汽車轉向系統固有頻率測量系統及方法
【專利摘要】一種汽車轉向系統固有頻率測量系統及在該系統中實現固有頻率測量的方法。其中，系統主要由激勵系統、測量傳感器和測量分析系統組成；該方法測量加速度傳感器的加速度信號和電磁振蕩器產生激振力信號，判斷是否發生共振，在共振時，激振力信號的頻率則就是轉向系統的固有頻率。本發明的系統和方法，對于測量人員來說容易掌握并測量準確。
【專利說明】汽車轉向系統固有頻率測量系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及檢測測量【技術領域】，尤其涉及一種汽車轉向系統固有頻率測量系統及方法。
【背景技術】
[0002]汽車轉向系統的振動是駕駛員可以直接感知到的敏感振動，它直接影響整車的操縱穩定性和行駛平順性。研究發現，轉向系統的振動主要是由于汽車在高速行駛的過程中路面的不平和發動機的怠速激勵造成的，并且在發動機怠速下轉向盤的抖振最為敏感，發動機在怠速的情況下汽車產生的振動是由于活塞往復運動的慣性力造成的，它的振動頻率與發動機的缸數和轉速有關，乘用車發動機怠速轉速一般為700-1000rPm，對于4氣缸的乘用車其激振頻率約為20-35HZ，對于6氣缸的乘用車激振頻率約為35-50HZ。當轉向系統的固有頻率和振動激勵頻率接近時，將會引起轉向盤的過大振動。由于汽車轉向盤和駕駛員的手直接接觸，因此轉向盤的振動大小必須控制在可以接受的范圍內，否則會引發駕駛員的疲勞，并使汽車舒適性受到影響。所以在設計汽車時，為了避免共振，四缸的乘用車其轉向系統的固有頻率需大于35Hz ;六缸的乘用車其轉向系統的固有頻率需大于50Hz。
[0003]現有汽車轉向測試系統一般都采用力錘激勵法，由于在進行測試和使用力錘時，要進行測試觸發設置，觸發設置的信號源是力錘的力信號，每次的力錘激勵只有達到設定的觸發區域時，系統才會采集并處理數據。另外，由于需要進行多次平均，每次力錘激勵時，需要測試人員保持平穩的力度，每次的激勵不應差別太大，同時還要注意，錘擊時應避免因構件反彈而引起的兩次錘擊。脈沖錘激振雖然簡便有效，但在著力點位置、力的大小、方向的控制方面要有熟練的操作技巧，否則會產生很大的隨機誤差，這對于一般測量人員不容易掌握，而且測試效果也較差。
【發明內容】
[0004]為了解決測試過程中出現的上述技術問題，本發明提出了一種具有固有頻率的汽車轉向系統測量技術方案，該技術方案通過測量轉向系統的固有頻率，判斷其是否在激勵頻率范圍內，以優化轉向系統的振動特性、抑制共振。
[0005]本發明提供了一種汽車轉向系統固有頻率測量系統，該系統主要由激勵系統、測量傳感器和測量分析系統組成:
其中，
激勵系統由電磁激振器、電磁振蕩器驅動系統組成；
測量傳感器采用三向加速度傳感器；
測量分析系統包括信號調理放大電路、數據采集卡和工控機。
[0006]電磁振蕩器驅動系統主要由PIC單片機、PWM信號發生電路、逆變電路、調幅直流電源和濾波電路組成。該電磁振蕩器驅動系統以Pic單片機為主控單元，結合PWM信號發生電路，采用全橋逆變式功率輸出方式，輸出大電流振蕩方波，經過濾波電路轉變成正弦波，來驅動電磁激振器進行簡諧振動，從而對轉向系統進行振動激勵，使轉向盤獲得一定幅度、頻率的正弦波形式的激振力。
[0007]電磁激振器固定在轉向盤的激勵位置，也就是12點鐘位置。
[0008]七個三向加速度傳感器布置在轉向盤上，其中六個三向加速度傳感器均勻布置在轉向盤的支點上、一個三向加速度傳感器布置在轉向盤中心，分別用于測量每個測點徑向、切向和垂向方向的加速度信號；
每個三向加速度傳感器的三個輸出管腳Xout、Yout、Zout分別為切向X、徑向Y、垂向Z三個方向上的加速度信號；
