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1、PCBChinaApplicationEngineer 徐能伟Cellphone 18611751496E mail dxu 汽车疲劳耐久性试验数据采集与应用 1 October2010 2 PCB集团简介整车和零部件性能试验汽车疲劳耐久试验载荷分解与疲劳分析PCB车轮六分力传感器 Agenda October2010 3 PCBGROUP October2010 Established1967成立于1967年Locatedon6acresnearBuffalo NewYork USA位于美国纽约布法罗市Specialiseinsensorsforrapidandsteady statepre
2、ssure force acousticandvibrationmeasurements致力于快速和稳态压力 力 声学和振动测量Representedinover50countries在超过50个国家设有代表处或分销商AS9100Certified ISO9001Certified A2LAAccreditedtoISO17025AS9100认证 ISO9001认证 A2LA认证 4 PCBGROUP October2010 Vibration Shock Pressure Force Load Torque AcousticMeasurementSolutions振动 冲击 压力 力 载荷
3、扭矩 声学等测试解决方案 SignalConditioner信号调理器 WFT六分力传感器 DCAccelerometerDC加速度计 3 ComponentDynamicForce三分量动态力传感器 PressureTransducer静 动态压力传感器 MiniatureAccelerometer小型加速度计 TORKDISK 扭矩传感器 LoadCell载荷称重传感器 HumanVibrationMeters人体振动表 HighSensitivityMicrophones高灵敏度传声器 SoundLevelMeters声级计 5 Calibration传感器标定系统 Shakers激振器
4、 InstrumentedSteeringWheel测力方向盘 PCBGROUP October2010 HeadquartersinBuffaloNewYork 6 北京 上海 深圳 PCBChina October2010 整车与零部件性能试验规范制定流程 顾客需求 市场规范 整车性能规范 产品定义 整车性能与子系统的关系 子系统性能规范 整车性能规范向子系统分解 子系统性能规范向零部件分解 零部件性能规范 整车与零部件性能试验 7 October2010 整车与零部件试验 整车道路试验整车不同路面试验噪音与振动测试实验室试验整车转鼓试验台试验整车模态试验零部件模态试验进气噪音测试排气噪音
5、测试转递函数测试整车漏声测试减震降噪材料试验吸音系数测试声音传递损失测试阻尼特性测试橡胶件刚度测试 振动与噪声试验 整车道路载荷测试整车疲劳试验零部件载荷测试零部件疲劳试验整车应力测试零部件应力测试 疲劳与强度试验 整车与零部件性能试验 8 October2010 汽车疲劳耐久解决方案流程 汽车疲劳耐久试验 9 October2010 测试步骤 1 对所有的通道和传感器进行命名和编号 10 October2010 测试步骤 2 确认方向 1 加速度计方向与整车坐标系的关系2 位移传感器 拉伸为正 压缩为负3 方向盘转角 左转为正 3 对分段采集的工况名称 采集次数要预先编号 让其与实验工况的名
6、称一致 如制动工况 蛇形工况等等 4 采集之前 测量各轮胎气压以保证气压一致 同时测量各轮胎静态载荷 记录天气和室外温度 风速和方向 路面是否积水等 轮胎一定要做动平衡 6 在采集完之后 让汽车处于水平路面 发动机怠速 记录数据10秒钟 5 在正式上路采集之前 让汽车处于水平路面 发动机怠速 记录数据10秒钟 11 October2010 测试步骤 8 采集完一种工况 看看数据质量 如好再继续 否则要查明原因再继续 7 先测空载 然后满载 先测好路面 然后坏路面 每种工况测三次 9 确保所有数据通道点数和采样频率一致 12 October2010 测试步骤 10 确保制动信号的采集连续 真实反
7、映驾驶员刹车过程 即从驾驶员的脚踏上并压下制动踏板然后放开 整个过程的信号都将是 5伏 其它时候都将是0 因此在采集完成后 要对此进行处理 13 October2010 测试步骤 11 有条件的话 可以采用给特征路面标记 14 October2010 测试步骤 12 采集完成后 要对所有加速度信号进行低通滤波器滤波 并注意没有相位移动 最后对所有采集的信号要进行检查 在确保信号没问题后 再拆解测试仪器 13 完成测试报告 并对所有测试通道的正负极和测量信号名称与内容给予明确说明 必要时附以照片帮助说明 要特别注意的是 车辆参考坐标系的XYZ方向 按右手螺旋法则 X 水平指向车后 Y 水平指向车
8、右 Z 垂直指向车上 因此对各通道正负极说明时 尽可能用车辆参考坐标系说明 15 October2010 记录试验车状态 16 October2010 设备仪器安装调试 每一个设备仪器都需要调试正常 应变最好有补偿 做成半桥或者全桥 数据线一定采用高屏蔽的线缆 通道很多 一个数采可能不够 可以用多个 最好所有通道一次同步采集 必要时用路由器同步 供电 电源最好采用直流电瓶 六分力传感器单独供电 电瓶必须固定 加速度计等传感器必须固定在大的不易变形的零件上 固定支架必须保证最够的强度和刚度 17 October2010 车轮六分力传感器 测力方向盘 设备仪器安装调试 18 October2010
