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汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)固有頻率測(cè)量系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)固有頻率測(cè)量系統(tǒng)及在該系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)固有頻率測(cè)量的方法。其中，系統(tǒng)主要由激勵(lì)系統(tǒng)、測(cè)量傳感器和測(cè)量分析系統(tǒng)組成；該方法測(cè)量加速度傳感器的加速度信號(hào)和電磁振蕩器產(chǎn)生激振力信號(hào)，判斷是否發(fā)生共振，在共振時(shí)，激振力信號(hào)的頻率則就是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的固有頻率。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，對(duì)于測(cè)量人員來(lái)說(shuō)容易掌握并測(cè)量準(zhǔn)確。
【專利說(shuō)明】汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)固有頻率測(cè)量系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及檢測(cè)測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)固有頻率測(cè)量系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的振動(dòng)是駕駛員可以直接感知到的敏感振動(dòng)，它直接影響整車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的振動(dòng)主要是由于汽車在高速行駛的過程中路面的不平和發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速激勵(lì)造成的，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速下轉(zhuǎn)向盤的抖振最為敏感，發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速的情況下汽車產(chǎn)生的振動(dòng)是由于活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的慣性力造成的，它的振動(dòng)頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)的缸數(shù)和轉(zhuǎn)速有關(guān)，乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速一般為700-1000rPm，對(duì)于4氣缸的乘用車其激振頻率約為20-35HZ，對(duì)于6氣缸的乘用車激振頻率約為35-50HZ。當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的固有頻率和振動(dòng)激勵(lì)頻率接近時(shí)，將會(huì)引起轉(zhuǎn)向盤的過大振動(dòng)。由于汽車轉(zhuǎn)向盤和駕駛員的手直接接觸，因此轉(zhuǎn)向盤的振動(dòng)大小必須控制在可以接受的范圍內(nèi)，否則會(huì)引發(fā)駕駛員的疲勞，并使汽車舒適性受到影響。所以在設(shè)計(jì)汽車時(shí)，為了避免共振，四缸的乘用車其轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的固有頻率需大于35Hz ;六缸的乘用車其轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的固有頻率需大于50Hz。
[0003]現(xiàn)有汽車轉(zhuǎn)向測(cè)試系統(tǒng)一般都采用力錘激勵(lì)法，由于在進(jìn)行測(cè)試和使用力錘時(shí)，要進(jìn)行測(cè)試觸發(fā)設(shè)置，觸發(fā)設(shè)置的信號(hào)源是力錘的力信號(hào)，每次的力錘激勵(lì)只有達(dá)到設(shè)定的觸發(fā)區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)采集并處理數(shù)據(jù)。另外，由于需要進(jìn)行多次平均，每次力錘激勵(lì)時(shí)，需要測(cè)試人員保持平穩(wěn)的力度，每次的激勵(lì)不應(yīng)差別太大，同時(shí)還要注意，錘擊時(shí)應(yīng)避免因構(gòu)件反彈而引起的兩次錘擊。脈沖錘激振雖然簡(jiǎn)便有效，但在著力點(diǎn)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(huì)產(chǎn)生很大的隨機(jī)誤差，這對(duì)于一般測(cè)量人員不容易掌握，而且測(cè)試效果也較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決測(cè)試過程中出現(xiàn)的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種具有固有頻率的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)測(cè)量技術(shù)方案，該技術(shù)方案通過測(cè)量轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的固有頻率，判斷其是否在激勵(lì)頻率范圍內(nèi)，以優(yōu)化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的振動(dòng)特性、抑制共振。
[0005]本發(fā)明提供了一種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)固有頻率測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由激勵(lì)系統(tǒng)、測(cè)量傳感器和測(cè)量分析系統(tǒng)組成:
其中，
激勵(lì)系統(tǒng)由電磁激振器、電磁振蕩器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成；
測(cè)量傳感器采用三向加速度傳感器；
測(cè)量分析系統(tǒng)包括信號(hào)調(diào)理放大電路、數(shù)據(jù)采集卡和工控機(jī)。
[0006]電磁振蕩器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由PIC單片機(jī)、PWM信號(hào)發(fā)生電路、逆變電路、調(diào)幅直流電源和濾波電路組成。該電磁振蕩器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以Pic單片機(jī)為主控單元，結(jié)合PWM信號(hào)發(fā)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(jīng)過濾波電路轉(zhuǎn)變成正弦波，來(lái)驅(qū)動(dòng)電磁激振器進(jìn)行簡(jiǎn)諧振動(dòng)，從而對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)激勵(lì)，使轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向盤的激勵(lì)位置，也就是12點(diǎn)鐘位置。
