專利名稱：測量小動態(tài)振幅下轉(zhuǎn)向柱的扭轉(zhuǎn)動力學(xué)特性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測試轉(zhuǎn)向柱的動態(tài)特性的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)車輛在道路上操作時，路面的凹凸不平會引起車輛輪胎的 運(yùn)動。這些運(yùn)動隨后會經(jīng)過車輛懸架傳遞給車輛內(nèi)部。在有些情況下， 這些運(yùn)動會從道路傳遞給方向盤，從而是駕駛員可感受到的討厭的振 動。此外，位于車輛拐角處的轉(zhuǎn)動部件會有不規(guī)則性，例如輪胎、 車輪和制動盤的不平衡、不圓和偏心。這些不規(guī)則性還會引起產(chǎn)生運(yùn) 動的車輛內(nèi)部力，這些運(yùn)動傳遞給車輛內(nèi)部。在平路上，這些運(yùn)動在 乘客附近作為振動為最為顯著，對于這種情況，外部運(yùn)動源不明顯。
現(xiàn)；并且可稱之、為周期性的。 一種特定一類型的^期振動包括方向盤的 扭轉(zhuǎn)運(yùn)動并且可稱之為"平路搖晃(smooth road shake )"。

發(fā)明內(nèi)容
提供 一 種用于在低動態(tài)振幅下測量轉(zhuǎn)向柱的動態(tài)特性的方 法，該柱或柱組件具有輸入端和輸出端。該低動態(tài)振幅代表著較平坦 道路上車輛的操作或者是表征平路搖晃的狀況。該方法包括將轉(zhuǎn)向柱 安裝到測試夾具中并且執(zhí)行第 一測試運(yùn)行。該測試運(yùn)行包括使轉(zhuǎn)向柱 的輸入端受到第 一組輸入激勵并且測量在輸出端處由第 一組輸入激勵 引起的第一組輸出狀況。這些輸出狀況包括輸出端的加速度、速度和 位置中的至少一個。方向盤或轉(zhuǎn)向柱底座可以是輸出端。該方法然后 可以確定第 一組輸出狀況是否在預(yù)定或預(yù)選的輸出范圍之內(nèi)。而且，第 一組輸入激勵可包括具有第 一選定頻率范圍和/或 第一選定轉(zhuǎn)矩的正弦激勵?？梢允褂瞄_環(huán)計算從第一組輸出狀況確定 第一選定轉(zhuǎn)矩，從而獲得第一目標(biāo)加速度?？梢詧?zhí)行第二測試運(yùn)行，包括使轉(zhuǎn)向柱的輸入端受到第二組輸入激勵，并且在轉(zhuǎn)向柱受到第二組輸入激勵時測量輸出端處的第二 組輸出狀況。第二組輸出狀況也可以包括輸出端的加速度、速度和位 置中的至少 一個?？梢允褂昧?一開環(huán)計算確定用于第二組輸入激勵的 第二選定轉(zhuǎn)矩，從而獲得不同于第一目標(biāo)加速度的第二目標(biāo)加速度。對來自第一組輸入激勵和輸出狀況的數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋從而確 定被測試的轉(zhuǎn)向柱的固有頻率，并且將該固有頻率與預(yù)定的固有頻率 范圍進(jìn)行比較。第一選定頻率范圍可以大約為1到30赫茲，第一和第 二目標(biāo)加速度可以從大約l到10弧度/秒2的范圍內(nèi)選擇。測試數(shù)據(jù)的另 一 用途包括從所述第 一 組輸出狀況和所述第 一組輸入激勵確定第一方向盤輪緣增益(rim gain),并且確定第一方向 盤輪緣增益是否低于最大可允許的水平?？梢栽诓煌诘谝贿x定頻率 范圍的第二選定頻率范圍確定方向盤輪緣增益，并且第二選定頻率范 圍可以大約等于10到20赫茲。方向盤輪緣增益的最大可允許水平可 以約等于1除以方向盤的極慣性矩。該方法還可以包括在第 一和/或第二測試運(yùn)行期間使輸入端 受到顫振激勵。另外，這些測試運(yùn)行可以具有第一選定位移和頻率， 并且可以通過將第一組輸出狀況擬合成單自由度方程式來確定固有頻 率，該方程式包括彈簧常數(shù)、阻尼常數(shù)和極慣性矩中的至少一個。本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)及其他特征和優(yōu)點(diǎn)將通過對實(shí)施 本發(fā)明的最佳模式及其它實(shí)施例的同時參照附圖的下列詳細(xì)描述變得 明顯。


