杨晓明 徐金成
南京汽车集团有限公司汽车工程研究院

【摘要】针对运用LMS的采集分析仪，对汽车踏板进行了踏板驱动载荷的试验研究。对踏板驱动载荷试验方案设计及实施、数据处理及评价、试验方案的优缺点进行了阐述，这些方法对汽车踏板设计有参考价值。

关键词：LMS 汽车踏板 试验方案设计

0 前言

为了提高国产化率，降低成本，供应商拟采用国产材料生产，这就需要进行合理的汽车踏板驱动载荷试验评价。由于没有针对汽车踏板驱动载荷的试验规范，需要根据实际使用载荷情况，制定试验规范，作为试验评价的依据。以LMS采集仪实时记录力特性曲线及角度特性曲线，方便地获得各种载荷数据，可以协助完成汽车踏板驱动载荷试验评价，可用于汽车踏板的优化设计及强度分析，为优化汽车踏板结构提供参考和依据。

1 试验方案设计及实施

1.1 试验的必要性

汽车踏板涉及到人体工程学，既要满足操纵性能的要求，又要满足人体运动学原理，给人们以操纵的方便性和舒适性，这就要求在设计的时候许多相关尺寸有相应范围规定，力求适合于绝大多数人对操纵性的需求。车辆的制动性能是车辆综合性能检测中重要的检测项目，制动性能的好坏直接影响到行车安全和运输效率，做好车辆的制动性能检测就显得尤其重要。

1.2 设计试验方案

1.2.1 试验技术要求

在踏板面中心处逐渐施加力直到到达60 N，然后再返回，记录输入和输出的力值，踏板角度。

1.2.2 传感器布置

由于测力点直接反映了设备的运行，所以对所有踏板上的测力位置进行合理布置。为了减小试验夹具和传感器安装位置对采集仪记录的影响，通过试验台支架连接到踏板的踏板臂上的所有测力点均是尽可能地布置在结构顶面上。

传感器测点布置如图1所示。

1.3 试验采集、分析系统

LMS SCADAS Mobile与LMS Test. Xpress实时分析软件集成组成分析仪与记录仪，它具有传统分析仪使用方便的特点，具有强大的测量和记录能力。

LMS SCADAS Mobile系统主要技术指标：

⑴ 模拟输入通道数：SCM01系列：8个通道；

⑵ 支持信号输入类型：支持电压输入的传感器；

⑶ 模块类型：V8模块；

⑷ 信号源输入通道：3个（标准配置）；

⑸ 信号源输出通道：3个（标准配置）；

⑹ 采样率：每通道最高采样率102.4 kHz隔离；通道完全隔离；

⑺ 数据传输方式：高速以太网LAN连接，数据传输率：2.2Mbps；

⑻ 软件配置：LMS Test. Xpress，也可直接运行LMS Test. Lab等LMS软件完成LMS Test. Xpress的所有功能。

1.4 实验原理

系统采用的是LMS SCADAS移动信号采集模块V8的数据采集分析系统。试验原理图如图2所示。

由试验原理图可以看出，力施加在踏板上，通过应变式负荷传感器输出信号，数据采集系统采集力产生的激励力和角度传感器响应的时域信号。经过数据处理可以得到踏板输入力和输出力的力谱和角度的响应谱。

1.5 传感器标定

在以往的性能试验中，根据电压采集数据，记录数据后再将这些数据转变为有用的工程单位，应变式负荷传感器给出的定正比于应用载荷的电压值。例如，放置20kg砝码在应变式负荷传感器上时得出0.1 V输出，放置60kg重物时，得到的是0.3 V的电压值。在试验的过程中的观察及分析，给试验人员带来很大的不便。

利用LMS SCADAS Mobile系统进行标定传感器，方法更快而且可靠。例如，使用砝码，压在应变式负荷传感器上，电脑中读出它的数值不一定是砝码正确的质量，通过改变比例因子，使读出的数值与砝码质量相一致。

相似的方法也被用于标定微应变方面的应变传感器。

1.6 试验方案具体实施

为了完成汽车踏板的驱动载荷试验，需要设计合理的试验方案。从加载方式上分析，运用比较多的是液压缸加载。液压缸加载由于系统的限制，操作复杂，损耗人力，试验费用也比较高。进行综合分析后，利用气缸进行踏板驱动载荷试验，可以达到很高的试验频率，试验周期大大降低，操作简单，维护方便，同时具有很高的可靠性及准确性，气缸的试验费用也相对较低。

在固定方式上，充分考虑实际装配情况，利用批量状态的螺栓按照实际装车扭矩将支承座固定在夹具上。更能真实地反映出样件在整车上的状态。试验状态如图3所示。

2 数据处理及评价

零点漂移，这通常产生于信号控制设备的故障。一开始记录的信号均值与最后记录的均值不一样。这可能存在物理上的原因。一旦漂移在任意数据通道被察觉，那成因就必须被鉴别出来，如果需要的话，必须在接下来的数据分析之前调整。

产生零点漂移的原因很多，指当放大电路输入信号为零（即没有交流电输入）时，如电源电压不稳存在波动，元器件参数变值，环境温度变化，干扰信号的存在等，使静态工作点发生变化，并被逐级放大和传输，导致电路输出端电压偏离原固定值而上下漂动的现象。

零点漂移严重影响数据处理结果，它改变数据的统计特征值如均方根值，零点漂移本身又可看作虚假直流分量，在零频处产生谱峰。零点漂移信号如果只是零点按常数偏离基线，在试验数据处理中很容易去除。

图4为LMS采集系统记录下的输出信号异常传感器的输入力信号波形。通过分析，可看出异常波形产生的原因在于传感器在返回过程中产生了严重的零点漂移，从输入力值的时域曲线上观察就是数据的中心不在零点（如图4所示）。经过LMS分析系统，剔除零点漂移后，数据是可以采用的（如图5所示）。

利用LMS采集仪，采集了三个主要参数的曲线，根据试验结果可以确定踏板的驱动载荷的能力状况，从实际试验结果分析可知，国产化材料试件满足踏板的驱动载荷要求，可以替代进口材料。

3 试验方案优缺点

优点：踏板的驱动载荷性能可以做出很详细的数据，对设计人员的参考具有很大的帮助，数据可以生成曲线，就可以找出设计和缺陷范围。

缺点：对试验人员的要求较高，对试验标准要很了解，对汽车零部件性能试验要有丰富的试验经验，了解每个零部件在实车上安装的状态，以及试验后的评价，利用LMS分析软件工具，完成了踏板的驱动载荷试验评价。

4 结束语

汽车踏板的驱动载荷试验和评价是一项比较复杂的工作，必须考虑各方面的影响因素，载荷的复杂性、零件强度的离散性以及影响这些参数外部和内部因素。在踏板的驱动载荷试验分析中所用到的基础知识，对载荷分析和测量、零部件强度试验、强度评价等一些在实际工作中采用的方法，可以将此方法推广到其他零部件的评价中去。具体的操作过程中，还有一些环节可以进一步完善，比如其他零部件试验如何合理设计试验方案，这是以后需要研究的内容。