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轻型车EPS转向系统道路模拟耐久试验
2020-10-20 13:22:29· 来源：ATC汽车底盘 作者：车佳黎
道路模拟耐久试验简介背景介绍随着汽车行业的进步，转向系统试验经历了整车搭载道路耐久试验，到传统台架耐久试验，再到道路模拟耐久试验三个阶段的发展。整车搭
道路模拟耐久试验简介
背景介绍
随着汽车行业的进步，转向系统试验经历了整车搭载道路耐久试验，到传统台架耐久试验，再到道路模拟耐久试验三个阶段的发展。
整车搭载转向系统零部件道路耐久试验
汽车工业走过了一百多年的发展历程，对行驶寿命、行驶安全等等以及如何更好的提高汽车的行驶寿命同时又要降低成本成了汽车研发工程师的追求，于是提出了全历程的道路试验-----试车场整车耐久试验，通过试验为汽车研发工程师提供了宝贵的设计更改依据。
优点：这种试验最接近用户的实际使用情况，能真实的反映出转向系统零部件总成的实际疲劳寿命情况。
缺点：试验周期长、费用高、因此在新车型开发中就限制了这个试验手段的使用。
传统转向系统台架耐久试验：
随着汽车工业的进一步发展，汽车工业的竞争日趋激烈要求汽车制造商必须更快的推出新一代的车型，才能保证在激烈的市场竞争中立于不败之地，于是到了20世纪60年代出现了室内台架模拟试验。
传统的台架试验是将转向系统安装于试验台架上，利用液压伺服系统对零部件按规定的载荷进行加载。一般方向盘输入端作为角度输入控制，行程为齿条全行程的90%左右，转向拉杆作为载荷的输入端，按照给定的载荷进行等幅定频加载。加载波形一般为正弦波、方波或者三角波，频率固定。
优点：能够节省试验周期、试验费用相对较低，有针对性的进行转向系统的零部件疲劳耐久试验。
缺点：传统的台架耐久试验很难模拟出整车在实际行驶中转向系统零部件所受到的动态激励，这种动态激励是随着时域在不停 产生变化的，其频率、幅值都是变化的。所以传统的台架耐久试验缺点在于试验的真实还原性较差。
转向系统道路模拟耐久试验：
为了既能节省开发周期与成本，又能更准确的达到最真实的反映零部件的疲劳寿命情况，所以衍生出了道路模拟耐久试验。先是有整车的四立柱道路模拟试验台，再到有针对各零部件系统的道路模拟试验台。
在室内进行汽车零部件道路模拟试验，可以排除气候等因素的影响，大大地缩短试验周期和节约资金，并且试验的可控性好，试验结果的重复性强、精度高，便于对比，使汽车零部件的开发周期缩短，具有重要的汽车工程应用价值。
转向系统道路模拟耐久试验的核心就是时域波形复现。时域波形复现就是在时域内复现汽车道路行驶时所承受的载荷波形。从理论上讲，它是最为“精确”的模拟试验。
道路模拟耐久试验简介
转向系统道路模拟耐久试验：将转向系统路谱数据（转换成时域波形）导入转向系统五轴试验设备，通过迭代，反推出驱动程序，进行道路模拟耐久试验。
实现转向系统在台架试验中模拟出其在整车道路试验中转向系统各零部件所受激励情况与疲劳损耗，使其试验效果与道路试验达到高度的一致性与同步性。
1、相比于传统耐久试验，其模拟精度高，能最大限度的等同于整车耐久试验；
2、能较好的代替整车道路试验，有效的节约开发成本和缩短试验周期；
3、有大量的数据监控，能及时准确的发现试验中的问题；
4、某一车型只需采一次路谱，便可以更换不同厂家的零部件进行试验，灵活性高。
数据采集、分析、处理
采集的试验路况可包含：铁轨路、共振路、搓板路、扭转路、卵石路、坑洼路、井盖路、路缘冲击路、比利时路、碎石路、住宅路、砂石路、8字路、原地打方向、坡道驻车原地打方向、上山路、下山路等各种综合路况。
