影響轉(zhuǎn)向器臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果的若干因素淺析

1、影響轉(zhuǎn)向部件臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果的若干因素淺析劉運(yùn)來【摘要】通過對(duì)臺(tái)架結(jié)構(gòu)、測(cè)控系統(tǒng)、軟件數(shù)學(xué)算法等因素的分析，找出在汽車轉(zhuǎn)向部件型式試驗(yàn)中，試驗(yàn)設(shè)備本身對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成的影響，并提出問題的解決方法?！娟P(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)向部件，臺(tái)架試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果，影響因素，解決方法1. 引言汽車轉(zhuǎn)向部件的性能直接關(guān)系到汽車行駛的安全性與可靠性，以及駕駛?cè)藛T的操作靈活性與舒適性。對(duì)轉(zhuǎn)向部件進(jìn)行全面精確的性能試驗(yàn)，是汽車轉(zhuǎn)向器產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)裝配和出廠檢驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)。隨著計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)外普遍使用的試驗(yàn)臺(tái)架（以下簡(jiǎn)稱試驗(yàn)臺(tái)）基本都采用了計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)。由于試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試結(jié)果與實(shí)際使用結(jié)果有較好的可比性與一致性，故受到了轉(zhuǎn)

2、向器企業(yè)的一直歡迎。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)轉(zhuǎn)向器企業(yè)試驗(yàn)臺(tái)的保有量已經(jīng)達(dá)到三百多臺(tái)套，這其中國(guó)產(chǎn)設(shè)備占絕大部分。進(jìn)口設(shè)備由于其價(jià)格昂貴、使用成本較高等因素，限制了其在中國(guó)市場(chǎng)的普及率，但是也由于進(jìn)口設(shè)備的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性高于多數(shù)國(guó)產(chǎn)設(shè)備，還是受到了一些經(jīng)濟(jì)實(shí)力較強(qiáng)的轉(zhuǎn)向器企業(yè)的青睞。影響試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試結(jié)果一致性和準(zhǔn)確性的因素有哪些呢？在相同或相近的條件下，影響轉(zhuǎn)向器試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果一致性和準(zhǔn)確性的因素主要有以下幾個(gè)方面。2. 試驗(yàn)設(shè)備關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及工裝夾具的影響有不少轉(zhuǎn)向器企業(yè)反映，使用進(jìn)口試驗(yàn)臺(tái)和使用國(guó)產(chǎn)試驗(yàn)臺(tái)所取得的測(cè)試結(jié)果存在較大差距，且同樣是使用同一臺(tái)試驗(yàn)設(shè)備，進(jìn)口試驗(yàn)臺(tái)所取得的測(cè)試數(shù)據(jù)的一

3、致性明顯好于國(guó)產(chǎn)試驗(yàn)臺(tái)。因此，不同的試驗(yàn)設(shè)備對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響也是不一致的。設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)、加工精度、安裝精度（同軸度和平面度）、傳動(dòng)部件的動(dòng)平衡等都會(huì)影響到測(cè)試結(jié)果的一致性和準(zhǔn)確性。關(guān)鍵傳動(dòng)副采用軟連接，謹(jǐn)慎使用萬向節(jié)，以及工裝夾具的結(jié)構(gòu)、加工精度、剛度和硬度，也都會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。KTS-PSDM型伺服驅(qū)動(dòng)模組 KTS-PSDM型伺服驅(qū)動(dòng)模組圖1在轉(zhuǎn)向器的性能試驗(yàn)項(xiàng)目中，方向盤轉(zhuǎn)向手力是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)。對(duì)于轉(zhuǎn)向手力的測(cè)量，試驗(yàn)臺(tái)輸入軸驅(qū)動(dòng)部件總成的同軸度和部件自身的軸摩擦力是影響測(cè)量準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。因此，提升試驗(yàn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部件的同軸度和降低摩擦是提升測(cè)試結(jié)果精確性的重要環(huán)節(jié)。采用一

4、體化的標(biāo)準(zhǔn)伺服驅(qū)動(dòng)模組代替由獨(dú)立部件組裝而成的分離結(jié)構(gòu)，是提升精確性的重要手段。由于標(biāo)準(zhǔn)化的伺服驅(qū)動(dòng)模組是在特殊條件下獨(dú)立裝配而成，且經(jīng)過多次改進(jìn)并已經(jīng)形成批量生產(chǎn)，其機(jī)械性能遠(yuǎn)優(yōu)于分離組裝，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)精度的提升起到了至關(guān)重要的作用。此外，由于其組成零件采用高進(jìn)度加工和裝配，整個(gè)模組的機(jī)械傳動(dòng)間隙可以做到非常小，對(duì)轉(zhuǎn)向角的測(cè)量精度也提高了幾個(gè)等級(jí)。（如圖1） 對(duì)于工裝夾具的設(shè)計(jì)，盡量采用對(duì)稱設(shè)計(jì)、獨(dú)立懸浮及自適應(yīng)結(jié)構(gòu)，盡量使用獨(dú)立專用的工裝夾具，少用或不用萬能夾具，力爭(zhēng)把因?yàn)橥S度和平面度的對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響降到最低。3. 測(cè)控系統(tǒng)的影響試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)包括硬件平臺(tái)和測(cè)控軟件兩個(gè)部分，具有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的