圖1是用于測量轉(zhuǎn)向柱組件的扭轉(zhuǎn)動力學(xué)特性的測試夾具的 示意透視圖；圖2是在小動態(tài)振幅下測量轉(zhuǎn)向柱的扭轉(zhuǎn)動力學(xué)特性的方 法的流程圖；和圖3是輸出狀況作為輸入激勵的函數(shù)的示例圖表，在這種情 況下，增益作為頻率的函數(shù)。
具體實(shí)施例方式參照這些附圖，其中，在這幾個附圖中，相同的附圖標(biāo)記對應(yīng)于相同或相似的部件，在附圖中示出了用于在低動態(tài)振幅下測試和 測量轉(zhuǎn)向柱的動態(tài)特性的指示性、示例性過程，該低動態(tài)振幅可以是 平路搖晃的特征。這個測試可用于協(xié)助進(jìn)行正確的部件設(shè)計和選擇， 從而使振動水平降低和降低駕駛員感知的振動。圖1示出了可與本發(fā)明一起使用的測試夾具IO的示意說明 的透視圖。轉(zhuǎn)向柱組件12通過保持軸承14的托架16安裝或者以其他 方式固定于測試夾具10。轉(zhuǎn)向柱組件12包括由軸承14支撐的轉(zhuǎn)向軸18。通過使用 與將轉(zhuǎn)向柱12附接到車輛(未示出)的相同托架16,測試夾具10可 以模擬轉(zhuǎn)向柱組件12安裝在車輛中時的實(shí)際支撐結(jié)構(gòu)、安裝點(diǎn)和運(yùn)行 條件。轉(zhuǎn)向柱組件12可包括附加的軸承14,從而在托架16的相對端 處為轉(zhuǎn)向軸18提供附加支撐，并且許多實(shí)施例會包括兩個這種軸承。 替換性地，可以用模擬托架(未示出)來支撐轉(zhuǎn)向軸18或轉(zhuǎn)向軸18 14。在圖l所示實(shí)施例中，測試夾具10將輸入激勵作用到轉(zhuǎn)向 柱組件12的輸入端20并且測量與輸入端20大體相對的輸出端22處 所得狀況。輸入和輸出端20和22不需要相對于轉(zhuǎn)向柱組件12固定， 測試夾具10可以構(gòu)造成將輸入激勵作用到被測試的轉(zhuǎn)向柱組件12的 任一端。圖1所示測試結(jié)構(gòu)包括在輸入端20處的附接臂24以將輸入 激勵傳遞到轉(zhuǎn)向柱組件12。該實(shí)施例使用兩個激勵裝置26,例如使用 支臂(stinger) 27連接至轉(zhuǎn)向柱組件12的電磁振動器，從而在附接臂 24的相對端上施力。支臂27是細(xì)長桿，以高彎曲順應(yīng)性和低軸向(與 對稱機(jī)體軸線同心)順應(yīng)性為特色，這會是本領(lǐng)域技術(shù)人員公認(rèn)的。激勵裝置26構(gòu)造成使附接臂24上的輸入力矢量的總和為 零。因而，激勵裝置26繞與轉(zhuǎn)向軸18同軸延伸的軸線將轉(zhuǎn)矩施加到 轉(zhuǎn)向柱組件12。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，測試夾具IO不需要使用與圖1 所示類型完全一致的激勵裝置26。例如，可使用轉(zhuǎn)矩電動機(jī)將類似轉(zhuǎn) 矩施加到轉(zhuǎn)向柱組件12中。在使用轉(zhuǎn)矩電動機(jī)的實(shí)施例中，附接臂24 不是必需的，因?yàn)檗D(zhuǎn)矩可以通過轂或花鍵(未示出)直接地(且同軸 地)傳遞給轉(zhuǎn)向軸18。另一示例可涉及使用單個激勵裝置26 (振動器和支臂)，其連接至轉(zhuǎn)向柱組件12,與轉(zhuǎn)向軸18隔開一段距離，繞可 轉(zhuǎn)向的軸線施加轉(zhuǎn)矩。.激勵裝置26構(gòu)造成可變地使轉(zhuǎn)向柱組件12經(jīng)歷受控周期性 或振蕩的輸入激勵(周期施力函數(shù))。周期性激勵可以模擬車輛的振動， 并且可以構(gòu)造成模擬平路搖晃狀況下車輛的操作。在 一個測試實(shí)施例 中，激勵裝置26構(gòu)造成輸入具有在約1至30赫茲(Hz)之間可變的 輸入頻率范圍的周期性或振蕩的激勵。在整個公開和所有附圖中，頻 率可縮寫為"f'。