CN102980763B - 汽车传动系动静耦合扭转疲劳试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车传动系动静耦合扭转疲劳试验方法，步骤如下：（1）、采集汽车行驶时传动系动态转矩；（2）、将汽车传动系安装在试验***上；（3）、计算***的频率响应函数；（4）、计算扭转作动器第一次激励信号；（5）、以第一次激励信号激励扭转作动器，并收集转矩传感器的响应信号，计算响应误差，计算误差对应的驱动信号修正量，当误差≤5%时，记录最终驱动信号；（6）、以最终驱动信号为输入，对汽车传动系进行扭转疲劳试验。本发明采用液压伺服扭转作动器和远程参数控制，在静扭情况下能够在室内高精度模拟汽车传动系在实际行驶时的动态转矩，基于实际行驶转矩进行扭转疲劳试验，具有简单高效准确的优点。

Description

汽车传动系动静耦合扭转疲劳试验方法

技术领域

本发明涉及一种汽车传动系性能试验方法，尤其涉及一种汽车传动系动静耦合扭转疲劳试验方法。

背景技术

汽车传动***是汽车的重要组成部分，主要包括离合器、变速箱、半轴等，这些具有弹性和转动惯量的部件组合在一起,起着为汽车行驶传递扭矩的作用。汽车传动***在实际行驶过程中受到交变扭矩的作用，其零部件及总成的破坏，绝大多数是扭转疲劳失效，为此必须对汽车传动系进行扭转疲劳试验和扭转疲劳寿命评估。目前，汽车传动***扭转疲劳试验主要是对变速器、传动轴等分别在室内采用静态扭转疲劳试验，即在静扭试验台上施加正弦等等幅值交变载荷进行试验，与汽车传动系动态行驶载荷相去甚远，试验精度和效率不高，很容易出现过试验和欠试验情况。目前，国内外还没有包含离合器、变速器、半轴等一体的汽车传动系扭转疲劳试验***，也没有在静扭试验装置上复现动态转矩的装置和方法。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种汽车传动系动静耦合扭转疲劳试验方法。该试验方法在静扭情况下能够在室内高精度模拟汽车传动系在实际行驶时的动态转矩，基于实际行驶转矩进行扭转疲劳试验，具有简单高效准确的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

汽车传动系动静耦合扭转疲劳试验方法，在该方法中采用了一种汽车传动系动静耦合扭转疲劳试验***，该试验***包括计算机、控制器、两个固定支座、转矩传感器和扭转作动器；所述控制器与计算机连接，控制器控制扭转作动器，扭矩传感器与控制器连接；

该方法包括如下步骤：

（1）、采集汽车行驶时传动系动态转矩，获取期望模拟转矩信号                                                ；

（2）、将汽车传动系安装在汽车传动系动静耦合扭转疲劳试验***上，汽车传动系中的变速器两输出半轴分别固定在固定支座上，将转矩传感器和扭转作动器与变速器的动力输入轴连接，通过扭转作动器施加正向或反向扭转，给汽车传动系施加转矩，通过转矩传感器测得的转矩作为反馈；