為了提高測量的精度在每個輸出管腳上設置了前置RC濾波器。
[0009]測試分析系統包括信號調理放大電路、數據采集卡和工控機；
調理放大電路將三向加速度傳感器測量的轉向盤的振動信號進行放大、濾波；
數據采集卡可以同時采集多個通道的信號，第一通道接收電磁振蕩器產生激振力信號，其他通道分別接收七個測點加速度傳感器三個方向上產生的加速度信號；
數據采集卡最終將接收的信號傳輸至工控機。
[0010]一種在汽車轉向系統固有頻率測試系統中測量固有頻率的方法，該方法包括，
電磁振蕩器產生激振力信號輸入至數據采集卡的第一通道，一個測點加速度傳感器產生的加速度信號輸入第二通道，設置第一通道為X方向，設置第二通道為y方向，X與y垂直。激振力驅動轉向盤做簡諧振動，X方向的激振力信號與I方向的加速度信號分別為:激振力信號為:
【權利要求】
1.一種汽車轉向系統固有頻率測量系統，其特征在于，該系統主要由激勵系統、測量傳感器和測量分析系統組成: 其中， 激勵系統由電磁激振器、電磁振蕩器驅動系統組成； 測量傳感器采用三向加速度傳感器； 測量分析系統包括信號調理放大電路、數據采集卡和工控機。
2.根據權利要求1所述的固有頻率測量系統，其中， 電磁振蕩器驅動系統主要由PIC單片機、PWM信號發生電路、逆變電路、調幅直流電源和濾波電路組成；該電磁振蕩器驅動系統以PIC單片機為主控單元，結合PWM信號發生電路，采用全橋逆變式功率輸出方式，輸出大電流振蕩方波，經過濾波電路轉變成正弦波，來驅動電磁激振器進行簡諧振動，從而對轉向系統進行振動激勵，使轉向盤獲得一定幅度、頻率的正弦波形式的激振力； 電磁激振器固定在轉向盤的激勵位置，也就是12點鐘位置； 七個三向加速度傳感器布置在轉向盤上，其中六個三向加速度傳感器均勻布置在轉向盤的支點上、一個三向加速度傳感器布置在轉向盤中心，分別用于測量每個測點徑向、切向和垂向方向的加速度信號； 每個三向加速度傳感器的三個輸出管腳Xout、Yout、Zout分別為切向X、徑向Y、垂向Z三個方向上的加速度信號； 為了提高測量的精度在每個輸出管腳上設置了前置RC濾波器； 調理放大電路將三向加速度傳感器測量的轉向盤的振動信號進行放大、濾波； 數據采集卡可以同時采集多個通道的信號，第一通道接收電磁振蕩器產生激振力信號，其他通道分別接收七個測點加速度傳感器三個方向上產生的加速度信號； 數據采集卡最終將接收的信號傳輸至工控機。
3.—種在權利要求1、2任意之一的系統中測量固有頻率的方法，其特征在于，該方法包括， 電磁振蕩器產生激振力信號輸入至數據采集卡的第一通道，一個測點加速度傳感器產生的X方向加速度信號輸入第二通道，設置第一通道為X方向，設置第二通道為y方向，X與I垂直；激振力驅動轉向盤做簡諧振動，X方向的激振力信號與y方向的加速度信號分別為: X方向的激振力信號為:F =Asin ωx 其中:t為時間，A為激振力信號的振幅；0為激振力信號的頻率； y方向的加速度信號為:y = -ω2Bsin(ωt-φ) V為轉向盤測點X方向加速度，ω為加速度信號頻率，B為加速度信號幅值，P為X軸信號和y軸信號的相位差； 設轉向盤的固有頻率為,色φ=π?2時，轉向盤發生共振，即? = ，頻率0即為轉向盤的固有頻率。
【文檔編號】G01H1/14GK103837223SQ201410082662
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月7日 優先權日:2014年3月7日
【發明者】高潔, 王亮, 徐樂年, 任來紅, 蘇興明 申請人:山東科技大學
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