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，輸入激勵不需要是完全周 期性的，而是可以包括以不定時間間隔作用的力和位移。另外，還可以作用顫振來響應(yīng)于在表面上光滑但仍然有凹凸 的道路上的運(yùn)動(平路搖晃)而進(jìn)一步模擬車輛中轉(zhuǎn)向柱組件12的操 作。就模擬發(fā)動機(jī)和傳動源的激勵來說，顫振激勵可以包括寬帶隨機(jī) 噪聲，或者帶限(band-limited)或其它方式成形的且富光譜的隨機(jī)或 準(zhǔn)周期的激勵。顫振還可以包含低頻內(nèi)容，模擬代表車輛操作的正常 駕駛員轉(zhuǎn)向修正(steering correction )。這些顫振激勵的同時應(yīng)用以及 振動響應(yīng)的隨后分解(產(chǎn)生對周期性或振蕩輸入激勵的關(guān)鍵、連貫的 響應(yīng)的表征)可導(dǎo)致對平路搖晃和駕駛員響應(yīng)操作狀況的進(jìn)一步模擬。除改變輸入頻率之外，激勵裝置26還可以改變至附接臂24 的輸入力或轉(zhuǎn)矩(或直接輸入至轉(zhuǎn)向軸18)。根據(jù)所用激勵裝置26的 類型以及控制輸入激勵的方法，附接臂24可以裝備有受力傳感器28， 該受力傳感器28能夠測量每個激勵裝置26對附接臂24的力輸入。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到用于控制和測量輸入力或轉(zhuǎn)矩的 其它方法。激勵裝置26可以構(gòu)造成自我監(jiān)測用于施加周期性輸入激勵 的力或轉(zhuǎn)矩。在圖1所示實(shí)施例中注意到，受力傳感器28還可以用來 計算作用于連接臂24上的轉(zhuǎn)矩，將測得的力與從附接臂24的中心到 施力處的距離相乘轉(zhuǎn)矩力x距離。輸出端22位于轉(zhuǎn)向柱組件12的相對于軸承14的相對端上。 方向盤30附接在轉(zhuǎn)向軸18上以模仿生產(chǎn)車輛中的狀況和生產(chǎn)轉(zhuǎn)向柱 組件的設(shè)置?！獋€或多個加速度表32可附接至方向盤30的輪緣(外部) 以測量在測試期間方向盤30的角加速度。替換性地，位置或速度響應(yīng) 式傳感器(未示出)可放置在方向盤30的輪緣上以測量在測試期間方向盤30的角位置、線性位移或速度。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，角位 移、速度和加速度也可通過測量這三個中的任一個來計算。在一種替換性的測試結(jié)構(gòu)中，用等效的桿(未示出)代替方 向盤30,加速度表32將附接在該等效桿上。為了模擬生產(chǎn)轉(zhuǎn)向柱組件 12以用于測試，等效桿可以設(shè)計或構(gòu)造成所具有的極慣性矩(PMI) 約等于方向盤30的PMI。等效桿的PMI可以4吏用下面的z〉式計算
此處，m是質(zhì)量(以千克為單位)，a和b分別是桿的寬度和長度(以 米為單位)。可以使用控制系統(tǒng)34來控制激勵裝置26并且測量、記錄或 監(jiān)測來自激勵裝置26、受力傳感器28、加速度表32的數(shù)據(jù)以及任何 其它在測試過程中所監(jiān)測的狀況。轉(zhuǎn)向柱組件12的一些實(shí)施例可包括 柱電氣組件(CEA) 36 (如虛線所示)，該柱電氣組件36可以容納方 向燈操縱桿、前燈和雨刷控制器、防盜設(shè)備、類電氣換向器(時鐘彈 簧)以及用于轉(zhuǎn)向柱組件12的其他控制器和電氣部件?，F(xiàn)在參照圖2，示出了用于測試、測量和分析轉(zhuǎn)向軸(例如 18)和軸承(14)或轉(zhuǎn)向柱組件(12)的動態(tài)特性的算法或方法100 的一個實(shí)施例的示意流程圖。該方法100的大部分可以用本文所述的 測試夾具10的部件和元件實(shí)施但不是必須的。為了敘述的目的，參照 測試夾具10的一些元件來描述方法100。