数据格式最好转换为为TXT或者Excel格式，一种路况的数据时长一般不超过1分钟。
也支持将目前主流的数采设备采集的路谱数据格式转换成系统支持的Sef格式。
转换成时域曲线后，对数据的信号量、单位、相位、初始值置零进行数据处理
对时域波形中的异常冲击波形进行剔除。
最终处理好的时域波形
ICS迭代控制过程
ICS（Iteration Control System，迭代控制系统）是一个功能强大的工具，可以用来重建大量系统需要响应的时域信号。
ICS过程分为两个阶段；
- 系统识别过程，计算系统驱动响应的传递函数 ；
- 迭代过程，使用第一个过程计算的传递函数的反函数来创建一个系统驱动，该驱动将得到一个实际响应。
传递函数
通过选择驱动传感器信号和测定的目标响应信号，用户选择输入和输出向量，通过这些向量最终计算出传递函数矩阵，也就是所谓的系统矩阵。
传递函数是一种数学模型，与系统的微分方程相对应，它是系统本身的一种属性，与输入量的大小和性质无关，因此可以在白噪声识别阶段，通过播放一个能量较小的随机波形，通过得到的响应波形便可计算出系统的传递函数，从而进一步针对各种不同形式的目标波形反求出系统的输入信号。
导入ICS过程主要是用于对之前已完成的会话导入，可以通过修改已完成的完整会话中替换Desired file可以减少设置的步骤，尤其是在系统不需要重新识别的时候。
ICS新建会话有2种形式，分别为标准形式，用于迭代路谱，另一种为识别形式，仅仅识别系统的输入与响应的相关性。
对于新建立的会话过程也可以通过导入其它会话的已有参数。（该功能用的较少）
打开目标路谱文件，预览后如下图所示。对于标准的任务，所需响应文件由SEF文件格式中的时域信号来获取。
系统识别过程（计算传递函数关系）对于整个ICS过程迭代的收敛特性至关重要，尤其是在迭代复杂波形、存在共振及明显外部非线性干扰的情况。
在允许的能量范围内，可尽量提高白噪声的能量，理论上白噪声PSD与目标路谱的PSD越接近，所得到的系统矩阵越有利于迭代收敛。
运行白噪声，计算系统驱动响应的传递函数
白噪声播放结束后，通过对应的响应文件，系统即可计算出系统矩阵。
如果相关性较差，则需要调整白噪声参数重新识别系统。
Multiple Coherence 多重相干性，在控制频率带宽内，通过调整白噪声参数使得多重相干性达到0.8或者更大，才认为是计算出的传递函数为有效。
驱动程序生成
迭代过程：按照流程箭头指示，依次完成，则可以完成第一次迭代，点击Next计算出RMS及第二次驱动文件。
迭代过程能够手动操作或者自动迭代，自动迭代在成功计算和执行第一次所需驱动文件预算后才可行。一旦激活自动迭代，软件会不断自动迭代直到满足下面条件之一：
- 达到目标RMS目标值；
- 任意响应通道的RMS误差大于上一次迭代大【发散】；
- 用户关闭自动迭代。
多次迭代后（次数无具体限制，系统识别准确，相关性越好，且波形不复杂，次数较少），RMS值落入到目标值10%以内即可，此时对比目标波形与实际响应波形，基本一致。
一般来说，位移与角度的RMS值达到10%以内是比较容易的，力与扭矩的RMS值达到10%以内是较难的，特别是响应频率越高，则越不容易达到。
迭代完成后，会得到相对应的驱动数据，数据中包含有方向盘输入角度、左右拉杆轴向力、左右拉杆外球销垂直位移、以及车速信号的时域波形。在试验中运行驱动程序，分别对其进行同步控制，便可得到想要的响应。
EzFlow试验流程图
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