一种转向管柱的频率测试系统的制作方法

本发明涉及模态分析领域，尤其涉及一种转向管柱的频率测试系统。

背景技术：

物体按照某一阶固有频率振动时，物体上各个点偏离平衡位置的位移是满足一定的比例关系的，可以用一个向量表示，所述向量就称为模态。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析的过程称为模态分析。模态分析对于机械设计很有帮助，大致有以下作用：评价现有结构系统的动态特性；对结构进行运动强度设计；深入洞察振动发生的根本原因；有助于识别出设计的薄弱环节；结构动力学修改；验证有限元模型；检验产品的质量。

目前，采用人工利用力锤单点激振转向管柱，接着由位于所述转向管柱上的转向系统加速度传感器多点拾振所述转向管柱对所述激振的响应信号，并分析所述响应信号得出测试结果的方案来测试转向管柱的一阶模态频率。

但是，通过上述方案测试一阶模态频率的测试结果精确度。

技术实现要素：

本发明解决的问题是提高一阶模态频率测试的精确度。

为解决上述问题，本发明实施例提供一种转向管柱的频率测试系统，包括：电源、激励源、振动传感器、数据采集器及处理器；其中：

所述电源，适于为所述激励源提供电力；

所述激励源，适于接收所述电源的电力并转动，以激励所述转向管柱振动；

所述振动传感器，适于基于所述转向管柱的振动获取振动信号；

所述数据采集器，适于接收所述振动传感器的信号；

所述处理器，适于处理所述数据采集器的采集结果，并拟合得出所述转向管柱的一阶模态频率。

可选地，所述系统还包括：与所述转向管柱连接的方向盘；所述振动传感器设置在所述方向盘上，适于接收所述方向盘的振动信号。

可选地，所述处理器，适于以所述激励源的转频为横坐标，拟合所述振动传感器所接收的振动信号随所述转频变化的曲线，选取与所述振动信号的峰值对应的所述激励源的转频，作为所述转向管柱的一阶模态频率，其中：所述激励源的转频根据所述电源的电压计算得出。

可选地，所述振动传感器的数目为两个。

可选地，所述两个振动传感器分别置于方向盘的最高点及最低点位置。

可选地，所述振动传感器的数目为两个；所述处理器，适于以所述激励源的转频为横坐标，拟合所述两个振动传感器所接收的振动信号随所述转频变化的曲线，分别得到第一曲线及第二曲线，选取所述第一曲线及所述第二曲线的振动峰值且相位相反的位置所对应的所述激励源的转频，作为所述转向管柱的一阶模态频率，其中：所述激励源的转频根据所述电源的电压计算得出。

可选地，所述系统还包括：转频传感器，设置于所述激励源上，适于接收所述激励源的转频信号。

可选地，所述振动传感器的数目为一个；所述处理器，适于以所述转频传感器接收的所述激励源的转频为横坐标，拟合所述振动传感器所接收的振动信号随所述转频变化的曲线，选取与所述振动信号的峰值对应的所述激励源的转频，作为所述转向管柱的一阶模态频率。

可选地，所述振动传感器的数目为两个；所述处理器，适于以所述转频传感器接收的所述激励源的转频为横坐标，拟合所述两个振动传感器所接收的振动信号随所述转频变化的曲线，分别得到第一曲线及第二曲线，选取所述第一曲线及所述第二曲线的振动峰值且相位相反的位置所对应的所述激励源的转频，作为所述转向管柱的一阶模态频率。

可选地，当所述激励源的最大转频低于所述转向管柱的一阶模态频率时，提高所述电源的电压。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

通过使用可以控制振动频率的外部电源去激励转向管柱振动，并采用振动传感器接收所述转向管柱的振动信号，并由数据采集器采集所述振动传感器接收到的振动信号并根据所述采集结果，拟合得出所述转向管柱的一阶模态频率。在测试过程中，可以通过控制电源所输出电压，精确控制所述激励源的频率，相较于人工激励的方法，可以显著提高一阶频率测试结果的精确性。

进一步，由于频率是沿着所述转向管柱的径向分布，在方向盘上所述频率会被放大，故把所述振动传感器设置于所述方向盘上，可以进一步地提高一阶频率测试结果的精确性。而且，由于振动传感器被设置在方向盘上，避免拆卸方向盘下方的仪表盘，从而可以提高一阶频率测试的效率。

进一步，通过设置两个振动传感器，并且分别置于所述方向盘的最高点及最低点位置，并根据所述两个振动传感器的测量结果去得出所述转向管柱的一阶模态频率，从而可以进一步地提高一阶频率测试的效率。