方法IOO從起始步驟102開始，在這一步驟，集合設(shè)備并且 為正確和安全的操作做準(zhǔn)備；初始化并校準(zhǔn)電子設(shè)備；以及集合試件 或多個試件(例如轉(zhuǎn)向柱組件12)并為了測試的安全性和適合性而檢 查試件。在步驟104中，將試件，轉(zhuǎn)向柱組件12,安裝到測試夾具IO 上?？梢酝ㄟ^將托架16固定到測試夾具IO上或通過將軸承14直接固 定到測試夾具10上，例如通過模擬的托架結(jié)構(gòu)，來完成這個安裝。在步驟106和108中，激勵裝置26和加速度表32分別附接 在輸入端20和輸出端22上。根據(jù)所查找的數(shù)據(jù)的不同，輸入端20可 以是附接臂24或方向盤30。而且，方法IOO可包括多次運(yùn)行或重復(fù)，并且對于這些運(yùn)行或重復(fù)的一部分，可以通過將激勵裝置26附接在方 向盤30上并將加速度表32附接在附接臂24或轉(zhuǎn)向柱組件12的那端 上的其它部件上，來將輸入端20和輸出端22顛倒，從而使得測試結(jié) 果包括來自轉(zhuǎn)向柱組件12的兩端的激勵的數(shù)據(jù)。—旦轉(zhuǎn)向柱組件12正確地安裝到測試夾具10上，就在步驟 110中通過將目標(biāo)編入控制器34,或者通過警告測試夾具10的操作者 來設(shè)定第一目標(biāo)輸出。目標(biāo)輸出可以從構(gòu)造成與在轉(zhuǎn)向柱組件12安裝 在車輛中時發(fā)生的平路搖晃狀況近似的范圍中選擇。目標(biāo)輸出可以是
角位移、速度或加速度。另外，在步驟110中還可設(shè)定目標(biāo)頻率(目 標(biāo)f)，以該頻率測量第一目標(biāo)輸出。在步驟112期間，多個激勵裝置 26 (或單個激勵裝置，例如轉(zhuǎn)矩電動機(jī))開始使輸入端20受到目標(biāo)頻 率的輸入激勵。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到周期性的施力或加載函數(shù)具備頻 率和振幅這兩個分量。方法100顯示了一種可以為測試選4奪振幅的方 法。當(dāng)轉(zhuǎn)向柱組件12以目標(biāo)頻率加載時，步驟114改變該輸入振幅， 直到位置傳感器或加速度表32通知控制器34或操作者輸出端22已經(jīng) 達(dá)到步驟110中設(shè)定的第一目標(biāo)輸出。輸入振幅可以作為角位移、速 度、加速度或作為轉(zhuǎn)矩被測量和控制。在圖2所示實(shí)施例中，輸入振 幅是受控的輸入轉(zhuǎn)矩。然后，在步驟116中，將步驟114中確定的輸入振幅(轉(zhuǎn)矩、 位移、速度或加速度)用作恒幅，而輸入激勵在頻率范圍(f范圍)內(nèi) 變化或掃過(sweep over )。例如，在通過調(diào)整來自激勵裝置26的轉(zhuǎn)矩 來控制振幅的情況下，如圖2所示，第一目標(biāo)輸出下測量得到的轉(zhuǎn)矩 將保持基本上恒定，而輸入頻率在頻率范圍內(nèi)變化。在輸入頻率在頻率范圍內(nèi)掃過時，在步驟118中控制器34 將輸出狀況作為頻率的函數(shù)進(jìn)行記錄、儲存或顯示(圖3繪制或圖示 了一個例子，下文將詳細(xì)描述)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到也可以記錄 或計算其它輸入數(shù)據(jù)，并且方法100不局限于只比較或分析作為頻率 的函數(shù)的輸出狀況。步驟116和118中所掃過的頻率范圍可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員 所知道的能夠收集足夠的數(shù)據(jù)、考慮控制器34的采樣率的任何速率和 方法進(jìn)行變化。例如，可以使用間斷正弦(sine-dwell)或正弦掃頻法，但不限于此。步驟116和118中的在掃頻范圍內(nèi)對轉(zhuǎn)向柱組件12的測 試和觀'j量可以稱為第 一 測試運(yùn)行。在完成第一測試運(yùn)行之后，判定步驟120然后確定是否計劃 了或需要其他測試運(yùn)行?？