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汽车转向系统固有频率测量系统及方法
【专利摘要】一种汽车转向系统固有频率测量系统及在该系统中实现固有频率测量的方法。其中，系统主要由激励系统、测量传感器和测量分析系统组成；该方法测量加速度传感器的加速度信号和电磁振荡器产生激振力信号，判断是否发生共振，在共振时，激振力信号的频率则就是转向系统的固有频率。本发明的系统和方法，对于测量人员来说容易掌握并测量准确。
【专利说明】汽车转向系统固有频率测量系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及检测测量【技术领域】，尤其涉及一种汽车转向系统固有频率测量系统及方法。
【背景技术】
[0002]汽车转向系统的振动是驾驶员可以直接感知到的敏感振动，它直接影响整车的操纵稳定性和行驶平顺性。研究发现，转向系统的振动主要是由于汽车在高速行驶的过程中路面的不平和发动机的怠速激励造成的，并且在发动机怠速下转向盘的抖振最为敏感，发动机在怠速的情况下汽车产生的振动是由于活塞往复运动的惯性力造成的，它的振动频率与发动机的缸数和转速有关，乘用车发动机怠速转速一般为700-1000rPm，对于4气缸的乘用车其激振频率约为20-35HZ，对于6气缸的乘用车激振频率约为35-50HZ。当转向系统的固有频率和振动激励频率接近时，将会引起转向盘的过大振动。由于汽车转向盘和驾驶员的手直接接触，因此转向盘的振动大小必须控制在可以接受的范围内，否则会引发驾驶员的疲劳，并使汽车舒适性受到影响。所以在设计汽车时，为了避免共振，四缸的乘用车其转向系统的固有频率需大于35Hz ;六缸的乘用车其转向系统的固有频率需大于50Hz。
[0003]现有汽车转向测试系统一般都采用力锤激励法，由于在进行测试和使用力锤时，要进行测试触发设置，触发设置的信号源是力锤的力信号，每次的力锤激励只有达到设定的触发区域时，系统才会采集并处理数据。另外，由于需要进行多次平均，每次力锤激励时，需要测试人员保持平稳的力度，每次的激励不应差别太大，同时还要注意，锤击时应避免因构件反弹而引起的两次锤击。脉冲锤激振虽然简便有效，但在着力点位置、力的大小、方向的控制方面要有熟练的操作技巧，否则会产生很大的随机误差，这对于一般测量人员不容易掌握，而且测试效果也较差。

【发明内容】

[0004]为了解决测试过程中出现的上述技术问题，本发明提出了一种具有固有频率的汽车转向系统测量技术方案，该技术方案通过测量转向系统的固有频率，判断其是否在激励频率范围内，以优化转向系统的振动特性、抑制共振。
[0005]本发明提供了一种汽车转向系统固有频率测量系统，该系统主要由激励系统、测量传感器和测量分析系统组成:
其中，
激励系统由电磁激振器、电磁振荡器驱动系统组成；
测量传感器采用三向加速度传感器；
测量分析系统包括信号调理放大电路、数据采集卡和工控机。
[0006]电磁振荡器驱动系统主要由PIC单片机、PWM信号发生电路、逆变电路、调幅直流电源和滤波电路组成。该电磁振荡器驱动系统以Pic单片机为主控单元，结合PWM信号发生电路，采用全桥逆变式功率输出方式，输出大电流振荡方波，经过滤波电路转变成正弦波，来驱动电磁激振器进行简谐振动，从而对转向系统进行振动激励，使转向盘获得一定幅度、频率的正弦波形式的激振力。
[0007]电磁激振器固定在转向盘的激励位置，也就是12点钟位置。
[0008]七个三向加速度传感器布置在转向盘上，其中六个三向加速度传感器均匀布置在转向盘的支点上、一个三向加速度传感器布置在转向盘中心，分别用于测量每个测点径向、切向和垂向方向的加速度信号；