[0008]七個(gè)三向加速度傳感器布置在轉(zhuǎn)向盤上，其中六個(gè)三向加速度傳感器均勻布置在轉(zhuǎn)向盤的支點(diǎn)上、一個(gè)三向加速度傳感器布置在轉(zhuǎn)向盤中心，分別用于測(cè)量每個(gè)測(cè)點(diǎn)徑向、切向和垂向方向的加速度信號(hào)；
每個(gè)三向加速度傳感器的三個(gè)輸出管腳Xout、Yout、Zout分別為切向X、徑向Y、垂向Z三個(gè)方向上的加速度信號(hào)；
為了提高測(cè)量的精度在每個(gè)輸出管腳上設(shè)置了前置RC濾波器。
[0009]測(cè)試分析系統(tǒng)包括信號(hào)調(diào)理放大電路、數(shù)據(jù)采集卡和工控機(jī)；
調(diào)理放大電路將三向加速度傳感器測(cè)量的轉(zhuǎn)向盤的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波；
數(shù)據(jù)采集卡可以同時(shí)采集多個(gè)通道的信號(hào)，第一通道接收電磁振蕩器產(chǎn)生激振力信號(hào)，其他通道分別接收七個(gè)測(cè)點(diǎn)加速度傳感器三個(gè)方向上產(chǎn)生的加速度信號(hào)；
數(shù)據(jù)采集卡最終將接收的信號(hào)傳輸至工控機(jī)。
[0010]一種在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)固有頻率測(cè)試系統(tǒng)中測(cè)量固有頻率的方法，該方法包括，
電磁振蕩器產(chǎn)生激振力信號(hào)輸入至數(shù)據(jù)采集卡的第一通道，一個(gè)測(cè)點(diǎn)加速度傳感器產(chǎn)生的加速度信號(hào)輸入第二通道，設(shè)置第一通道為X方向，設(shè)置第二通道為y方向，X與y垂直。激振力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，X方向的激振力信號(hào)與I方向的加速度信號(hào)分別為:激振力信號(hào)為:
【權(quán)利要求】
1.一種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)固有頻率測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)主要由激勵(lì)系統(tǒng)、測(cè)量傳感器和測(cè)量分析系統(tǒng)組成: 其中， 激勵(lì)系統(tǒng)由電磁激振器、電磁振蕩器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成； 測(cè)量傳感器采用三向加速度傳感器； 測(cè)量分析系統(tǒng)包括信號(hào)調(diào)理放大電路、數(shù)據(jù)采集卡和工控機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固有頻率測(cè)量系統(tǒng)，其中， 電磁振蕩器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由PIC單片機(jī)、PWM信號(hào)發(fā)生電路、逆變電路、調(diào)幅直流電源和濾波電路組成；該電磁振蕩器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以PIC單片機(jī)為主控單元，結(jié)合PWM信號(hào)發(fā)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(jīng)過濾波電路轉(zhuǎn)變成正弦波，來(lái)驅(qū)動(dòng)電磁激振器進(jìn)行簡(jiǎn)諧振動(dòng)，從而對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)激勵(lì)，使轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向盤的激勵(lì)位置，也就是12點(diǎn)鐘位置； 七個(gè)三向加速度傳感器布置在轉(zhuǎn)向盤上，其中六個(gè)三向加速度傳感器均勻布置在轉(zhuǎn)向盤的支點(diǎn)上、一個(gè)三向加速度傳感器布置在轉(zhuǎn)向盤中心，分別用于測(cè)量每個(gè)測(cè)點(diǎn)徑向、切向和垂向方向的加速度信號(hào)； 每個(gè)三向加速度傳感器的三個(gè)輸出管腳Xout、Yout、Zout分別為切向X、徑向Y、垂向Z三個(gè)方向上的加速度信號(hào)； 為了提高測(cè)量的精度在每個(gè)輸出管腳上設(shè)置了前置RC濾波器； 調(diào)理放大電路將三向加速度傳感器測(cè)量的轉(zhuǎn)向盤的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波； 數(shù)據(jù)采集卡可以同時(shí)采集多個(gè)通道的信號(hào)，第一通道接收電磁振蕩器產(chǎn)生激振力信號(hào)，其他通道分別接收七個(gè)測(cè)點(diǎn)加速度傳感器三個(gè)方向上產(chǎn)生的加速度信號(hào)； 數(shù)據(jù)采集卡最終將接收的信號(hào)傳輸至工控機(jī)。
3.—種在權(quán)利要求1、2任意之一的系統(tǒng)中測(cè)量固有頻率的方法，其特征在于，該方法包括， 電磁振蕩器產(chǎn)生激振力信號(hào)輸入至數(shù)據(jù)采集卡的第一通道，一個(gè)測(cè)點(diǎn)加速度傳感器產(chǎn)生的X方向加速度信號(hào)輸入第二通道，設(shè)置第一通道為X方向，設(shè)置第二通道為y方向，X與I垂直；激振力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，X方向的激振力信號(hào)與y方向的加速度信號(hào)分別為: X方向的激振力信號(hào)為:F =Asin ωx 其中:t為時(shí)間，A為激振力信號(hào)的振幅；0為激振力信號(hào)的頻率； y方向的加速度信號(hào)為:y = -ω2Bsin(ωt-φ) V為轉(zhuǎn)向盤測(cè)點(diǎn)X方向加速度，ω為加速度信號(hào)頻率，B為加速度信號(hào)幅值，P為X軸信號(hào)和y軸信號(hào)的相位差； 設(shè)轉(zhuǎn)向盤的固有頻率為,色φ=π?2時(shí)，轉(zhuǎn)向盤發(fā)生共振，即? = ，頻率0即為轉(zhuǎn)向盤的固有頻率。
【文檔編號(hào)】G01H1/14GK103837223SQ201410082662
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】高潔, 王亮, 徐樂年, 任來(lái)紅, 蘇興明 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)