CN118149956A - 一种汽车转向系统异响评估装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种汽车转向系统异响评估装置及方法，所述装置包括电磁激振台和上设的转向器固定工装，转向器总成通过转向器拉杆及球头分别挠性连接左侧的激励系统和右侧的缓冲系统；垂向电磁激振器用于仅增加垂向的振动输入；惯量盘用于输入动态转矩；通过传感器采集的响应信号和异响噪音信号经数据采集器处理并在工作站中生成所需异响振动频率信息，用于进行汽车转向系统异响评估。本发明通过设计用于转向系统零部件级别的异响检测台架，不仅可以模拟实际道路使用情况下的异响情况，还可以模拟原地或静态转向过程中产生的异响问题，通过对转向系统总成的Z向和Y向能量激励，完成对转向系统异响性能的检测和问题排查。
Description
技术领域
本发明涉及车辆异响评估技术领域，具体地，涉及一种汽车转向系统异响评估装置及方法。
背景技术
在汽车行业，异响问题一直是一项重要的质量指标，对汽车品牌的声誉和市场竞争力有着直接影响。特别是随着新能源汽车产业的快速发展，原有动力总成的噪音问题逐渐减少，而车辆在行驶过程中产生的其他工作噪音却成为了用户的主要不满，而转向系统作为直接与驾乘人员进行动态反馈的底盘系统部件，其噪音异响水平极其重要。然而，目前车辆在行进过程中难以准确检测转向系统的异响问题，且在早期阶段缺乏针对性，往往导致在投产后期问题失控。
传统的转向系统异响检测方法通常是基于整车系统的检测，需要将转向系统装载到整车上(即车辆正常使用状态)，对转向系统进行噪音和异响源的排查测试。这种方法要大量拆装部件，时间长、效率低、操作复杂，且汽车行驶过程中对底盘零件的工作开展极具危险性，往往不可避免对驾乘人员产生人员意外伤害的风险。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种汽车转向系统异响评估装置及方法。所述装置通过结合台架工装技术，结合激励系统、缓冲系统系统等结构工装，不仅可以模拟实际道路使用情况下的异响情况，还可以模拟原地或静态转向过程中产生的异响问题，通过对转向系统总成的Z向和Y向能量激励，完成对转向系统异响性能的检测和问题排查。
为实现上述发明目的，本发明采用如下所述技术方案：
一种汽车转向系统异响评估装置，包括：
电磁激振台，所述电磁激振台上设有转向器固定工装，用于夹持和固定转向器总成，电磁激振台向转向器总成提供激励；
所述转向器总成通过转向器拉杆及球头分别挠性连接左侧的激励系统和右侧的缓冲系统；
所述激励系统包括有电磁激振器和作动器，用于对转向器总成的拉杆进行轴向力和振动的输出；
所述缓冲系统包括有弹簧系统和/或阻尼系统，用于缓冲吸收振动能量；所述缓冲系统还连接有垂向电磁激振器，用于仅增加垂向的振动输入；
惯量盘，所述惯量盘与转向器总成连接，用于输入动态转矩；
振动传感器和力传感器，所述振动传感器和力传感器连接到转向器拉杆，用于采集响应信号；
麦克风，所述麦克风通过麦克风支架固定，用于采集异响噪音信号；
所述采集的响应信号和异响噪音信号经数据采集器处理并在工作站中生成所需异响振动频率信息，用于进行汽车转向系统异响评估；
一种汽车转向系统异响评估方法，采用上述的汽车转向系统异响评估装置，用于评估汽车转向拉杆球头的异响水平，包括如下步骤：
S100、设定激振周期：将激振周期设定为1秒；
S110、配备传感器：准备一个单向加速度传感器和一个力传感器，并通过匹配的传感器线连接到装置，记录传感器的灵敏度；
S120、静止准备：在拉杆测试前，静止装置超过1小时；以预设电压加载激振器，先使拉杆球头运动1分钟，待测试数据稳定后开始进行数据采集；
S130、数据采集：每个测量周期持续2分钟，其中包含120次峰值到峰值的加速度数据；每1s循环设置两次粘滑运动，得出每次运动的峰值加速度值；
S140、样件合格判断：根据采集的数据判定转向拉杆球头样件合格与否。
优选地，所述S140步骤包括：如果采集的数据峰值到峰值加速度值不超出40m/s2，判定样件合格；如果超出40m/s2，即判定该样件不合格。