附图说明

图1是本发明实施例中的一种转向管柱的频率测试系统与所述转向管柱的连接示意图；

图2是本发明实施例中的另一种转向管柱的频率测试系统与所述转向管柱的连接示意图；

图3是本发明实施例中的一种转向管柱的频率测试系统的实际连接图。

具体实施方式

目前，采用人工利用力锤单点激振转向管柱，接着由位于所述转向管柱上的转向系统加速度传感器多点拾振所述转向管柱对所述激振的响应信号，并分析所述响应信号得出测试结果的方案来测试转向管柱的一阶模态频率。由于人工操作有很多不确定性，比如每次敲击的力度不同或者敲击力的方向 不同，又或者敲击的位置也不同，因此会存在一阶模态频率的测试精确度低的问题。而且，由于需要拆卸方向盘下方的仪表盘才可以激振转向管柱，因而会导致频率测试的效率低下。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种转向管柱的频率测试系统，通过使用可以控制振动频率的外部电源去激励转向管柱振动，并采用振动传感器接收所述转向管柱的振动信号，并由数据采集器采集所述振动传感器接收到的振动信号并根据所述采集结果，拟合得出所述转向管柱的一阶模态频率。在测试过程中，可以通过控制电源所输出电压，精确控制所述激励源的频率，相较于人工激励的方法，可以显著提高一阶频率测试结果的精确性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图1示出了本发明实施例中的一种转向管柱的频率测试系统与所述转向管柱的的连接示意图，以下结合图1对所述系统的具体结构进行介绍，所述系统可以包括：电源10、激励源11、振动传感器13、数据采集器15及处理器16；其中：

所述电源10，适于为所述激励源11提供电力；

所述激励源11，适于接收所述电源10的电力并转动，以激励转向管柱12振动；

所述振动传感器13，适于基于所述转向管柱12的振动获取振动信号；

所述数据采集器15，适于接收所述振动传感器13的信号；

所述处理器16，适于处理所述数据采集器15的采集结果，并拟合得出所述转向管柱12的一阶模态频率。

在具体实施中，由于使用所述电源10为所述激励源11提供电力，故可以根据所述电源10的电压大小来计算所述激励源11转动的频率。由于此处需要测试所述转向管柱12的一阶模态频率，而当所述转向管柱12以所述一阶模态频率振动时，所述激励源11与所述转向管柱12达到共振，故此时所述转向管柱12的振动最为强烈，并且所述激励源11的转频即为所述转向管 柱12的一阶模态频率。因此所述处理器16，可以以所述激励源11的转频为横坐标，拟合所述振动传感器13所接收的振动信号随所述转频变化的曲线，选取与所述振动信号的峰值对应的所述激励源11的转频，作为所述转向管柱12的一阶模态频率。

需要说明的是，本领域的技术人员可以根据实际需要将所述振动传感器13设置在合适的位置，比如所述振动传感器13可以设置在所述转向管柱12上，也可以设置于与所述转向管柱12相连的器件上。由于所述转向管柱12的振动频率沿着所述转向管柱12的径向分布，并在方向盘上得到放大，故在本发明一实施例中，可以将所述振动传感器设置在所述方向盘上，适于接收所述方向盘的振动信号。这样的话，可以进一步地提高所述系统对所述转向管柱一阶模态频率测试的精确性，并且由于无需将振动传感器13设置于所述转向管柱12上，故也无需拆卸所述方向盘下方的仪表盘，可以提高所述系统测试所述转向管柱一阶模态频率的效率。

图2示出了本发明实施例中的另一种转向管柱的频率测试系统与所述转向管柱的连接示意图，除了图1示出的电源20、激励源21、振动传感器23、数据采集器26及处理器27外，所述频率测试系统还可以包括：与所述转向管柱连接的方向盘24，所述振动传感器23设置在所述方向盘24上，适于接收所述方向盘24的振动信号。

在具体实施中，为了方便曲线分析，并提高频率测试的精确性，可以设置两个所述振动传感器，分别为振动传感器23及25，并且由于转向管柱22的频率振动沿着径向分布，在方向盘24上所述频率可以被放大，故可以将所述振动传感器23及25设置于所述方向盘24上。

在本发明一实施例中，由于当方向盘24随着所述激励源21振动时，位于所述方向盘24的最高点及最低点位置的振动对比最明显，故可以将所述两个振动传感器23及25分别置于所述方向盘24的最高点及最低点位置。其中所述方向盘24的最高点及最低点位置分别为所述方向盘24的12点及6点位置。

在具体实施中，当所述转向管柱22与所述激励源21共振时，所述分别 置于所述方向盘24的最高点及最低点的振动传感器23及25振动幅度最大，并且二者的相位相反，故所述处理器27，根据所述电源20的电压计算得出所述激励源21的转频之后，可以以所述激励源21的转频为横坐标，拟合所述两个振动传感器23及25所接收的振动信号随所述转频变化的曲线，分别得到第一曲线及第二曲线，选取所述第一曲线及所述第二曲线的振动峰值且相位相反的位置所对应的所述激励源21的转频，作为所述转向管柱22的一阶模态频率。

在具体实施中，所述频率测试系统还可以包括：转频传感器28，可以将转频传感器28设置于所述激励源21上，以接收所述激励源21的实际转频信号，从而可以避免因激励源21受到外界设备的影响，而降低获得的所述激励源21实际转动频率的准确性的问题。

在具体实施中，所述处理器27，可以以所述转频传感器28接收的所述激励源21的转频为横坐标，拟合所述振动传感器23所接收的振动信号随所述转频变化的曲线，选取与所述振动信号的峰值对应的所述激励源21的转频，作为所述转向管柱22的一阶模态频率。