（3）、控制器给扭转作动器0～80Hz正弦扫频转角信号，测量转矩传感器的响应，按式（1）计算***的频率响应函数；

                        （1）

式中：—正弦扫频转角信号自功率谱密度；

—正弦扫频转角信号和转矩传感器的响应之间的互功率谱密度；

—转矩传感器与扭转作动器之间的频率响应函数；

（4）、以期望模拟转矩信号为目标，根据式（2）和（3）计算扭转作动器第1次激励信号；

                                    （2）

                                    （3）

式中：—的倒数；

    —期望模拟转矩信号的傅里叶变换；

—扭转作动器第1次激励信号；

    —扭转作动器第1次激励信号的傅里叶变换；

（5）、以第1次激励信号激励扭转作动器，并收集转矩传感器的响应信号，用式（4）计算响应误差，用式（5）和（6）计算误差对应的驱动信号修正量：

                                 （4）

                                 （5）

                                  （6）

式中：—的傅里叶变换；

—收集转矩传感器的响应信号与期望模拟转矩信号在频域中的误差；

   —误差对应驱动信号；

   —的傅里叶变换；

修正驱动信号为；

以修正驱动信号作为驱动，不断重复前面的过程，并以式（7）实时计算误差值，当误差≤5%时，记录最终驱动信号；

                        （7）

式中：—第n次迭代误差值；

  —第n次收集的响应信号傅里叶变换；

（6）、以最终驱动信号为输入，对汽车传动系进行扭转疲劳试验。

本发明的有益效果是：本发明采用液压伺服扭转作动器和远程参数控制，在静扭情况下能够在室内高精度模拟汽车传动系在实际行驶时的动态转矩，基于实际行驶转矩进行扭转疲劳试验，具有简单高效准确的优点。

附图说明

图1为汽车传动系动静耦合扭转疲劳试验***的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

汽车传动系动静耦合扭转疲劳试验方法，在该方法中采用了一种汽车传动系动静耦合扭转疲劳试验***。该汽车传动系动静耦合扭转疲劳试验***的结构如图1所示，包括计算机、控制器、两个固定支座、转矩传感器和扭转作动器。控制器与计算机连接，控制器控制扭转作动器，扭矩传感器与控制器连接。

变速器两输出半轴输出端用固定支座固定，通过扭转作动器施加正向和反向扭转，给整个传动***施加转矩，整套试验***近似于静态扭转。该试验***的扭转作动器、转矩传感器、控制器和计算机组成一个闭环控制***，通过转矩传感器测得的转矩作为反馈，实时控制和修正扭转作动器，使得传动系中的转矩与汽车行驶时传动系的动态转矩相同，从而使得汽车传动系行驶动态转矩在静扭试验台得到复现，实现动静耦合，在此基础上进行扭转疲劳试验，更加符合实际情况。

该汽车传动系动静耦合扭转疲劳试验方法，包括如下步骤：

（1）、采集汽车行驶时传动系动态转矩，并对转矩信号进行分析处理，获取期望模拟转矩信号；

（2）、将汽车传动系安装在汽车传动系动静耦合扭转疲劳试验***上，汽车传动系中的变速器两输出半轴分别固定在固定支座上，转矩传感器和扭转作动器与变速器的动力输入轴连接，通过扭转作动器施加正向或反向扭转，给汽车传动系施加转矩，通过转矩传感器测得的转矩作为反馈；

（3）、控制器给扭转作动器0～80Hz正弦扫频转角信号，测量转矩传感器的响应，按式（1）计算***的频率响应函数；

                        （1）

式中：—正弦扫频转角信号自功率谱密度；

—正弦扫频转角信号和转矩传感器的响应之间的互功率谱密度；

—转矩传感器与扭转作动器之间的频率响应函数；

（4）、以期望模拟转矩信号为目标，根据式（2）和（3）计算扭转作动器第1次激励信号；

                                    （2）

                                    （3）

式中：—的倒数；

    —期望模拟转矩信号的傅里叶变换；

—扭转作动器第1次激励信号；

    —扭转作动器第1次激励信号的傅里叶变换；

（5）、以第1次激励信号激励扭转作动器，并收集转矩传感器的响应信号，用式（4）计算响应误差，用式（5）和（6）计算误差对应的驱动信号修正量：

                                 （4）

                                 （5）

                                  （6）

式中：—的傅里叶变换；

—收集转矩传感器的响应信号与期望模拟转矩信号在频域中的误差；

   —误差对应驱动信号；

   —的傅里叶变换；

修正驱动信号为；

以修正驱动信号作为驱动，不断重复前面的过程，并以式（7）实时计算误差值，当误差≤5%时，记录最终驱动信号；

                        （7）

式中：—第n次迭代误差值；

  —第n次收集的响应信号傅里叶变换；

（6）、以最终驱动信号为输入，对汽车传动系进行扭转疲劳试验。

该汽车传动系动静耦合扭转疲劳试验***及其试验方法具有如下特点：

1、在室内静态扭转试验***上实现动态转矩模拟，实现了动静耦合，试验***简单。

2、以模拟的实际动态转矩进行扭转疲劳试验，试验情况更加符合实际，试验高效准确。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.汽车传动系动静耦合扭转疲劳试验方法，其特征在于，在该方法中采用了一种汽车传动系动静耦合扭转疲劳试验***，该试验***包括计算机、控制器、两个固定支座、转矩传感器和扭转作动器；所述控制器与计算机连接，控制器控制扭转作动器，扭矩传感器与控制器连接；