一种汽车转向系统异响评估方法，采用上述的汽车转向系统异响评估装置，用于评估汽车转向齿轮齿条敲击的异响水平，包括如下步骤：
S200、测试环境准备：调整测试环境模拟温度范围；确保测试过程中传声器位置处的背景噪声比被测噪声低10dB(A)以上；
S210、确定可接受水平：通过减小转向系统的间隙并进行异响评估，直到达到预设的可接受水平，测试该状态的振动及噪声数据作为客观目标；
S220、装置设置：在齿条衬套处和间隙调整机构处，对整车X、Y、Z方向的加速度值进行采集；按照整车直行状态，将转向器带拉杆总成固定到装置台架上；在齿条衬套处壳体正上方和间隙调整机构处壳体正上方，分别布置一个加速度传感器；将齿条衬套端的安装点固定在缓冲系统上，将齿轮端的安装点固定在载荷加载设备上；
S230、数据采集及处理：采集测试信号并剔除异常信号，对信号数据进行数据处理；
S240、齿轮齿条异响定义及目标设定：依托预设主观评价体系，针对不同异响严重度制定对应目标曲线。
优选地，所述S230、数据采集及处理步骤包括：
测试信号的持续时间不少于30秒，进行5组测试并采集信号以确保数据一致性，剔除异常信号；从采集的振动数据中选取300Hz至8000Hz的加速度值进行滤波分析评价；
对振动数据选择A计权，采用RMS计算方式进行噪声评估；
采用自功率谱，使用汉宁窗，进行峰值平均，重叠率设定为50％进行数据计算；
进行滤波处理，选取300Hz至8kHz之间的1/3倍频程进行分析；
根据ISO532B进行响度分析，将振动数据按N1至N10响度级别进行评估，采用125ms时间平均，同时使用300Hz高通滤波器和8kH低通滤波器进行数据处理。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明通过结合台架工装技术，结合激励系统、缓冲系统系统等结构工装，不仅可以模拟实际道路使用情况下的异响情况，还可以模拟原地或静态转向过程中产生的异响问题，通过对转向系统总成的Z向和Y向能量激励，完成对转向系统异响性能的检测和问题排查。本发明可以在实验室静态环境下进行检测，并能够控制试验条件的一致性，通过激励系统恒定的输出激励可以实现对单一问题的稳定复现，为快速识别异响源头并有针对性地进行问题优化提供了更为便捷和可靠的工具。此外，本专利还可以应用于供应商零部件装车前的质量监控，避免将异响问题带到整车上，从而影响项目进展。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为实施例1所述汽车转向系统异响评估装置的结构图；
图2为实施例2所述汽车转向拉杆球头异响评估方法的流程图；
图3为实施例2所述激振器加载电压的波形图；
图4为实施例3所述汽车齿轮齿条敲击异响评估方法的流程图；
附图标记：
1-激励系统；
2-振动传感器；
3-麦克风支架；
4-转向器总成；
5-转向器固定工装；
6-麦克风；
7-惯量盘；
8-垂向电磁激振器；
9-缓冲系统；
10-工作站；
11-数据采集器；
12-力传感器。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，本申请中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、底…)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。进一步地，在申请中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
第1实施例
如图1所示，本实施例提供一种汽车转向系统异响评估装置，其包括：
电磁激振台，所述电磁激振台上设有转向器固定工装5，用于夹持和固定转向器总成4，电磁激振台向转向器总成4提供特定频率和振幅的振动激励；转向器总成4通过转向器拉杆及球头分别挠性连接左侧的激励系统1和右侧的缓冲系统9。
左侧的激励系统1包括有电磁激振器和作动器，用于对转向器总成4的拉杆进行轴向力和振动的输出。