梢酝ㄟ^檢查控制器34中的預(yù)編程的測試進(jìn) 度來完成步驟120,該預(yù)編程的測試進(jìn)行包括所需運(yùn)行的總數(shù)和針對每 個運(yùn)行的操作條件，或者操作者可以根據(jù)步驟118中測得的輸出來確 定是否需要其他運(yùn)行。在方法100的一個實(shí)施例中，對于轉(zhuǎn)向柱組件12的測試， 至少記錄三個測試運(yùn)行。例如，可記錄具有不同輸入纟展幅的三個測試 運(yùn)行從而模擬三個不同級別的平路搖晃，但并不限于此。如果判定步 驟120確定還未完成所有測試運(yùn)行，則方法IOO移至步驟122，在該步 驟122中將目標(biāo)輸出調(diào)整為可以不同于步驟IIO所設(shè)定的第一目標(biāo)輸 出水平的第二目標(biāo)輸出水平。方法100繼續(xù)，在步驟112和114中確定達(dá)到第二目標(biāo)輸出 水平所需的振幅，然后在步驟116和118中測試和測量新振幅下的轉(zhuǎn) 向柱組件12。如果計劃了第三測試運(yùn)行，則步驟122再次調(diào)整目標(biāo)輸 出，這次調(diào)整為第三目標(biāo)輸出水平，并且在步驟112-118中進(jìn)行加載、 測^式和測量。方法100和測試夾具10的一個實(shí)施例，測量來自加速度表 32的作為角加速度的輸出并且控制(且記錄)來自激勵裝置26的作為 轉(zhuǎn)矩的輸入激勵的振幅。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，可以在所附權(quán)利 要求的范圍內(nèi)使用對上述內(nèi)容的改變，例如測量方向盤30 (或等效桿) 的角位置或線位置或角速度或線速度作為輸出，并且在激勵裝置的位 移恒定的情況下控制輸入激勵的振幅，但并不限于此。在使用三個測 試運(yùn)行的實(shí)施例中，第一、第二和第三目標(biāo)輸出可以分別設(shè)定為大約 2.5、 5.0和7.5弧度/秒2?！鎿Q性步驟(圖2未示出)可包括重新設(shè)置轉(zhuǎn)向柱組件 12在測試夾具10中的定向。這個替換性步驟可用來對轉(zhuǎn)向柱組件12 的相對端作用輸入激勵并且獲得進(jìn)一步的數(shù)據(jù)。在步驟104-108中重新 安裝了轉(zhuǎn)向柱組件12以后，方法100將繼續(xù)，循環(huán)經(jīng)過步驟110-120, 直到對于反向的試件記錄下了相似的數(shù)據(jù)。類似;也，轉(zhuǎn)向柱組件12可以通過增加或去除輔助部件例如CEA 36來進(jìn)行重新設(shè)置。隨著步驟104-120和122基本上如上所述地 運(yùn)行，轉(zhuǎn)向柱組件12和測試夾具10的重新設(shè)置和改變將繼續(xù)，直到 所有計劃了或所需的測試運(yùn)行和設(shè)置都已經(jīng)完成(以及相關(guān)數(shù)據(jù)被收集)?！┧杏媱澔蛩璧臏y試運(yùn)行(以及可能的重新設(shè)置)都 已完成，判定步驟120就停止測試轉(zhuǎn)向柱組件12，方法100前進(jìn)到處 理或解釋測試數(shù)據(jù)的步驟。方法100的剩余部分被構(gòu)造成確定轉(zhuǎn)向柱 組件12是否滿足質(zhì)量、性能或設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。判定步驟124將測量的輸出狀況與最大可允許水平進(jìn)行比 較。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，最大可允許水平可以根據(jù)例如車輛的 設(shè)計約束或車輛駕駛員的預(yù)定舒適程度進(jìn)行設(shè)定，但并不限于此。在 所記錄的測量輸出狀況是角加速度的實(shí)施例中，可以通過用掃頻范圍 內(nèi)的測試運(yùn)行的轉(zhuǎn)矩除角加速度，來計算系統(tǒng)靈敏度或增益從而進(jìn)一 步處理該數(shù)據(jù)。現(xiàn)在參照圖3,示出了輸出狀況的示例性圖，表示為y軸200 的系統(tǒng)靈壽文度相對于x軸202的輸入頻率。