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構力學行為和動態(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)，其中電驅動橋設計是一個關鍵因素。如圖2所示，eActros的電驅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，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構的影響。

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。

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，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。這一技術突破為eActros的耐久性測試和結構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）之間的顯著相關性。結果表明，當車輪受到不同大小的橫向力時，車軸會產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，電驅動橋的橫向位移仍控制在安全范圍內，避免與相鄰部件發(fā)生碰撞，有效提升了eActros的結構安全性與耐用性，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

- 快速識別結構薄弱點，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（如電池組內部）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

核心技術競爭力與創(chuàng)新優(yōu)勢

基于CSM產品的全套測量方案，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)響應與結構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支撐。