右侧的缓冲系统9包括有弹簧系统和/或阻尼系统，在整个运行过程中，左侧产生的力与位移通过缓冲系统9缓冲吸收振动能量。
缓冲系统9还连接有垂向电磁激振器8，用于仅增加垂向的振动输入，原理同左侧的激励系统1。
转向器总成4还连接有惯量盘7，用于模拟方向盘输入动态转矩。
振动传感器2和力传感器12，所述振动传感器2和力传感器12连接到转向器拉杆，用于采集响应信号；麦克风6，所述麦克风6通过麦克风支架3固定，用于采集异响噪音信号；测试过程中，振动传感器2、力传感器12和麦克风6采集的响应信号和异响噪音信号经数据采集器11处理并在工作站10中生成所需异响振动频率信息，用于进行汽车转向系统异响评估。
本实施例可以实现如下功能：
1)路谱随机信号激励：电磁激振台可以模拟整车道路使用工况，对振动路谱信号进行迭代输出，也可进行正弦扫频(5-100Hz)，来对转向器总成4进行异响测试或噪音试验；
2)定频驱动：左侧激励系统1通过输出固定频率的力和速度信号，从而对转向器拉杆球头、蜗轮蜗杆齿轮齿条进行异响检测或噪音试验。电磁激振器可输出高频激励信号，如路面侧向激励100Hz以内的力和加速度；作动器即为小型液压作动缸，其可往复输出定速或变速度信号，通常用于模拟左右转动方向盘时方向机的响应。
3)组合激励：在电磁激振台、左侧激励系统1和右侧垂向电磁激振器8同时运行时，可完全模拟整车实际道路使用工况，即在路面垂向激励信号和路面侧向激励信号同时存在的工况，更加全面严苛的实现转向器全工作工况，该工况下的异响测试或噪音试验更具针对性和全面性。
第2实施例
如图2所示，本实施例提供一种汽车转向系统异响评估方法，采用实施例1所述的汽车转向系统异响评估装置，用于评估汽车转向拉杆球头的异响水平，本实施例主要包括如下步骤：
1.设定激振周期：将激振周期设定为1秒。
2.配备传感器：准备一个单向加速度传感器和一个力传感器12，并通过匹配的传感器线连接到装置，记录传感器的灵敏度。
3.静止准备：在拉杆测试前，静止装置超过1小时；然后以图3所示波形电压加载激振器，先使拉杆球头运动1分钟，待测试数据稳定后开始进行数据采集。
4.数据采集：每个测量周期持续2分钟，其中包含120次峰值到峰值的加速度数据。每1s循环设置两次粘滑运动，得出每次运动的峰值加速度值。
5.样件合格判断：根据采集的数据判定转向拉杆球头样件合格与否，如果采集的数据峰值到峰值加速度值不超出40m/s2，判定样件合格；如果超出40m/s2，即判定该样件不合格。
第3实施例
如图4所示，本实施例提供一种汽车转向系统异响评估方法，采用实施例1所述的汽车转向系统异响评估装置，用于评估汽车转向齿轮齿条敲击的异响水平，本实施例主要包括如下步骤：
1.测试环境准备。
测试环境模拟温度范围为-29℃至50℃；确保测试过程中传声器位置处的背景噪声比被测噪声低10dB(A)以上。
2.确定可接受水平。
转向系统齿轮齿条撞击声是由于转向系统内的间隙过大造成的，通过减小转向系统的间隙并进行异响评估，直到达到预设的主观评估可接受水平。测试该状态的振动及噪声数据作为客观目标。
3.装置设置。
按照11KHz的采样率，在齿条衬套处和间隙调整机构处，对整车X、Y、Z方向的加速度值进行采集。
按照整车直行状态，将转向器带拉杆总成固定到装置台架上，并在齿轮轴上安装0.0414kg·m的惯量盘7。
在齿条衬套处壳体正上方和间隙调整机构处壳体正上方，分别布置一个加速度传感器。
将齿条衬套端的安装点固定在缓冲系统9上，将齿轮端的安装点固定在载荷加载设备上。
4.数据采集及处理。
测试信号的持续时间不应少于30秒，进行5组测试以确保数据一致性，并剔除异常信号。
从采集的振动数据中选取300Hz至8000Hz的加速度值进行滤波分析评价。
对振动数据选择A计权，采用RMS(均方根)计算方式进行噪声评估。
采用自功率谱，使用汉宁窗，进行峰值平均，重叠率设定为50％进行数据计算。
进行滤波处理，选取300Hz至8kHz之间的1/3倍频程进行分析。
