汽车疲劳耐久性试验数据采集与应用(疲劳培训)

1,PCBChinaApplicationEngineer:徐能伟Cellphone-mail:dxu,汽车疲劳耐久性试验数据采集与应用,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,3,PCBGROUP,4,Established1967成立于1967年Locatedon6acresnearBuffalo,NewYork,USA位于美国纽约布法罗市Specialiseinsensorsforrapidandsteady-statepressure,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,PCBGROUP,5,Vibration,Shock,Pressure,Force,Load,Torque,AcousticMeasurementSolutions振动、冲击、压力、力、载荷、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,Calibration传感器标定系统,Shakers激振器,InstrumentedSteeringWheel测力方向盘,PCBGROUP,6,HeadquartersinBuffaloNewYork,北京,上海,深圳,PCBChina,7,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,8,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,9,汽车疲劳耐久解决方案流程,汽车疲劳耐久试验,10,测试步骤,1.对所有的通道和传感器进行命名和编号。,11,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；,12,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,13,测试步骤,10.确保制动信号的采集连续，真实反映驾驶员刹车过程，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；,14,测试步骤,11.有条件的话，可以采用给特征路面标记,15,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）。,16,记录试验车状态,17,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。,18,车轮六分力传感器,测力方向盘,设备仪器安装调试,19,三向加速度传感器,GPS天线,应变片,拉线式位移,设备仪器安装调试,20,制定严格全面的道路试验规范。,试验规范,21,试验规范,22,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,23,左右悬架位移信号,左前轮轴头三向加速度信号,24,左前轮轴头三向加速度信号,25,汽车在行驶过程中，不平路面的激励以及驾驶员输入（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,26,疲劳分析,27,疲劳分析五框图,疲劳分析,28,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,29,PCBLoadandTorqueAcquiredKeyTransducersin19991999年并购KeyTransducers公司AcquiredRSTechnologiesassetsin2009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，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,30,HistoryofWheelForceTransducer车轮六分力传感器发展历史,Inventedin1972RalphShoberg,RSTechnologiesOwner由RS原拥有人RalphShoberg发明于1972年FordMotorCompanyCrownVictoria(notelowprofiledesign)与福特公司联合设计（扁平型设计）,用于维多利亚皇冠型轿车,31,HistoryofWheelForceTransducer车轮六分力传感器发展历史,SinglePieceDesign整体式设计LStrutConfigurationL型桥路设计CablingthroughSpindle信号由特殊改制的传动轴输出,32,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接口单元,33,HistoryofWheelForceTransducer车轮六分力传感器发展历史,ATCaldwellAwardforTechnicalPaperonWFTWFT技术论文所获奖励,34,HistoryofWheelForceTransducer车轮六分力传感器发展历史,SecondGenerationEvolvestobelikethemodernWFT第二代-与现在主流的WFT产品已经非常相似,35,Series5400WheelForceTransducer5400系列车轮六分力传感器,essentiallya“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？,36,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？,37,ideallythatsensorwouldallowforaccuratetranslationoftherotatingmeasurementsintothemoreusefulinputstothevehicleatthetirepatchorthespindlesuchasvertical,lateral,andlongitudinalforcessimultaneouswithbrake,steer,andcambermoments理想状态下，传感器能够测量车轮制动、转向和外倾时的垂直、侧向及纵向的力，并对这些测量的参数进行精确转换，从而得到更有用的通过车轴或者车轮传递给汽车的输入量。,Series5400WheelForceTransducer5400系列车轮六分力传感器,38,Mx,Mz,Fz,Fx,Fy,My,NotonlydidPCBmakethefirstWheelForceTransducer,wealsomadethefirstsinglepiecedesignPCB不仅仅是第一套WFT的设计制造者，同时也是单片式设计的发明者,Series5400WheelForceTransducer5400系列车轮六分力传感器,39,likeallWFTs,thestraingagedelementsrotateasthewheelrotates,renderingthein-planeforcesandmoments“unresolved”androtating,too和所有的WFT一样，当车轮旋转的时候，应变片也会旋转，面内的力和扭矩也一起旋转toprovidemoreusefulmeasurementstoengineers,thecoordinatesoftheseunresolvedforcesandmomentsaretransformedtovehiclecoordinates,oftenatthetirepatchcenterorspindlecenter.