线缆弯曲疲劳测试系统和方法与流程

1.本公开涉及汽车技术领域，更具体而言，涉及一种线缆弯曲疲劳测试系统和方法。


背景技术：

2.随着汽车自动化程度的不断提高，车内传感器、控制器的使用也越来越多，导致车内线缆的数量显著增加。为了将如此多的线缆安装到车身，已经使用了各种连接器、接插件、固定件等。但无法避免这些线缆处于弯曲状态。此外，由于行驶过程中车身震动、部件的机械移动等因素，这些线缆的弯曲程度甚至会发生改变。一旦线缆因弯曲导致损坏，将影响车辆的正常驾驶。因此，有必要对线缆的弯曲疲劳特性进行测试。
3.已知一种通过摆臂方式对线缆施加弯曲来进行测试的结构。这种方式存在工作频率低、结构稳定性和耐用性差、以及运行过程中噪声过大的问题。


技术实现要素：

4.本公开提供一种线缆弯曲疲劳测试系统，其工作频率高，可同时测试多个样品，而且工作噪音少、震动少，具有良好的结构稳定性。
5.根据本公开的一个方面，提供了一种线缆弯曲疲劳测试系统，该线缆弯曲疲劳测试系统可以包括中空的主体部、一对主齿轮以及至少一对副齿轮。中空的主体部可以供至少一根线缆穿过。一对主齿轮分别位于主体部的两端，一对主齿轮通过传动轴连接并能由第一电机仅有传动轴驱动而旋转。至少一对副齿轮中的每一对副齿轮分别与一对主齿轮啮合，并能由所啮合的主齿轮带动旋转。线缆的两端可以分别固定于至少一对副齿轮中的一对副齿轮的齿轮中心。主体部可以使得当线缆的两端固定于一对副齿轮的齿轮中心时，线缆呈弯曲状态。
6.在一个可选实施例中，主体部的内壁可以为曲面。
7.在一个可选实施例中，主体部可以具有直径缩小的收缩部。
8.在一个可选实施例中，主体部能由第二电机驱动而旋转。
9.在一个可选实施例中，可以还包括电机控制单元，电机控制部耦合到第一电机和第二电机，并被配置成用于使第一电机和第二电机以相反的方向驱动主齿轮和主体部，并且第一电机和第二电机的转速被控制以使得主体部和线缆在它们的接触点处的线速度相等。
10.在一个可选实施例中，可以还包括线缆检测单元，线缆检测单元耦合到线缆，并被配置成用于对线缆通电来检测线缆是否损坏。
11.根据本公开的另一方面，提供了一种线缆弯曲疲劳测试方法，该线缆弯曲疲劳测试方法可以包括：使至少一个线缆穿过上述线缆弯曲疲劳测试系统的主体部的中空部分，并使每一个线缆的两端固定到对应的副齿轮对的两个齿轮的齿轮中心；以及利用第一电机驱动与副齿轮对啮合的主齿轮，以便使线缆绕其自身轴线自转。
12.在一个可选实施例中，可以还包括：利用第二电机驱动主体部。
13.在一个可选实施例中，第一电机和第二电机的转速和方向可以被选择，以使得主体部和线缆在它们的接触点处的线速度相等。
附图说明
14.在附图中(这些附图不一定是按比例绘制的)，相同的数字可以描述不同视图中的类似的组件。
15.图1是图示出根据示例实施例的线缆弯曲疲劳测试系统中的测试设备主体10的示意图；
16.图2是图1所示的测试设备主体10的侧向剖视图；
17.图3是图1所示的测试设备主体10的俯视图；
18.图4是图示出根据示例实施例的线缆弯曲疲劳测试系统400的框图。
具体实施方式
19.在以下描述中，陈述了众多特定细节。然而，应当理解，可在没有这些特定细节的情况下实践本发明的实施例。在其他实例中，未详细示出公知的电路、结构和技术，以免使对本描述的理解模糊。
20.说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用表明所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施例不一定都包括该特定的特征、结构或特性。此外，此类短语不一定是指同一个实施例。此外，当结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，认为结合无论是否被明确描述的其他实施例而影响此类特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识范围之内的。