根据ISO532B进行响度分析，将振动数据按N1至N10响度级别进行评估，采用125ms时间平均，同时使用300Hz高通滤波器和8kH低通滤波器进行数据处理。
4.齿轮齿条rattle(异响)定义及目标设定。
依托主观评价体系—A轻微异响B中度异响C严重异响，针对不同严重度制定对应N1至N10目标曲线。
以上对本发明的具体实施例进行了描述，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。
Claims (5)
1.一种汽车转向系统异响评估装置，其特征在于，包括：
电磁激振台，所述电磁激振台上设有转向器固定工装，用于夹持和固定转向器总成，电磁激振台向转向器总成提供激励；
所述转向器总成通过转向器拉杆及球头分别挠性连接左侧的激励系统和右侧的缓冲系统；
所述激励系统包括有电磁激振器和作动器，用于对转向器总成的拉杆进行轴向力和振动的输出；
所述缓冲系统包括有弹簧系统和/或阻尼系统，用于缓冲吸收振动能量；所述缓冲系统还连接有垂向电磁激振器，用于仅增加垂向的振动输入；
惯量盘，所述惯量盘与转向器总成连接，用于输入动态转矩；
振动传感器和力传感器，所述振动传感器和力传感器连接到转向器拉杆，用于采集响应信号；
麦克风，所述麦克风通过麦克风支架固定，用于采集异响噪音信号；
所述采集的响应信号和异响噪音信号经数据采集器处理并在工作站中生成所需异响振动频率信息，用于进行汽车转向系统异响评估。
2.一种汽车转向系统异响评估方法，其特征在于，采用权利要求1所述的汽车转向系统异响评估装置，用于评估汽车转向拉杆球头的异响水平，包括如下步骤：
S100、设定激振周期：将激振周期设定为1秒；
S110、配备传感器：准备一个单向加速度传感器和一个力传感器，并通过匹配的传感器线连接到装置，记录传感器的灵敏度；
S120、静止准备：在拉杆测试前，静止装置超过1小时；以预设电压加载激振器，先使拉杆球头运动1分钟，待测试数据稳定后开始进行数据采集；
S130、数据采集：每个测量周期持续2分钟，其中包含120次峰值到峰值的加速度数据；每1s循环设置两次粘滑运动，得出每次运动的峰值加速度值；
S140、样件合格判断：根据采集的数据判定转向拉杆球头样件合格与否。
3.根据权利要求2所述的汽车转向系统异响评估方法，其特征在于，所述S140、样件合格判断步骤包括：如果采集的数据峰值到峰值加速度值不超出40m/s2，判定样件合格；如果超出40m/s2，即判定该样件不合格。
4.一种汽车转向系统异响评估方法，其特征在于，采用权利要求1所述的汽车转向系统异响评估装置，用于评估汽车转向齿轮齿条敲击的异响水平，包括如下步骤：
S200、测试环境准备：调整测试环境模拟温度范围；确保测试过程中传声器位置处的背景噪声比被测噪声低10dB(A)以上；
S210、确定可接受水平：通过减小转向系统的间隙并进行异响评估，直到达到预设的可接受水平，测试该状态的振动及噪声数据作为客观目标；
S220、装置设置：在齿条衬套处和间隙调整机构处，对整车X、Y、Z方向的加速度值进行采集；按照整车直行状态，将转向器带拉杆总成固定到装置台架上；在齿条衬套处壳体正上方和间隙调整机构处壳体正上方，分别布置一个加速度传感器；将齿条衬套端的安装点固定在缓冲系统上，将齿轮端的安装点固定在载荷加载设备上；
S230、数据采集及处理：采集测试信号并剔除异常信号，对信号数据进行数据处理；
S240、齿轮齿条异响定义及目标设定：依托预设主观评价体系，针对不同异响严重度制定对应目标曲线。
5.根据权利要求4所述的汽车转向系统异响评估方法，其特征在于，所述S230、数据采集及处理步骤包括：
测试信号的持续时间不少于30秒，进行5组测试并采集信号以确保数据一致性，剔除异常信号；从采集的振动数据中选取300Hz至8000Hz的加速度值进行滤波分析评价；
对振动数据选择A计权，采用RMS计算方式进行噪声评估；
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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