9、 三向加速度传感器 GPS天线 应变片 拉线式位移 设备仪器安装调试 19 October2010 制定严格全面的道路试验规范 试验规范 20 October2010 试验规范 21 October2010 原则 测试过程中 确保试验数据的可靠与准确性 为了确保数据质量 在正式测试之前 进行一个试测 试测的工况可以选择加速 制动 转向的工况 然后进行数据检查和校队 测试原则 六分力传感器输出信号 22 October2010 左右悬架位移信号 左前轮轴头三向加速度信号 23 October2010 左前轮轴头三向加速度信号 24 October2010 汽车在行驶过程中 不平路面的激励以及驾驶
10、员输入 转向 加速 制动 将导致汽车行驶状态的变化 这种变化将使车轮载荷随时间而变 进而悬架各零部件之间发生相对位移 这种相对位移的产生源于悬架各零部件之间的动态载荷所发生的相对变化 故而在行驶里程累计到一定程度后 某些零部件将会疲劳破坏 因此有效的获取悬架零部件动态载荷时间历程 是分析和设计零部件耐久性能的重要工作 一般来说 悬架结构强度和疲劳分析可以分为零部件级和系统级分析方法 零部件级分析 采用多体动力学方法得到悬架硬点载荷 对单一结构进行分析的方法 系统级分析方法 以整个悬架为基础 同时考虑衬套 限位块刚度以及零部件间相互运动的影响的分析方法 零部件级分析方法原理简单 而且容易将分析过
11、程流程化 规范化 从而保证分析结果的准确性和一致性 系统级分析方法 由于能够考虑几乎所有的悬架本身特性 如非线性连接关系 运动关系等特性 因而可以得到更为准确的分析结果 载荷分解 25 October2010 疲劳分析 26 October2010 疲劳分析五框图 疲劳分析 27 October2010 转向节单位载荷作用下应力场 疲劳分析 制动工况 砾石路工况 卵石路工况 转向节疲劳寿命结果 28 October2010 PCBLoadandTorqueAcquiredKeyTransducersin19991999年并购KeyTransducers公司AcquiredRSTechnolog
12、iesassetsin2009于2009年收购RSTechnologies公司Engineersandmanufacturesloadcells torquetransducers wheelforcetransducers设计和制造载荷传感器 扭矩传感器以及六分力传感器Engineersandmanufacturestoolingsystemsbasedonloadandtorqueapplications torqueangletransducers torquewrenches acquisitionsunits 基于载荷和扭矩的应用 设计和制造相应的延伸产品 扭矩角度传感器 扭矩扳手
13、采集模块 Marketstoautomotive aerospaceandrailapplications应用领域涉及汽车 航空航天以及铁路 PCBWheelForceTransducerPCB车轮六分力传感器 29 October2010 HistoryofWheelForceTransducer车轮六分力传感器发展历史 Inventedin1972 RalphShoberg RSTechnologiesOwner由RS原拥有人RalphShoberg发明于1972年FordMotorCompany CrownVictoria notelowprofiledesign 与福特公司联合设计 扁
14、平型设计 用于维多利亚皇冠型轿车 30 October2010 HistoryofWheelForceTransducer车轮六分力传感器发展历史 SinglePieceDesign整体式设计L StrutConfigurationL型桥路设计CablingthroughSpindle信号由特殊改制的传动轴输出 31 October2010 HistoryofWheelForceTransducer车轮六分力传感器发展历史 OriginalcompleteonewheelsystemwithTransducerInterfaceUnit TIU 最初的一套完整的六分力传感器系统 带TIU接口单
15、元 32 October2010 HistoryofWheelForceTransducer车轮六分力传感器发展历史 ATCaldwellAwardforTechnicalPaperonWFTWFT技术论文所获奖励 33 October2010 HistoryofWheelForceTransducer车轮六分力传感器发展历史 SecondGeneration EvolvestobelikethemodernWFT第二代 与现在主流的WFT产品已经非常相似 34 October2010 Series5400WheelForceTransducer5400系列车轮六分力传感器 essential
16、lya disk designedtoreplacethecenterofthevehiclerimthatisstraingagedtomeasureforcesandmomentsaboutitscenter本质上来说 它就是一个替代汽车轮辋中心部分的圆盘 通过其上的应变片来测量作用在车轮中心位置上的力和扭矩 SowhatexactlyisaWheelForceTransducer 什么是车轮六分力传感器 35 October2010 a6degreeoffreedomsensorcapableofmeasuringvertical lateral andlongitudinalforcessimultaneouslywithbrake steer andcambermoments在车轮制动 转向和外倾时 能够同时测量车轮的垂直 侧向及纵向的力和扭矩的六自由度的传感器 Series5400WheelForceTransducer5400系列车轮六分力传感器 Whatdoesitdo 它用来做什么 36 October2010 ideallythatsensorwouldallowf