为了给工程师提供更有用的测量数据，这些旋转坐标系的力和扭矩要转换为车辆坐标系。,Fy,My,Series5400WheelForceTransducer5400系列车轮六分力传感器,40,“O”=Offsetordistancefromthewheelcenter-linetothewheel-to-spindlematingsurface车轮中心线与车轮轴配合面的间距,Standard“Single”tire/wheelcross-section标准单轮截面图,Series5400WheelForceTransducer5400系列车轮六分力传感器,41,SinglewheelWFTset-up单轮WFT结构,Thewheelforcetransducerisdesignedtoreplacethecenterhubofaspeciallymachinedrimorwheelandstraingagedtomeasure3forcesand3momentssimultaneouslyaboutitscenter.车轮六分力传感器安装在经过特殊加工的轮辋和轮毂之间，并利用应变片来同时测量中心位置上的3个方向的力及3个方向的扭矩。,Series5400WheelForceTransducer5400系列车轮六分力传感器,42,WheeloffsetfromthecenterlineofthetiretothecenterlineofthetransducerproducesamomentaboutthevehicleX-axisduetotheverticalload.Whenconsideringtheloadratingofthetransducer,thismomentisaddedtothemomentproducedbysideloadingatthetirepatch.On-linecorrectionforthisoffsetisavailable由于垂直载荷使得车轮中心线与传感器中心线之间产生一个沿车辆X轴方向的扭矩。如果考虑传感器的额定载荷，这个扭矩就被加载到了车轮侧面负载所产生的扭矩之上，对于这个偏置可以进行在线修正。,SinglewheelWFTset-up单轮WFT结构,Series5400WheelForceTransducer5400系列车轮六分力传感器,43,DualwheelWFTset-up双轮WFT结构,PCBistheonlycompanytoofferaflexibleenoughWFTdesignthatthesensormaybe“reused”invariouswheelconfigurationsandaxlelocations.ThePCBWFTmaybeusedfordrivenandtrailingaxles,frontturningortagaxles,andsingle,supersingle,anddualwheelset-ups.PCB是唯一一家能够提供灵活的WFT设计方案的公司，传感器可以在各种车轮配置及车轴位置情况下重复使用。PCB的WFT可以用于驱动牵引轴，前转向或连接的轴，单轮，超大单轮或者双轮结构。,Series5400WheelForceTransducer5400系列车轮六分力传感器,44,SuperSinglewheelWFTset-up超大单轮WFT结构,ThisconfigurationisquitecommonwithheavytruckvehiclesinEurope.该结构在欧洲的重卡车型中极为普遍,Series5400WheelForceTransducer5400系列车轮六分力传感器,45,5400系列车轮六分力传感器主要由传感器、放大器、滑环、信号调理仪、电缆等组成。,信号调理仪,电缆,Series5400WheelForceTransducer5400系列车轮六分力传感器,46,CrossSectionalViewofWFTWFT横截面图,Sensor传感器,SlipRingAdapter滑环适配器,HubAdapter轮毂适配器,CustomRim定制轮辋,SlipRingAssembly*滑环套件,VehicleHub车辆轮毂,tirewalls轮胎壁,*Telemetryavailable遥测可选,Series5400WheelForceTransducer5400系列车轮六分力传感器,47,Class10.9orbetterlugboltfastenerswithauniquetaperedfaceforincreasedclamploadofSensortowheelandhub,signalcable,tetherrodandsuction-cupclampstoprovideafixedmechanical“zero”referenceforcoordinatetransformations10.9级或者更好的扁尾螺栓紧固件，独一无二的锥形面设计，可以增加传感器与车轮和轮毂之间的夹紧力，信号线，线头和吸入式锥形夹头可以提供固定的机械零点参考-用于坐标系转换,RequiredAccessoryPackage附件包,Specifictoeveryapplicationbasedupontiresize,axletype,andboltpattern-PCBrecommends(andwilldesignanddeliver)rimsforwheelforcetransducer-machinedfromforgedAlcoa6061-T6ALnotwelded基于各种应用的轮胎尺寸，车轴类型以及螺栓式样定制-PCB推荐(并负责设计和运输)适用于WFT的定制轮辋，由6061-T6AL式铝材锻造，非焊接成型,CustomRim定制轮辋,Singlemachinedadapterboltsbetweensensorandvehiclehubinterface-availableforpassengercarandlighttruck.Heavytruck/bussensorshaveintegralhuboruniversalhubadapter(toallowsamesensortobeusedonUS,EUorMilitarywheels位于传感器和车辆轮毂之间的整体式螺栓接口适配器，适用于乘用车和轻卡，重卡和客车具有集成的轮毂以及通用的轮毂适配器(使美式、欧式以及军用车轮均可以使用同样的传感器),HubAdapter轮毂适配器,slipring,encoder-instrumentqualityencoderscapableoftransferringamplifiedsignalsofsensorsForces,Moments,angularposition,andspeed滑环，整合了编码器，能够将放大后的传感器的力和扭矩，角位置及车速等信号进行传输,SlipRingAssembly滑环套件,SinglemachinedinterfacetooutboardofWFTsensor-providesprotectedpassageofunamplifiedconnectionsofsensortopreamplifierringonouteredgeofwheel-sizedtoselectedsensorandrimWFT传感器外侧的整体式接口，能够为传感器和车轮外侧的前置放大器之间的未放大信号提供保护，并提供与传感器和轮辋的尺寸匹配,Slip-RingAdapter滑环适配器,Singlemachinedpieceofmetal(aluminum,stainlesssteel,ortitanium)-designedwith6individualstraingagebridgeseachsensitivetooneof3forcesor3moments整体式金属加工(铝、不锈钢、钛)，由六组独立的应变式电桥组成，分别感应三个方向的力和扭矩,WFTSensor车轮六分力传感器,DESCRIPTION,PARTNAME,TIU,TransducerInterfaceUnit(TIU)传感器信号调理仪,Amplifiessignalsandtransformsrotatingsignalsofsensortovehiclecoordinates-outputsresolvedforce,moment,speedandpositionsignals对信号进行放大，并将传感器的旋转信号变换到车辆坐标系-输出转换之后的力、扭矩、车速以及位置信号,Series5400WheelForceTransducer5400系列车轮六分力传感器,WFT技术规格,Series5400WheelForceTransducer5400系列车轮六分力传感器,48,49,5410-5413Example,SlipRingAssembly,Sensor,SlipRingAdapter,Hub,HubAdapter,CustomWheel,Series5400WheelForceTransducer5400系列车轮六分力传感器,50,5414and5415Examples,DualRear,Single,Ex:slipringwithamplifier,Sensor,Carrier(tophat),Hub,Series5400WheelForceTransducer5400系列车轮六分力传感器,51,CompetitiveEdge竞争优势,Proven1-piecesensor(increasedefficiency,unparalleledvalue):整体式传感器(提高效率)Fastset-upandcalibration快速设置和校准Widestflexibility灵活性强Uniquesafetyandreliabilityfeatures独一无二的安全性和可靠性Durability耐久性,52,Fastset-upandcalibration快速设置和校准Nohubadapterrequiredforheavytruckmountsrightontotestvehicle重卡不需要轮毂适配器-正确安装于测试车辆即可Superiortemperatureperformance(Tmax150C,compensation0.005%/)idealforbrakestudies优越的温度稳定性(温度上限150C，补偿0.005%/)-制动研究的理想选择,CompetitiveEdge竞争优势,FastSetupandCalibration快速设置和校准,53,CompetitiveEdge竞争优势,WidestFlexibility灵活性强,Signaltransmissionincludesslipringortelemetry信号传输可通过滑环或者遥测两种方式Accommodatessteered,dualrear,supersingle,ortrailingwheels/axles适用于操控、双轮、超大单轮或者单轮的车轮Norecalibrationrequiredwhenswitchingwheelconfigurations改变车轮设置的情况下无需再校准Universalheavytruckhubadapteravailable通用的重卡轮毂适配器easilyswitchfromUS-EuroMilitary美式、欧式和军用车辆任意变换,54,Exclusivefasteningtechnology-higherclampload,greatersecurity独有的紧固技术，夹紧力更大，更安全Highestwater/dustingressprotection最高的防水防尘保护Temperaturecompensationintegratedintothetransducer传感器集成温度补偿Minimalcrosstalkduetouniquedesignforstruts独立式设计使得交叉干扰最小,CompetitiveEdge竞争优势,Uniquesafetyandreliabilityfeatures独一无二的安全性和可靠性,55,LightestWFTsensorandassembly最轻的安装好的轮力传感器Durabledesign(availableinAL,SS,orTi)耐久设计(铝、不锈钢、钛可选)150%FSoverloadratingsimultaneousinallaxes150%FS各轴向同时的过载保护Integralstopsforextremeoverloadprotection过载保护立刻停止工作，保护传感器,CompetitiveEdge竞争优势,Durability耐久性,56,Applications应用,Onetransducerforseveralapplications:一种传感器，多种应用：Roadloaddataacquisition(RLDA)道路载荷试验数据采集RoadSimulationTestingonavarietyofmanufacturerstestingsystems基于制造商的各种测试设备的道路模拟试验Tirecharacterizationandtreadweartesting轮胎性能和胎面磨损试验Suspensioncharacteristicsanalysis悬架特性分析VehicleDynamicsModeldevelopment车辆动力学模型开发NVHandRide&Handling振动噪声舒适度、乘坐和操控性分析,57,Performdataacquisitiononavarietyofvehicleswiththesamesensor用同样的传感器在各种车辆上进行试验数据采集Minimalsetuptime最短的设置时间Reliabledataoutto400Hz达400Hz的可靠数据,Applications应用,Roadloaddataacquisition(RLDA)道路载荷试验数据采集,58,UsethetransducerwitheithercustomorOEMtestingsystems可在定制的或者OEM的测试系统中使用传感器Analogsignalsfeedrightintotheservoordynamometercontroller模拟信号传输给伺服控制器或者测功机Communicatestoanytestsystem能与任何测试系统通讯,Applications应用,RoadSimulationTesting道路模拟试验,59,Applications应用,Tirecharacterizationandwear轮胎性能和磨损试验,Performmultidegreeoffreedomcharacterizationfortires检测轮胎多自由度的特性Staticordynamiccharacterization静态或动态特性,60,Applications应用,Suspensioncharacteristicsanalysis悬架特性分析,DECOUPLEDCONCEPT,MOVINGVEHICLE解耦合，使车辆运动Full-vehicledurabilitytestrigforserviceloadsimulation台架道路模拟的整车耐久试验,COUPLEDHEXAPOD