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輕型車EPS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)道路模擬耐久試驗

2020-10-20 13:22:29·  來源：ATC汽車底盤  作者：車佳黎  
　
道路模擬耐久試驗簡介背景介紹隨著汽車行業(yè)的進(jìn)步，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗經(jīng)歷了整車搭載道路耐久試驗，到傳統(tǒng)臺架耐久試驗，再到道路模擬耐久試驗三個階段的發(fā)展。整車搭
道路模擬耐久試驗簡介
 
背景介紹
 
隨著汽車行業(yè)的進(jìn)步，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗經(jīng)歷了整車搭載道路耐久試驗，到傳統(tǒng)臺架耐久試驗，再到道路模擬耐久試驗三個階段的發(fā)展。
 
整車搭載轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零部件道路耐久試驗
汽車工業(yè)走過了一百多年的發(fā)展歷程，對行駛壽命、行駛安全等等以及如何更好的提高汽車的行駛壽命同時又要降低成本成了汽車研發(fā)工程師的追求，于是提出了全歷程的道路試驗-----試車場整車耐久試驗，通過試驗為汽車研發(fā)工程師提供了寶貴的設(shè)計更改依據(jù)。
 
 
 
優(yōu)點：這種試驗最接近用戶的實際使用情況，能真實的反映出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零部件總成的實際疲勞壽命情況。
缺點：試驗周期長、費用高、因此在新車型開發(fā)中就限制了這個試驗手段的使用。
傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)臺架耐久試驗：
隨著汽車工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，汽車工業(yè)的競爭日趨激烈要求汽車制造商必須更快的推出新一代的車型，才能保證在激烈的市場競爭中立于不敗之地，于是到了20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了室內(nèi)臺架模擬試驗。
 
 
 
傳統(tǒng)的臺架試驗是將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安裝于試驗臺架上，利用液壓伺服系統(tǒng)對零部件按規(guī)定的載荷進(jìn)行加載。一般方向盤輸入端作為角度輸入控制，行程為齒條全行程的90%左右，轉(zhuǎn)向拉桿作為載荷的輸入端，按照給定的載荷進(jìn)行等幅定頻加載。加載波形一般為正弦波、方波或者三角波，頻率固定。
優(yōu)點：能夠節(jié)省試驗周期、試驗費用相對較低，有針對性的進(jìn)行轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的零部件疲勞耐久試驗。
缺點：傳統(tǒng)的臺架耐久試驗很難模擬出整車在實際行駛中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零部件所受到的動態(tài)激勵，這種動態(tài)激勵是隨著時域在不停 產(chǎn)生變化的，其頻率、幅值都是變化的。所以傳統(tǒng)的臺架耐久試驗缺點在于試驗的真實還原性較差。
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)道路模擬耐久試驗：
為了既能節(jié)省開發(fā)周期與成本，又能更準(zhǔn)確的達(dá)到最真實的反映零部件的疲勞壽命情況，所以衍生出了道路模擬耐久試驗。先是有整車的四立柱道路模擬試驗臺，再到有針對各零部件系統(tǒng)的道路模擬試驗臺。
 
 
 
在室內(nèi)進(jìn)行汽車零部件道路模擬試驗，可以排除氣候等因素的影響，大大地縮短試驗周期和節(jié)約資金，并且試驗的可控性好，試驗結(jié)果的重復(fù)性強、精度高，便于對比，使汽車零部件的開發(fā)周期縮短，具有重要的汽車工程應(yīng)用價值。
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)道路模擬耐久試驗的核心就是時域波形復(fù)現(xiàn)。時域波形復(fù)現(xiàn)就是在時域內(nèi)復(fù)現(xiàn)汽車道路行駛時所承受的載荷波形。從理論上講，它是最為“精確”的模擬試驗。
道路模擬耐久試驗簡介
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)道路模擬耐久試驗：將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)路譜數(shù)據(jù)（轉(zhuǎn)換成時域波形）導(dǎo)入轉(zhuǎn)向系統(tǒng)五軸試驗設(shè)備，通過迭代，反推出驅(qū)動程序，進(jìn)行道路模擬耐久試驗。
實現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在臺架試驗中模擬出其在整車道路試驗中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各零部件所受激勵情況與疲勞損耗，使其試驗效果與道路試驗達(dá)到高度的一致性與同步性。
 
1、相比于傳統(tǒng)耐久試驗，其模擬精度高，能最大限度的等同于整車耐久試驗；
2、能較好的代替整車道路試驗，有效的節(jié)約開發(fā)成本和縮短試驗周期；
3、有大量的數(shù)據(jù)監(jiān)控，能及時準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)試驗中的問題；
4、某一車型只需采一次路譜，便可以更換不同廠家的零部件進(jìn)行試驗，靈活性高。
 
數(shù)據(jù)采集、分析、處理
 
 
采集的試驗路況可包含：鐵軌路、共振路、搓板路、扭轉(zhuǎn)路、卵石路、坑洼路、井蓋路、路緣沖擊路、比利時路、碎石路、住宅路、砂石路、8字路、原地打方向、坡道駐車原地打方向、上山路、下山路等各種綜合路況。
數(shù)據(jù)格式最好轉(zhuǎn)換為為TXT或者Excel格式，一種路況的數(shù)據(jù)時長一般不超過1分鐘。
 