21.应注意，术语“构成”、“构成有”、“具有”、“具备”、“包括”、“包括有”、“包含”、“含有”或它们的任何其它变型旨在覆盖非排他性的包括，使得构成、具有、包括、包含要素的列表的过程、方法、物品或装置不仅包括那些要素，还可包括对这种过程、方法、物品或装置未明确列出的或固有的其它要素。以“构成有一”、“具有一”、“包括一”、“包含一”开头的要素，在没有更多约束条件的情形下，不排除在构成有、具有、包括、包含该要素的过程、方法、物品或装置中有另外的相同要素存在。术语“一”和“一个”被定义为一个或更多个，除非本文中另有明确声明。
22.出于本公开的目的，短语“a和/或b”意指(a)、(b)或(a和b)。出于本公开的目的，短语“a、b、和/或c”意指(a)、(b)、(c)、(a和b)、(a和c)、(b和c)或(a、b和c)。
23.术语“耦合”、“连接”等不限于物理地或机械地连接，而是可以包括电连接，无论是直接还是间接。
24.在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
25.如上所述，通过摆臂方式对线缆施加弯曲来进行测试的结构存在工作频率低、结构稳定性和耐用性差、以及运行过程中噪声过大的问题。本公开为此涉及一种新的测试结构。
26.图1是图示出根据示例实施例的线缆弯曲疲劳测试系统中的测试设备主体10的示
意图。图2是图1所示的测试设备主体10的侧向剖视图。图3是图1所示的测试设备主体10的俯视图。图4是图示出根据示例实施例的线缆弯曲疲劳测试系统400的框图。
27.示例设备主体10包括主体部4、一对主齿轮1和至少一对副齿轮2。图1中，为方便图示，仅示出了一侧的主齿轮1和副齿轮2。
28.主体部4是中空的，其两端具有开口，中空部分用于供待测线缆3穿过。可选地，主体部4可以供多根线缆3穿过其中空部分以便同时对多根线缆3进行测试。
29.一对主齿轮1设置在主体部4的两端。两个主齿轮1通过传动轴5相连。传动轴5连接到第一电机21(图4中示出)，从而可以由该第一电机21经由传动轴5驱动主齿轮1进行旋转。
30.主齿轮1与主体部4同轴设置，且与主体部4的端部隔开一定间隙以容纳下文描述的副齿轮2。
31.至少一对(图中示出为五对)副齿轮2设置成与主齿轮1相啮合。一对副齿轮2对应于一根待测线缆3。
32.具体而言，一对副齿轮2中的两个副齿轮2的齿轮中心分别耦合到线缆3的两端。其结果，副齿轮2的转动将导致线缆3沿其轴线旋转。由于副齿轮2与主齿轮1啮合，因此第一电机对主齿轮1的旋转驱动最终会转变为线缆3绕其轴线的旋转。
33.在本实施例中，主齿轮1和副齿轮2的空间位置均保持不变，只进行自转。
34.主体部4的形状被设计成使得当线缆3的两端固定于一对副齿轮2的齿轮中心时，线缆3呈弯曲状态，如图2所示。
35.可以采用任何形状来实现这一点。例如，主体部4可以具有呈曲面的内壁，使得线缆3可以沿着呈曲面的内壁弯曲。在一些实施例中，内壁可以向靠近主体部4的轴线的方向弯曲。内壁的弯曲可以是平滑的，使得在设备运行时，线缆3的所有部位处于循环弯曲应力状态。
36.在一些实施例中，主体部4可以具有直径缩小的收缩部41，使得副齿轮2相比所述收缩部41的内壁更远离主体部4的轴线。这样可以确保线缆3穿过主体部4的中空部分固定到副齿轮2时处于弯曲状态。