该方法包括如下步骤：

(1)、采集汽车行驶时传动系动态转矩，获取期望模拟转矩信号y_Td(t)；

(2)、将汽车传动系安装在汽车传动系动静耦合扭转疲劳试验***上，汽车传动系中的变速器两输出半轴分别固定在固定支座上，转矩传感器和扭转作动器与变速器的动力输入轴连接，通过扭转作动器施加正向或反向扭转，给汽车传动系施加转矩，通过转矩传感器测得的转矩作为反馈；

(3)、控制器给扭转作动器0～80Hz正弦扫频转角信号x_s(t)，测量转矩传感器的响应y_T(t)，按式(1)计算***的频率响应函数H(f)；

$H\left(f\right)=\frac{S_{\mathrm{xy}}\left(f\right)}{S_{\mathrm{xx}}\left(f\right)}---\left(1\right)$

式中：S_xx(f)—正弦扫频转角信号x_s(t)自功率谱密度；

S_xy(f)—正弦扫频转角信号x_s(t)和转矩传感器的响应y_T(t)之间的互功率谱密度；

H(f)—转矩传感器与扭转作动器之间的频率响应函数；

(4)、以期望模拟转矩信号y_Td(t)为目标，根据式(2)和(3)计算扭转作动器第1次激励信号；

X₀(f)＝H^-1(f)Y_Td(f)         (2)

x₀(t)＝IFFT[X₀(f)]           (3)

式中：H^-1(f)—H(f)的倒数；

Y_Td(f)—期望模拟转矩信号y_Td(t)的傅里叶变换；

x₀(t)—扭转作动器第1次激励信号；

X₀(f)—扭转作动器第1次激励信号x₀(t)的傅里叶变换；

(5)、以第1次激励信号激励扭转作动器，并收集转矩传感器的响应信号y₀(t)，用式(4)计算响应误差，用式(5)和(6)计算误差对应的驱动信号修正量：

E(f)＝Y_Td(f)-Y₀(f)         (4)

X_e(f)＝H^-1(f)E(f)         (5)

x_e(t)＝IFFT[X_e(f)]           (6)

式中：Y₀(f)—y₀(t)的傅里叶变换；

E(f)—收集转矩传感器的响应信号y₀(t)与期望模拟转矩信号y_Td(t)在频域中的误差；

x_e(t)—误差对应驱动信号；

X_e(f)—x_e(t)的傅里叶变换；

修正驱动信号为x₁(t)＝x₀(t)+x_e(t)；

以修正驱动信号x₁(t)作为驱动，不断重复前面的过程，并以式(7)实时计算误差值，当误差≤5％时，记录最终驱动信号；

$e_n=\frac{\sqrt{\underset{f}{\mathrm{\Σ}}{(Y_{\mathrm{Td}}\left(f\right)-Y_n\left(f\right))}^2}}{\sqrt{\underset{f}{\mathrm{\Σ}}{Y}_{\mathrm{Td}}^2\left(f\right)}}\×100\%---\left(7\right)$

式中：e_n—第n次迭代误差值；

Y_n(f)—第n次收集的响应信号傅里叶变换；

(6)、以最终驱动信号为输入，对汽车传动系进行扭转疲劳试验；

本试验方法中的扭转作动器、转矩传感器、控制器和计算机组成一个闭环控制***，通过转矩传感器测得的转矩作为反馈，实时控制和修正扭转作动器，使得传动系中的转矩与汽车行驶时传动系的动态转矩相同，从而使得汽车传动系行驶动态转矩在静扭试验台得到复现，实现动静耦合，在此基础上进行扭转疲劳试验。