結(jié)果線204圖解示出了在 具有約0-30赫茲之間掃過的輸入頻率范圍的測試運(yùn)行期間，作為輸入 頻率的函數(shù)的測量靈敏度。判定步驟124可以將測量的系統(tǒng)靈敏度與最大可允許水平 進(jìn)行比較，該最大可允許水平是絕對最大值或掃頻范圍的特定部分上 的最大值。圖3示出了在約10-20赫茲的一部分掃頻范圍上的最大靈敏 度線206。在圖3所示例子中，因?yàn)榻Y(jié)果線204低于最大靈敏度線206， 所以判定步驟124回答是肯定的。如圖3所示，根據(jù)使用方法IOO所進(jìn)行的測試的類型，判定 步驟124可以多種方式執(zhí)行?？刂破?4或隨后的計算機(jī)處理可以將數(shù) 據(jù)(示為結(jié)果線204)與最大可允許水平進(jìn)行比較，從而確定測量的輸 出是否小于最大值并且警示或警告測試工程師。替換性地，并且對測 試生產(chǎn)線上的單個零件的誤差有用，結(jié)果可以用圖示的方式顯示在監(jiān) 測器(未示出)上，并且由測試夾具IO的操作者從視覺上將其與最大 可允許水平進(jìn)行比較。在判定步驟124中確定測量的輸出狀況不低于可允許的閾 值水平的情況下，方法IOO移至步驟126并且確定該零件是不可接受的-通常是被測試的具體轉(zhuǎn)向柱組件12或是轉(zhuǎn)向柱組件12的設(shè)計。 注意，判定步驟124可以結(jié)合來自全部測試運(yùn)行的所有數(shù)據(jù)并且根據(jù) 這些運(yùn)行的均值或其它統(tǒng)計匯編做出判定，或者可單獨(dú)將每次測試運(yùn) 行的結(jié)果與最大可允許水平做比較。在步驟126確定了該零件不可接受之后，方法IOO還可包括 在步驟128中采取校正行為。這種校正措施可以包括停止生產(chǎn)過程以 發(fā)現(xiàn)制造誤差的來源，或可以包括重新設(shè)計轉(zhuǎn)向柱組件12以改變它在 小振幅下的動態(tài)特性。如果判定步驟124確定測量的輸出(例如方向盤30的靈敏 度)低于最大可允許水平，那么如步驟130所示，這個靈敏度是可接 受的。在方法100的一些實(shí)施例中，靈敏度需求的滿足可以表明已正 確地設(shè)計或制造了轉(zhuǎn)向柱組件12，并且在步驟136中可以檢定該設(shè)計 進(jìn)行生產(chǎn)，或是檢定該零件可以組裝入生產(chǎn)車輛中。為了進(jìn)一步驗(yàn)證被測試的轉(zhuǎn)向柱組件12的設(shè)計或性能，方 法100可以包括在步驟132確定轉(zhuǎn)向柱組件12 (以及在測試、測試運(yùn) 行或重復(fù)過程中所附接的所有部件)的固有頻率(fn)。通過將從測試 運(yùn)行收集到的數(shù)據(jù)擬合成單自由度方程式并且解釋這些擬合參數(shù)來估 計固有頻率
H是系統(tǒng)靈敏度(弧度/秒2/牛頓米) /是頻率(赫茲)
/是極慣性矩 《是彈簧常數(shù)或有效剛度 c是粘性阻尼常數(shù)，當(dāng)oo時 f是結(jié)構(gòu)阻尼常數(shù)
《"+Ow項(xiàng)也可代表由頻率決定的結(jié)構(gòu)阻尼，當(dāng)co時。在所有情
其中況中，k、 /和組合項(xiàng)i:"+Cw都必須是正的參數(shù)。步驟132中確定的固有頻率可以用作進(jìn)一步的質(zhì)量控制或 確認(rèn)工具。在判定步驟134中，將固有頻率與最大值進(jìn)行比較。如果 固有頻率低于最大值，則轉(zhuǎn)向柱組件12也滿足這個標(biāo)準(zhǔn)并且方法100 移至步驟136,在此步驟該零件可得以驗(yàn)證。再次參照圖3，在線208處示出由結(jié)果線204代表的測試運(yùn) 行的固有頻率。表示為線210的最大固有頻率是大約10赫茲。如圖3 所示的那樣，該測試數(shù)據(jù)的結(jié)果表明所測的轉(zhuǎn)向柱組件12的固有頻率 208低于最大線210，因此滿足標(biāo)準(zhǔn)。