在具体实施中，所述处理器27，可以以所述转频传感器28接收的所述激励源21的转频为横坐标，拟合所述两个振动传感器23及25所接收的振动信号随所述转频变化的曲线，分别得到第一曲线及第二曲线，选取所述第一曲线及所述第二曲线的振动峰值且相位相反的位置所对应的所述激励源21的转频，作为所述转向管柱22的一阶模态频率。

在具体实施中，为了有效控制所述激励源21的转频，可以控制所述电源20的电压，比如当所述激励源21的最大转频低于所述转向管柱22的一阶模态频率时，可以提高所述电源20的电压。

可以理解的是，本领域技术人员可以根据上述对电源10、激励源11、振动传感器13、数据采集器15及处理器16的描述，实施所述电源20、激励源21、振动传感器23、数据采集器26及处理器27，在此不再赘述。

图3示出了本发明实施例中的一种转向管柱的频率测试系统的实际连接图。为使得本领域的技术人员更好地理解和实现本发明，以下结合图3对所 述频率测试系统的工作原理进行介绍。所述频率测试系统包括：外部供电电源调节设备31、风扇32、转向管柱33、方向盘34、设置于所述风扇32的转频传感器35、分别设置于所述方向盘34的12点及6点方向的振动传感器36及37、数据采集器38及处理器39。

首先使用电源为激励源提供电力，所述电源的电压大小可以决定所述激励源转动的频率，从而可以通过所述外部供电电源调节设备31控制电源的电力情况来控制激励源的转动频率。这样的话，相比于现有技术中使用人工单点激振转向管柱33的方法，激励源的振动频率更加准确和可控。接着所述激励源接收到所述电源的电力并开始转动，与此同时激励所述转向管柱33振动，而与所述转向管柱33连接的方向盘34也随之转动。为了降低频率测试系统的复杂度，可以使用车辆上已有的设备作为激励源，比如所述激励源可以为冷却风扇32。

由于振动频率沿着转向管柱33的径向分布，并在方向盘34上被放大，因而可以通过设置在所述方向盘34上的振动传感器，比如振动传感器36接收方向盘34的振动信号，并测试所述转向管柱33在所述激励源的激励之下的振动频率。接着所述数据采集器38可以接收所述振动传感器的信号。需要说明是，所述振动传感器36位于所述方向盘34的具体位置并不对本发明构成任何限制，此处只是为了说明，将其置于所述方向盘34的正上方，在具体实施中，只要所述振动传感器36置于所述方向盘34上即可。

最后所述处理器39可以相应地处理所述数据采集器38的采集结果，并拟合得出所述转向管柱33的一阶模态频率。比如所述处理器39根据所述电源的电压大小来计算所述激励源转动的频率之后，以所述激励源的转频为横坐标，拟合所述振动传感器36所接收的振动信号随所述转频变化的曲线，选取与所述振动信号的峰值对应的所述激励源的转频，作为所述转向管柱33的一阶模态频率。

也可以使用两个振动传感器，并分别置于所述方向盘34的最高点及最低点位置，如振动传感器36及振动传感器37，从所述外部供电电源调节设备31处得到所述电源的电压，然后根据所述电源的电压计算得出所述激励源的转频之后，可以以所述激励源的转频为横坐标，拟合所述两个振动传感器36 及37所接收的振动信号随所述转频变化的曲线，分别得到第一曲线及第二曲线，选取所述第一曲线及所述第二曲线的振动峰值且相位相反的位置所对应的所述激励源的转频，作为所述转向管柱33的一阶模态频率。

也可以从所述数据采集器38处接收转频传感器35测试的所述激励源的转频，并以所述转频传感器35接收的所述激励源的转频为横坐标，拟合所述振动传感器36所接收的振动信号随所述转频变化的曲线，选取与所述振动信号的峰值对应的所述激励源的转频，作为所述转向管柱33的一阶模态频率。

还可以以所述转频传感器35接收的所述激励源的转频为横坐标，拟合所述两个振动传感器36及37所接收的振动信号随所述转频变化的曲线，分别得到第一曲线及第二曲线，选取所述第一曲线及所述第二曲线的振动峰值且相位相反的位置所对应的所述激励源的转频，作为所述转向管柱33的一阶模态频率。

由上可知，本发明实施例提供的一种转向管柱的频率测试系统，通过使用可以控制振动频率的外部电源去激励转向管柱振动，设置于方向盘上的振动传感器去接收所述方向盘的振动信号，接着相应地处理所述数据采集器的采集结果，并拟合得出所述转向管柱的一阶模态频率，由于所述激励源的频率可被线性控制，避免使用人工激励的方法去激励所述转向管柱振动，可以提高一阶频率测试的精确性。并且由于频率是沿着所述转向管柱的径向分布，在方向盘上所述频率会被放大，故所述振动传感器被设置于所述方向盘上，也可以提高测试的精确度。而且，由于振动传感器被设置在方向盘上，无须拆卸方向盘下方的仪表盘，从而可以提高一阶频率测试的效率。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于以计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：rom、ram、磁盘或光盘等。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。