戴姆勒電動卡車耐久性分析中的車輪力測量

在電動車輛及新型動力系統(tǒng)的耐久性測試中，精確測量車輪與路面之間的相互作用力、扭矩及振動響應至關(guān)重要。Daimler Truck在其位于德國W?rth的EVZ研發(fā)測試中心，針對eActros進行了全面的耐久性測試，以確保電動卡車在復雜路況下的可靠性。整個測試過程中，需要采集作用于車輪上X、Y、Z軸上的力和扭矩，以及數(shù)百個模擬量參數(shù)。由于傳統(tǒng)測量方案難以滿足多通道、高速數(shù)據(jù)同步采集的要求。為此，CSM推出基于KiRoad Performance Gateway結(jié)合Kistler輪力傳感器的完整測量方案，可在復雜工況下實現(xiàn)高精度、實時的動態(tài)測量，以滿足工程師對車輛結(jié)構(gòu)力學行為和動態(tài)響應的精準捕捉需求。

Daimler Truck測試場景與挑戰(zhàn)

Daimler Truck在開發(fā)eActros時面臨諸多工程挑戰(zhàn)，其中電驅(qū)動橋設計是一個關(guān)鍵因素。如圖2所示，eActros的電驅(qū)動橋設計緊湊且集成度極高：法蘭鑄造外殼上集成了油泵、換熱器、動力電機以及高壓電纜。與傳統(tǒng)燃油卡車不同，eActros取消了傳動軸，動力電機直接集成于車軸，高壓電池系統(tǒng)則被安裝在車架之間。這一創(chuàng)新設計導致車輛重量分布和重心位置發(fā)生變化，進而影響整車的振動和動態(tài)性能。

為了準確、全面地分析這些影響，需要在車軸狹小空間內(nèi)，安裝應變計、拉線位移傳感器、激光傳感器和加速度計，以測量其在三個維度上的移動方式?？傆嫵^200個模擬量測量通道，需要滿足所有測量數(shù)據(jù)實現(xiàn)高精度同步，才能正確解析車輪載荷變化及其對結(jié)構(gòu)的影響。

圖2：電動車橋及其測量傳感器應用情況：CSM測量模塊安裝在車輛車架量兩側(cè)。

圖3：激光傳感器被用來檢查空氣氣囊與電動車橋鑄造外殼之間是否會發(fā)生碰撞。

解決方案

圖4：基于CSM KiRoad Performance Gateway的車輪力和機械載荷同步測量完整方案

如圖4所示，CSM為Daimler Truck提供了完美的解決方案：以CSM KiRoad Performance Gateway作為整個測量系統(tǒng)的核心，實現(xiàn)了Kistler輪力傳感器與CSM ECAT模擬量測量模塊等多設備之間的時鐘同步與數(shù)據(jù)并行采集。該系統(tǒng)將EtherCAT和Ethernet協(xié)議轉(zhuǎn)換為XCP-on-Ethernet協(xié)議，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集平臺，數(shù)據(jù)傳輸率高達1Gbit/s，能確保大數(shù)據(jù)量情況下的高效、穩(wěn)定傳輸，并與主流數(shù)據(jù)采集軟件無縫對接。

基于IEEE 1588標準的PTP同步技術(shù)，所有測量通道同步精度可以達到100納秒的水平，滿足復雜測試場景下的高密度數(shù)據(jù)采集需求。這一技術(shù)突破為eActros的耐久性測試和結(jié)構(gòu)分析奠定了堅實的數(shù)據(jù)基礎，使Daimler工程師能夠更全面、更準確地評估車輛在真實工況下的表現(xiàn)。

圖5：激光測量結(jié)果顯示了車軸的橫向位移與施加在車輪上的橫向力之間的相關(guān)性

圖5顯示了在“8字形”行駛過程中，同步記錄車輪所受的橫向力（由Kistler輪力傳感器測量）和車軸的橫向位移（由激光傳感器測量）之間的顯著相關(guān)性。結(jié)果表明，當車輪受到不同大小的橫向力時，車軸會產(chǎn)生相應的橫向位移變化。這一發(fā)現(xiàn)使Daimler工程師能夠精準預測車軸的動態(tài)響應，優(yōu)化車軸與周圍組件之間的間隙設計，確保即使在極端工況下，電驅(qū)動橋的橫向位移仍控制在安全范圍內(nèi)，避免與相鄰部件發(fā)生碰撞，有效提升了eActros的結(jié)構(gòu)安全性與耐用性，也為后續(xù)設計優(yōu)化提供了寶貴依據(jù)。

行業(yè)參考價值：適用于多種電動車測試場景

Daimler Truck的測試經(jīng)驗和CSM方案不僅適用于eActros，也可為其他商用車制造商提供借鑒。

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高精度數(shù)據(jù)同步，確保測量準確性

- 通過CSM KiRoad Performance Gateway，確保所有測量通道的時間一致性，提高測量精度

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臺架上進行快速耐久性測試，提高測試效率

- 利用高精度的歷史測量數(shù)據(jù)驅(qū)動臺架測試，精確復現(xiàn)真實道路負載，即使沒有完整的測試車輛，也能提前進行驗證

- 快速識別結(jié)構(gòu)薄弱點，優(yōu)化車輛設計，提高耐用性

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適用于高壓環(huán)境的電動車測試

- 可在電動車高壓環(huán)境內(nèi)（如電池組內(nèi)部）進行測量，捕捉道路沖擊力對高壓電池的影響

- 同時對高壓電池組及其他關(guān)鍵部件在惡劣工況下的力學狀態(tài)進行實時監(jiān)測，為電動車輛的安全設計和優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐

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支持多種傳感器，涵蓋廣泛測試需求

- CSM ECAT模塊支持測量應變片、激光傳感器、加速度計等多種傳感器，全面分析三維運動、振動、加速度、應變、彎曲、壓縮和扭轉(zhuǎn)

核心技術(shù)競爭力與創(chuàng)新優(yōu)勢

基于CSM產(chǎn)品的全套測量方案，成功應對Daimler Truck在eActros開發(fā)中的諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。該方案在惡劣路況和高壓環(huán)境下，實現(xiàn)了對機械載荷與車輪力的高精度同步測量，顯著提升了耐久性測試的效率和準確性，是工程師深入解析車輛動態(tài)響應與結(jié)構(gòu)受力分布的強大工具，為eActros的新車型設計與優(yōu)化提供了堅實的技術(shù)支撐。