因而，判定步驟134的答案是肯 定的，并且將方法IOO移至步驟136，在此步驟該零件可得以驗(yàn)證。附 加的測試步驟可以包括向轉(zhuǎn)向柱組件12附加顫振，以及對所得數(shù)據(jù)進(jìn) 行后續(xù)處理以確定與輸出狀況標(biāo)準(zhǔn)的順應(yīng)性；例如增益、固有頻率或 其它測量或計算的輸出狀況。盡管詳細(xì)描述了實(shí)施所請求保護(hù)的發(fā)明的最佳方式和其它 實(shí)施例，但熟悉本發(fā)明所涉及領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到多種替換設(shè)計 和實(shí)施例，用于在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)實(shí)施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種用于測量具有輸入端和輸出端的轉(zhuǎn)向柱的動態(tài)特性的方法，該轉(zhuǎn)向柱在表示車輛在較平坦道路上操作的低動態(tài)振幅下被測量，該方法包括將該轉(zhuǎn)向柱安裝到測試夾具中；執(zhí)行第一測試運(yùn)行，包括使該轉(zhuǎn)向柱的該輸入端受到第一組輸入激勵；以及在該轉(zhuǎn)向柱受到所述第一組輸入激勵時測量該輸出端處的第一組輸出狀況，所述第一組輸出狀況包括該輸出端的加速度、速度和位置中的至少一個；以及確定所述第一組輸出狀況是否在預(yù)定輸出范圍之內(nèi)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一組輸入激勵包括具 有第 一選定頻率范圍的正弦激勵。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述第一組輸入激勵還包括 具有第一選定轉(zhuǎn)矩的正弦激勵。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，還包括使用開環(huán)計算從所述第一組 輸出狀況確定用于所述第 一 組輸入激勵的所述第 一 選定轉(zhuǎn)矩，從而獲 得第一目標(biāo)加速度。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，還包括執(zhí)行第二測試運(yùn)行，包括 使該轉(zhuǎn)向柱的輸入端受到第二組輸入激勵；以及在該轉(zhuǎn)向柱受到所述第二組輸入激勵時測量該輸出端處的第二組 輸出狀況，所述第二組輸出狀況包括該輸出端的加速度、速度和位置 中的至少一個。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，還包括使用另一開環(huán)計算從所述第 二組輸出狀況確定用于所述第二組輸入激勵的第二選定轉(zhuǎn)矩，從而獲 得不同于所述第一目標(biāo)加速度的第二目標(biāo)加速度。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，還包括對所述第一組輸出狀況和所述第一組輸入激勵進(jìn)行解釋從而確定 該轉(zhuǎn)向柱的固有頻率；并且確定所述固有頻率是否在預(yù)定固有頻率范圍內(nèi)。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述第一選定頻率范圍約等 于1到30赫茲。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述第一和第二目標(biāo)加速度 是從大約1到10弧度/秒2的范圍內(nèi)選擇。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括從所述第 一組輸出狀況和所述第 一組輸入激勵確定第 一方向盤輪 緣增益；和確定所述第一方向盤輪緣增益是否低于最大可允許水平。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中，在不同于所述第一選定頻 率范圍的第二選定頻率范圍確定所述第 一方向盤輪緣增益。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第二選定頻率范圍約 等于10到20赫茲。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述最大可允許水平約等 于1除以該方向盤的極慣性矩。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述第一和第二測試運(yùn)行 還包括使該輸入端受到顫振激勵。