也支持將目前主流的數(shù)采設(shè)備采集的路譜數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)支持的Sef格式。
 
轉(zhuǎn)換成時域曲線后，對數(shù)據(jù)的信號量、單位、相位、初始值置零進(jìn)行數(shù)據(jù)處理
 
 
對時域波形中的異常沖擊波形進(jìn)行剔除。
 
最終處理好的時域波形
 
ICS迭代控制過程
 
ICS（Iteration Control System，迭代控制系統(tǒng)）是一個功能強大的工具，可以用來重建大量系統(tǒng)需要響應(yīng)的時域信號。
ICS過程分為兩個階段；
  • 系統(tǒng)識別過程，計算系統(tǒng)驅(qū)動響應(yīng)的傳遞函數(shù) ；
  • 迭代過程，使用第一個過程計算的傳遞函數(shù)的反函數(shù)來創(chuàng)建一個系統(tǒng)驅(qū)動，該驅(qū)動將得到一個實際響應(yīng)。
 
傳遞函數(shù)
通過選擇驅(qū)動傳感器信號和測定的目標(biāo)響應(yīng)信號，用戶選擇輸入和輸出向量，通過這些向量最終計算出傳遞函數(shù)矩陣，也就是所謂的系統(tǒng)矩陣。
 
傳遞函數(shù)是一種數(shù)學(xué)模型，與系統(tǒng)的微分方程相對應(yīng)，它是系統(tǒng)本身的一種屬性，與輸入量的大小和性質(zhì)無關(guān)，因此可以在白噪聲識別階段，通過播放一個能量較小的隨機波形，通過得到的響應(yīng)波形便可計算出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，從而進(jìn)一步針對各種不同形式的目標(biāo)波形反求出系統(tǒng)的輸入信號。
 
導(dǎo)入ICS過程主要是用于對之前已完成的會話導(dǎo)入，可以通過修改已完成的完整會話中替換Desired file可以減少設(shè)置的步驟，尤其是在系統(tǒng)不需要重新識別的時候。
 
ICS新建會話有2種形式，分別為標(biāo)準(zhǔn)形式，用于迭代路譜，另一種為識別形式，僅僅識別系統(tǒng)的輸入與響應(yīng)的相關(guān)性。
對于新建立的會話過程也可以通過導(dǎo)入其它會話的已有參數(shù)。（該功能用的較少）
 
打開目標(biāo)路譜文件，預(yù)覽后如下圖所示。對于標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)，所需響應(yīng)文件由SEF文件格式中的時域信號來獲取。
 
 
 
 
 
系統(tǒng)識別過程（計算傳遞函數(shù)關(guān)系）對于整個ICS過程迭代的收斂特性至關(guān)重要，尤其是在迭代復(fù)雜波形、存在共振及明顯外部非線性干擾的情況。
 
在允許的能量范圍內(nèi)，可盡量提高白噪聲的能量，理論上白噪聲PSD與目標(biāo)路譜的PSD越接近，所得到的系統(tǒng)矩陣越有利于迭代收斂。
 
運行白噪聲，計算系統(tǒng)驅(qū)動響應(yīng)的傳遞函數(shù) 
 
白噪聲播放結(jié)束后，通過對應(yīng)的響應(yīng)文件，系統(tǒng)即可計算出系統(tǒng)矩陣。
如果相關(guān)性較差，則需要調(diào)整白噪聲參數(shù)重新識別系統(tǒng)。
 
Multiple Coherence 多重相干性，在控制頻率帶寬內(nèi)，通過調(diào)整白噪聲參數(shù)使得多重相干性達(dá)到0.8或者更大，才認(rèn)為是計算出的傳遞函數(shù)為有效。
 
 
驅(qū)動程序生成
迭代過程：按照流程箭頭指示，依次完成，則可以完成第一次迭代，點擊Next計算出RMS及第二次驅(qū)動文件。
 
迭代過程能夠手動操作或者自動迭代，自動迭代在成功計算和執(zhí)行第一次所需驅(qū)動文件預(yù)算后才可行。一旦激活自動迭代，軟件會不斷自動迭代直到滿足下面條件之一：
  • 達(dá)到目標(biāo)RMS目標(biāo)值；
  • 任意響應(yīng)通道的RMS誤差大于上一次迭代大【發(fā)散】；
  • 用戶關(guān)閉自動迭代。
 
多次迭代后（次數(shù)無具體限制，系統(tǒng)識別準(zhǔn)確，相關(guān)性越好，且波形不復(fù)雜，次數(shù)較少），RMS值落入到目標(biāo)值10%以內(nèi)即可，此時對比目標(biāo)波形與實際響應(yīng)波形，基本一致。
一般來說，位移與角度的RMS值達(dá)到10%以內(nèi)是比較容易的，力與扭矩的RMS值達(dá)到10%以內(nèi)是較難的，特別是響應(yīng)頻率越高，則越不容易達(dá)到。
 
迭代完成后，會得到相對應(yīng)的驅(qū)動數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中包含有方向盤輸入角度、左右拉桿軸向力、左右拉桿外球銷垂直位移、以及車速信號的時域波形。在試驗中運行驅(qū)動程序，分別對其進(jìn)行同步控制，便可得到想要的響應(yīng)。
 
EzFlow試驗流程圖
 
 
 
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