每个三向加速度传感器的三个输出管脚Xout、Yout、Zout分别为切向X、径向Y、垂向Z三个方向上的加速度信号；
为了提高测量的精度在每个输出管脚上设置了前置RC滤波器。
[0009]测试分析系统包括信号调理放大电路、数据采集卡和工控机；
调理放大电路将三向加速度传感器测量的转向盘的振动信号进行放大、滤波；
数据采集卡可以同时采集多个通道的信号，第一通道接收电磁振荡器产生激振力信号，其他通道分别接收七个测点加速度传感器三个方向上产生的加速度信号；
数据采集卡最终将接收的信号传输至工控机。
[0010]一种在汽车转向系统固有频率测试系统中测量固有频率的方法，该方法包括，
电磁振荡器产生激振力信号输入至数据采集卡的第一通道，一个测点加速度传感器产生的加速度信号输入第二通道，设置第一通道为X方向，设置第二通道为y方向，X与y垂直。激振力驱动转向盘做简谐振动，X方向的激振力信号与I方向的加速度信号分别为:激振力信号为:
【权利要求】
1.一种汽车转向系统固有频率测量系统，其特征在于，该系统主要由激励系统、测量传感器和测量分析系统组成: 其中， 激励系统由电磁激振器、电磁振荡器驱动系统组成； 测量传感器采用三向加速度传感器； 测量分析系统包括信号调理放大电路、数据采集卡和工控机。
2.根据权利要求1所述的固有频率测量系统，其中， 电磁振荡器驱动系统主要由PIC单片机、PWM信号发生电路、逆变电路、调幅直流电源和滤波电路组成；该电磁振荡器驱动系统以PIC单片机为主控单元，结合PWM信号发生电路，采用全桥逆变式功率输出方式，输出大电流振荡方波，经过滤波电路转变成正弦波，来驱动电磁激振器进行简谐振动，从而对转向系统进行振动激励，使转向盘获得一定幅度、频率的正弦波形式的激振力； 电磁激振器固定在转向盘的激励位置，也就是12点钟位置； 七个三向加速度传感器布置在转向盘上，其中六个三向加速度传感器均匀布置在转向盘的支点上、一个三向加速度传感器布置在转向盘中心，分别用于测量每个测点径向、切向和垂向方向的加速度信号； 每个三向加速度传感器的三个输出管脚Xout、Yout、Zout分别为切向X、径向Y、垂向Z三个方向上的加速度信号； 为了提高测量的精度在每个输出管脚上设置了前置RC滤波器； 调理放大电路将三向加速度传感器测量的转向盘的振动信号进行放大、滤波； 数据采集卡可以同时采集多个通道的信号，第一通道接收电磁振荡器产生激振力信号，其他通道分别接收七个测点加速度传感器三个方向上产生的加速度信号； 数据采集卡最终将接收的信号传输至工控机。
3.—种在权利要求1、2任意之一的系统中测量固有频率的方法，其特征在于，该方法包括， 电磁振荡器产生激振力信号输入至数据采集卡的第一通道，一个测点加速度传感器产生的X方向加速度信号输入第二通道，设置第一通道为X方向，设置第二通道为y方向，X与I垂直；激振力驱动转向盘做简谐振动，X方向的激振力信号与y方向的加速度信号分别为: X方向的激振力信号为:F =Asin ωx 其中:t为时间，A为激振力信号的振幅；0为激振力信号的频率； y方向的加速度信号为:y = -ω2Bsin(ωt-φ) V为转向盘测点X方向加速度，ω为加速度信号频率，B为加速度信号幅值，P为X轴信号和y轴信号的相位差； 设转向盘的固有频率为,色φ=π?2时，转向盘发生共振，即? = ，频率0即为转向盘的固有频率。
【文档编号】G01H1/14GK103837223SQ201410082662
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月7日 优先权日:2014年3月7日
【发明者】高洁, 王亮, 徐乐年, 任来红, 苏兴明 申请人:山东科技大学