15. —種用于測量具有輸入端和輸出端的轉(zhuǎn)向柱的動態(tài)特性的方 法，該轉(zhuǎn)向柱在表示車輛在較平坦道路上操作低動態(tài)振幅下被測量， 該方法包括將該轉(zhuǎn)向柱安裝到測試夾具中；執(zhí)行第一測試運(yùn)行，包括使該轉(zhuǎn)向柱的該輸入端受到第 一 組輸入激勵，其中所述第一 組輸入激勵包括具有第 一選定頻率范圍和第 一選定位移的正弦激勵， 和在該轉(zhuǎn)向柱受到所述第一組輸入激勵時測量該輸出端處的第 一組輸出狀況，其中，所述第一組輸出狀況包括該輸出端的加速度、速度和位置中的至少一個；以及確定所述第 一 組輸出狀況是否在預(yù)定輸出范圍之內(nèi)。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中，通過開環(huán)計算從所述第一 組輸出狀況確定所述第 一選定位移。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，還包括對所述第一組輸出狀況和所述第一組輸入激勵進(jìn)行解釋從而確定 該轉(zhuǎn)向柱的固有頻率；和確定所述固有頻率是否在預(yù)定的固有頻率范圍內(nèi)。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，還包括從所述第 一組輸出狀況和所述第 一組輸入激勵確定第 一方向盤輪 緣增益；以及確定所述第一方向盤輪緣增益是否低于最大可允許水平。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述最大可允許水平約等 于1除以該方向盤的極慣性矩。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，通過將所述第一組輸出狀 況擬合成單自由度方程式來確定所述固有頻率，該方程式包括彈簧常 數(shù)、阻尼常數(shù)和極慣性矩中的至少一個。
全文摘要
本發(fā)明涉及測量小動態(tài)振幅下轉(zhuǎn)向柱的扭轉(zhuǎn)動力學(xué)特性的方法，提供一種用于測量轉(zhuǎn)向柱的低振幅動態(tài)特性的方法，包括將該轉(zhuǎn)向柱安裝到測試夾具中并且執(zhí)行測試運(yùn)行。該測試運(yùn)行包括使該轉(zhuǎn)向柱的輸入端受到輸入激勵并且測量輸出狀況，該輸出狀況包括加速度、速度和位置中的至少一個，以及確定該輸出狀況是否在預(yù)定輸出范圍之內(nèi)。輸入激勵可以包括具有選定頻率范圍、轉(zhuǎn)矩或位移的正弦激勵，或顫振激勵。使用開環(huán)計算從該輸出狀況確定該選定轉(zhuǎn)矩或位移，從而獲得目標(biāo)加速度。對數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋從而確定轉(zhuǎn)向柱的固有頻率或輪緣增益，將它們與預(yù)定可允許范圍進(jìn)行比較。方向盤輪緣增益最大可允許水平可以大約等于1除以該方向盤的極慣性矩。
文檔編號G01M17/007GK101644629SQ20091016189
公開日2010年2月10日 申請日期2009年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月8日
發(fā)明者J·D·索波奇, K·L·奧布利扎耶克 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司