5、采集和設(shè)備的運(yùn)行控制兩大功能。大量的實(shí)踐證明，測(cè)控系統(tǒng)的性能對(duì)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性具有非常大的影響。影響數(shù)據(jù)的采集的因素主要有以下三個(gè)方面：3.1 測(cè)控系統(tǒng)硬件的采集和運(yùn)行速度測(cè)控系統(tǒng)硬件是影響試驗(yàn)設(shè)備成本構(gòu)成的重要部分，實(shí)時(shí)獨(dú)立多通道的數(shù)據(jù)采集器由于其各采集通道相互獨(dú)立，并且自帶高速中央處理器（CPU）及存儲(chǔ)器（RAM），故擁有較高的采集速率，其性能遠(yuǎn)高于普通非獨(dú)立通道的采集板卡。但由于其制造成本及技術(shù)含量均較高，故價(jià)格不菲，在進(jìn)口試驗(yàn)臺(tái)上被較多采用；國(guó)產(chǎn)試驗(yàn)臺(tái)由于銷售價(jià)格的限制，只在一些高端產(chǎn)品中少量使用。3.2 測(cè)控系統(tǒng)軟件采樣率及數(shù)據(jù)處理算法目前在市場(chǎng)上所見到的轉(zhuǎn)向器試驗(yàn)臺(tái)設(shè)備，所采

6、用的測(cè)控軟件大體上有以下二種：3.2.1. 使用現(xiàn)成的組態(tài)軟件或者類組態(tài)軟件經(jīng)過簡(jiǎn)易的二次開發(fā)。如使用LABELVIEW軟件經(jīng)過二次開發(fā)形成的測(cè)控系統(tǒng)，LABELVIEW軟件屬于開放式二次開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)簡(jiǎn)單容易，但由于其只對(duì)自己公司（NI）的硬件平臺(tái)開放，而NI公司的無論軟件還是硬件價(jià)格都非常昂貴，以及軟件功能的局限性，大大限制了其在試驗(yàn)臺(tái)上面的應(yīng)用。3.2.2. 自主開發(fā)并擁有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件測(cè)控系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)完全由專業(yè)的嵌入式測(cè)控軟件研發(fā)團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)，和硬件平臺(tái)達(dá)到了較高的契合度，較好利用硬件平臺(tái)的資源，把測(cè)控硬件的性能發(fā)揮到最好。在開發(fā)過程中，充分利用底層資源，采集速度快，采樣率較高，并

7、能根據(jù)測(cè)控硬件平臺(tái)的有優(yōu)勢(shì)及試驗(yàn)臺(tái)架的特點(diǎn)，有針對(duì)性地編寫數(shù)據(jù)處理算法，可以達(dá)到很高的數(shù)據(jù)精確度。由于該軟件屬于完全自主研發(fā)，可通過注冊(cè)獲取軟件著作權(quán)，進(jìn)而避免給開發(fā)者和用戶帶來不必要的知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛。測(cè)控系統(tǒng)軟件的采樣率和數(shù)字濾波算法直接影響到采集數(shù)據(jù)的精度和和準(zhǔn)確度，相對(duì)于傳統(tǒng)的RC、LC電子濾波電路，數(shù)字濾波以其方式靈活、通用性強(qiáng)、不需要增加硬件等優(yōu)勢(shì)，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。但由于數(shù)字濾波算法多種多樣，如限幅濾波、限速濾波、中值濾波、加權(quán)平均濾波等，具體算法的選擇一般有軟件開發(fā)者根據(jù)工程的現(xiàn)場(chǎng)情況來決定，并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同的算法其結(jié)果差異性也較大。采樣率反映了單位時(shí)間內(nèi)測(cè)控