37.然而，应理解，上述形状仅仅是示例，线缆3的弯曲方式也不限于图1和图2所示的向靠近主体部4轴线的方向弯曲，也可以向远离主体部4轴线的方向弯曲。
38.在线缆3弯曲的状态下，通过副齿轮2对线缆施加绕自身轴线的旋转能够模拟出线缆3在360度方向上的弯曲状态来进行弯曲疲劳测试。同时，由于线缆3除旋转以外不会有任何位置上的移动，因此具有良好的稳定性。
39.在本实施例中，示出了五对副齿轮2，因此能同时对五根线缆3进行测试。应理解，副齿轮2的对数以及线缆的根数可以根据需要选择，不限于图中所示的情况。然而，过多的线缆3可能导致测试时线缆3之间产生摩擦，从而影响疲劳测试结果，因此需要根据主体部4最窄部分的内径和线缆3的线径来确定所容纳的线缆数上限。
40.可选地，各个副齿轮2对在主齿轮1的轴向上等间隔排列，以确保固定于各个副齿轮2各个线缆3之间的间隔均匀，不会出现间隔变小的情况。
41.由于线缆3通过与主体部4内壁的接触来保持弯曲状态，因此当线缆3通过副齿轮2的旋转而绕自身的轴线旋转时，该线缆3会与主体部4产生滑动摩擦。这种摩擦可能导致线缆3损坏，从而影响测试结果。为此，在一些实施例中，可以将主体部4设置为可旋转。例如，
可以利用另一电机、即第二电机22(图4中示出)驱动主体部4进行旋转。
42.具体而言，第二电机22对主体部4的驱动方向与第一电机21对主齿轮1的驱动方向相反。这样能使得经由副齿轮2传递到线缆3的旋转方向与主体部4的旋转方向一致，从而减弱线缆3与主体部4的内壁间的滑动摩擦。
43.进一步地，可以对第一电机21和第二电机22的转速进行设定，使得线缆3和主体部4在它们的接触点处的线速度相等。其结果，在线缆3与主体部4接触的部分，它们的线速度相等且沿同一方向旋转，因此消除了线缆3与主体部4之间的滑动摩擦。其结果，能够准确测量线缆3的弯曲疲劳性能而不受摩擦的影响，因此能够研究因线缆3的纯粹弯曲状态造成的疲劳损坏。
44.第一电机21和第二电机22的转速可以由图4所示的电机控制单元20控制。电机控制单元20可以根据预先设置好的转速比来控制第一电机21和第二电机22。在一些实施方式中，电机控制单元20还可以基于来自未图示的传感器的信号控制第一电机21和第二电机22，以提升控制精度。这里的传感器诸如设置在主体部4内壁的线速度传感器。
45.如图4所示，系统400还可以包括线缆检测单元30和设备监测单元40。线缆检测单元30耦合到线缆3，用于检测线缆3是否发生破坏。这可以通过对线缆3通电，并基于输出电流和电压来确定。设备监测单元40耦合到设备主体10，用于记录系统400的运行时间、主体部4的转动频率和转动周数等。
46.电机控制单元20、线缆检测单元30和设备监测单元40可以是控制器、微处理器、包括诸如cpu或gpu的更复杂结构的处理器、由软件配置的处理器，或专用硬件或固件。
47.在利用本公开的线缆弯曲疲劳测试系统400对一个或多个线缆3进行弯曲疲劳测试时，先将各个线缆3穿过主体部4的中空部分，并将各个线缆3的两端分别固定到副齿轮2对的齿轮中心。在安装完成后，主体部4使得线缆3处于弯曲状态。然后可以利用第一电机21驱动传动轴5旋转从而带动主齿轮1旋转。主齿轮1进而经由副齿轮2对带动线缆3自转，从而开始疲劳测试。
48.在设置上文所述的第二电机22的情况下，同时利用第二电机22驱动主体部4旋转，并可以利用上文描述的电机控制单元2控制第一电机21和第二电机22的转速和方向，使得线缆3与主体部4的接触部分不产生滑动摩擦。
49.已经描述了以上所描述的实施例、实现方式和各方面，以便允许对本发明的容易的理解，并且不限制本发明。相反，本发明旨在覆盖所附权利要求的范围内所包括的各种修改和等效布置，其范围应被赋予最宽泛的解释以便涵盖如法律之下所准许的全部此类修改和等效结构。