在電動(dòng)車輛及新型動(dòng)力系統(tǒng)的耐久性測(cè)試中，精確測(cè)量車輪與路面之間的相互作用力、扭矩及振動(dòng)響應(yīng)至關(guān)重要。Daimler Truck在其位于德國(guó)W?rth的EVZ研發(fā)測(cè)試中心，針對(duì)eActros進(jìn)行了全面的耐久性測(cè)試，以確保電動(dòng)卡車在復(fù)雜路況下的可靠性。整個(gè)測(cè)試過(guò)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(gè)模擬量參數(shù)。由于傳統(tǒng)測(cè)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(cè)量方案，可在復(fù)雜工況下實(shí)現(xiàn)高精度、實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)測(cè)量，以滿足工程師對(duì)車輛結(jié)構(gòu)力學(xué)行為和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的精準(zhǔn)捕捉需求。

Daimler Truck測(cè)試場(chǎng)景與挑戰(zhàn)

Daimler Truck在開發(fā)eActros時(shí)面臨諸多工程挑戰(zhàn)，其中電驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)是一個(gè)關(guān)鍵因素。如圖2所示，eActros的電驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)緊湊且集成度極高：法蘭鑄造外殼上集成了油泵、換熱器、動(dòng)力電機(jī)以及高壓電纜。與傳統(tǒng)燃油卡車不同，eActros取消了傳動(dòng)軸，動(dòng)力電機(jī)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(shè)計(jì)導(dǎo)致車輛重量分布和重心位置發(fā)生變化，進(jìn)而影響整車的振動(dòng)和動(dòng)態(tài)性能。

為了準(zhǔn)確、全面地分析這些影響，需要在車軸狹小空間內(nèi)，安裝應(yīng)變計(jì)、拉線位移傳感器、激光傳感器和加速度計(jì)，以測(cè)量其在三個(gè)維度上的移動(dòng)方式?？傆?jì)超過(guò)200個(gè)模擬量測(cè)量通道，需要滿足所有測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)高精度同步，才能正確解析車輪載荷變化及其對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

圖2：電動(dòng)車橋及其測(cè)量傳感器應(yīng)用情況：CSM測(cè)量模塊安裝在車輛車架量?jī)蓚?cè)。

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

解決方案

圖4：基于CSM KiRoad Performance Gateway的車輪力和機(jī)械載荷同步測(cè)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(gè)測(cè)量系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)了Kistler輪力傳感器與CSM ECAT模擬量測(cè)量模塊等多設(shè)備之間的時(shí)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(tái)，數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)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(wú)縫對(duì)接。

基于IEEE 1588標(biāo)準(zhǔn)的PTP同步技術(shù)，所有測(cè)量通道同步精度可以達(dá)到100納秒的水平，滿足復(fù)雜測(cè)試場(chǎng)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(cè)試和結(jié)構(gòu)分析奠定了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，使Daimler工程師能夠更全面、更準(zhǔn)確地評(píng)估車輛在真實(shí)工況下的表現(xiàn)。

圖5：激光測(cè)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(guò)程中，同步記錄車輪所受的橫向力（由Kistler輪力傳感器測(cè)量）和車軸的橫向位移（由激光傳感器測(cè)量）之間的顯著相關(guān)性。結(jié)果表明，當(dāng)車輪受到不同大小的橫向力時(shí)，車軸會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的橫向位移變化。這一發(fā)現(xiàn)使Daimler工程師能夠精準(zhǔn)預(yù)測(cè)車軸的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，優(yōu)化車軸與周圍組件之間的間隙設(shè)計(jì)，確保即使在極端工況下，電驅(qū)動(dòng)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(shè)計(jì)優(yōu)化提供了寶貴依據(jù)。

行業(yè)參考價(jià)值：適用于多種電動(dòng)車測(cè)試場(chǎng)景

Daimler Truck的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)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(cè)量準(zhǔn)確性

- 通過(guò)CSM KiRoad Performance Gateway，確保所有測(cè)量通道的時(shí)間一致性，提高測(cè)量精度

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臺(tái)架上進(jìn)行快速耐久性測(cè)試，提高測(cè)試效率

- 利用高精度的歷史測(cè)量數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)臺(tái)架測(cè)試，精確復(fù)現(xiàn)真實(shí)道路負(fù)載，即使沒有完整的測(cè)試車輛，也能提前進(jìn)行驗(yàn)證

- 快速識(shí)別結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)，優(yōu)化車輛設(shè)計(jì)，提高耐用性

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適用于高壓環(huán)境的電動(dòng)車測(cè)試

- 可在電動(dòng)車高壓環(huán)境內(nèi)（如電池組內(nèi)部）進(jìn)行測(cè)量，捕捉道路沖擊力對(duì)高壓電池的影響

- 同時(shí)對(duì)高壓電池組及其他關(guān)鍵部件在惡劣工況下的力學(xué)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為電動(dòng)車輛的安全設(shè)計(jì)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(cè)試需求

- CSM ECAT模塊支持測(cè)量應(yīng)變片、激光傳感器、加速度計(jì)等多種傳感器，全面分析三維運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)、加速度、應(yīng)變、彎曲、壓縮和扭轉(zhuǎn)

核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力與創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)

基于CSM產(chǎn)品的全套測(cè)量方案，成功應(yīng)對(duì)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(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)械載荷與車輪力的高精度同步測(cè)量，顯著提升了耐久性測(cè)試的效率和準(zhǔn)確性，是工程師深入解析車輛動(dòng)態(tài)響應(yīng)與結(jié)構(gòu)受力分布的強(qiáng)大工具，為eActros的新車型設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。