭矩极值进行概率外推。所外推的扭矩谱可为传动系台架试验提供输入，或用作为试验场传动系关联的用户目标。

     以多个样本的等里程扭矩谱作为输入，对扭矩谱先进行疲劳损伤计算，然后对损伤值进行统计分布分析，获取指定概率（如90%）下的损伤外推值，再进一步对扭矩谱进行外推。并且，对于扭矩极值也可以同时进行统计外推。流程内置有自动和用户自定义两种外推模式，自动模式将同时按损伤和极值进行外推，可选择基于 Weibull，正态或自然对数正态分布的外推；而自定义模式可自主设定极值外推的缩放系数。图4为该流程的图示。

图4 基于损伤及极值的扭矩谱概率外推

     5) 基于损伤及极值的正反向扭矩谱概率外推

     车辆的扭矩谱外推以多个样本的等里程扭矩谱作为输入，对正反向扭矩谱先分别进行疲劳损伤计算，损伤值 Weibull 分布分析，获取指定概率（如90%）下的损伤外推值，再进一步对扭矩谱进行外推，如图5所示。并且，对于扭矩极值也可以同时进行 Weibull 外推，但可以选择对极值进行外推或不外推。外推得到的正反向扭矩谱最后进行合并，直方图参数将自动选择。

图5 基于损伤及极值的正反向扭矩谱概率外推

3.扭矩谱外推案例

     某项目依据用户使用情况，按照城市路面、高速公路、一般公路、山路和非铺装路等特征路面分类，采集车辆传动系统的实际运行载荷，测试数据总里程达数千公里。在载荷数据处理过程中，将不同特征路面的测试数据分开处理。以城市路面样本数据为例，我们可以直接使用x-Powertrain流程包中的流程，从每个样本数据可以得到对应的扭矩谱及损伤。

     较大的样本容量可以保证拟合精度的要求，可以较准确的得到整个用户群体的真实载荷谱，但实测数据的样本量是有限的。在解决实际问题过程中，除了需要考虑精度，也需要考虑经济和时间成本的限制，因此需要采用载荷谱外推。外推方法采用基于威布尔分布、正态分布或者对数正态分布等常用外推方法。其分位数代表所有的实测用户车辆中，指定百分位的用户车辆可满足设计寿命使用要求。通过外推可达到获取相对的严酷载荷谱的目的。

     图6为使用x-Powertrain扭矩谱外推流程，以若干组城市路面样本扭矩谱数据为输入，按照威布尔分布95%百分位外推所得到的百公里扭矩谱外推结果显示。

图6 扭矩谱外推流程

     其它各特征路面的所外推的结果如图7所示。

图7 各特征路面外推百公里扭矩

     外推的百公里载荷谱代表单独特征路面，可进一步按照用户使用设计目标比例合成目标载荷谱，也可参考相关国标或者企标进行组合。表1给出了一个里程比例，我们可以使用x-Powertrain中的扭矩直方图组合流程进行组合。

表1 特征路面里程组合（示例）

     图8为这一组合计算的流程显示。所得到的最终目标载荷谱如图9所示，它可作为台架试验或者CAE分析的输入。

图8 目标扭矩谱合成

图9 目标载荷谱

     值得指出的是载荷谱外推有多种方法和途径，除了上述先按照特征路面进行外推再组合成目标载荷，我们也可以对从合适比例的客户群中得到的所有扭矩谱样本直接进行外推获取结果。

综上所述，采用x-Powertrain分析流程包，使用者可以高效地完成传动系统扭矩谱的损伤计算，制定出和用户实际使用相关联的台架或者试验场试验标准。所包含的分析流程都是专门为动力总成及传动系统分析所开发的专用流程，无需复杂的参数设置即可完成扭矩谱的计算、外推和合成等工作。不论对于传统车还是新能源车的传动系统疲劳耐久性开发，该流程包都是必备的标准化专业分析工具。