8、系統(tǒng)所采集到的有效數(shù)據(jù)的數(shù)量，有些開發(fā)者為了降低開發(fā)成本，采用較低的數(shù)據(jù)采樣率，其結(jié)果的準(zhǔn)確性也受到影響。圖2反映了在同一組原始數(shù)據(jù)中，采用不同的數(shù)字濾波算法所得到的曲線也大為不同。圖23.3 實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)系統(tǒng)的影響。實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)（real-time control system，簡(jiǎn)稱RTCS）是能對(duì)輸入作出快速響應(yīng)、快速檢測(cè)和快速處理，并能及時(shí)提供輸出操作信號(hào)的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)。在轉(zhuǎn)向部件試驗(yàn)臺(tái)的開發(fā)設(shè)計(jì)中，由于其對(duì)響應(yīng)時(shí)間具有嚴(yán)格的要求，故試驗(yàn)臺(tái)設(shè)備采用基于硬件的硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)，在技術(shù)上具有以下特征：1） 多任務(wù)；2） 具有線程優(yōu)先級(jí)；3） 多種中斷級(jí)別；以上可以看出，采用基于硬件的實(shí)時(shí)系統(tǒng)具有

9、很高的同步性能，其測(cè)控精度和準(zhǔn)度都遠(yuǎn)高于采用存在較大的采集滯后時(shí)差的非實(shí)時(shí)系統(tǒng)的試驗(yàn)臺(tái)。4. 測(cè)試環(huán)境對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響影響試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試結(jié)果的環(huán)境因素較多，最常見的主要有溫度、濕度和電磁騷擾。4.1 溫度的影響主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：4.2.1 由于材料熱脹冷縮特性對(duì)被試工件的影響。構(gòu)成轉(zhuǎn)向器產(chǎn)品的材料主要有金屬（鐵、鋁等）、尼龍、橡膠等，不同的材料具有不同的熱脹系數(shù)，由于試驗(yàn)環(huán)境的變化，被試工件的物理特性尤其是力學(xué)特性就會(huì)發(fā)生不同的變化，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果發(fā)生變化。4.2.2 由于材料熱脹冷縮特性對(duì)力學(xué)傳感器件的影響。力學(xué)傳感器大多是采用彈性材料受力形變的原理來實(shí)現(xiàn)對(duì)力的測(cè)量，不同溫度下的形變會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果

10、產(chǎn)生干擾。盡管多數(shù)傳感器采用電子補(bǔ)償技術(shù)來降低溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，但干擾仍不可避免。4.2.3 由于電子元器件的熱穩(wěn)定性對(duì)試驗(yàn)臺(tái)電子測(cè)量部件精度的影響。因半導(dǎo)體材料的特性所致，溫度變化會(huì)對(duì)電子元器件的性能產(chǎn)生一定的漂移作用，這表現(xiàn)在如傳感器放大器、采集器、信號(hào)整理器上面，就會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。4.2 濕度的影響主要表現(xiàn)在二個(gè)方面：4.2.1 對(duì)臺(tái)架金屬部件的銹蝕影響。4.2.2 對(duì)臺(tái)架電子測(cè)量部件的導(dǎo)電性影響。限于篇幅，不做詳細(xì)闡述。4.3 電磁環(huán)境的影響主要是電磁騷擾造成電磁騷擾的因素非常復(fù)雜。在試驗(yàn)臺(tái)的研發(fā)制造中，一般采用的對(duì)抗電磁騷擾的手段主要有以下幾項(xiàng)：1） 合理布線；2） 強(qiáng)弱電

11、獨(dú)立分開；3） 采用屏蔽設(shè)計(jì)；4） 適時(shí)的V/I轉(zhuǎn)換；5） 數(shù)字傳輸；6） 良好的接地。等等。5. 影響測(cè)試結(jié)果一致性的主要因素5.1 環(huán)境的影響環(huán)境的變化不僅影響到測(cè)試結(jié)果的精確性，對(duì)測(cè)試結(jié)果的一致性同樣有很大的影響。5.2 試驗(yàn)臺(tái)參數(shù)設(shè)置的影響為了滿足不同的產(chǎn)品試驗(yàn)以及不同轉(zhuǎn)向器企業(yè)特定的試驗(yàn)要求，KTS系列轉(zhuǎn)向器試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)置了不同的試驗(yàn)參數(shù)供用戶選擇，并允許用戶自行設(shè)置。如果在非同一次試驗(yàn)中選擇了不同的參數(shù)，即使是同一件被試工件，其試驗(yàn)結(jié)果也不會(huì)相同。5.3 試驗(yàn)臺(tái)操作人員的影響在一些自動(dòng)化程度相對(duì)較低的試驗(yàn)臺(tái)架，存在一定的手工作業(yè)。例如對(duì)轉(zhuǎn)向器手力特性的測(cè)量，如果采用人工轉(zhuǎn)舵的方式，由于不同的操作員的操作習(xí)慣不同，就會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響；即使是同一個(gè)操作員，兩次操作也存在差異，就會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果的一致性產(chǎn)生影響。提高試驗(yàn)臺(tái)的自動(dòng)化程度是解決此問題的最有效途徑。6. 小結(jié)：影響試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試結(jié)果的因素很多，本文僅列舉了一些較為常見的因素。要保證試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性，就必須充分考慮到上述各個(gè)因