应用nCode GlyphWorks评估转向系统疲劳损伤目标
上海山外山机电工程科技有限公司 殷红雷
车辆的转向和地域和日常的行驶轨迹相关，也一定程度和驾驶习惯相关，具有相当大的分散性。从转向数据中分析出相关的特征数据，对于了解车辆目标市场，建立合理的车辆转向系统疲劳损伤目标，从而制订和市场用户相关的台架试验考核规范，有着至关重要的意义。
评估转向系统的结构损伤目标需涵盖转向角、转向管柱扭矩、转向机齿轮齿条结构等，大致思路如下：
针对转向管柱等结构件：应用扭矩求损伤；
针对齿轮齿条等磨损件：关联不同转角对应扭矩载荷，需要区别顺时针及逆时针转向。
上海山外山机电工程科技有限公司针对转向系统开发了专用流程，如图1所示，可从转向数据（主要是方向盘转向角和扭矩），获取如下分析目标：
识别出转向的频次和每次转向所对应的转角和扭矩的变化范围；
从而分析出各转向角和扭矩区间的使用频次以及相对疲劳损伤；
并获取相对于转向角的最大和最小扭矩；
以及所累计的疲劳损伤值。
图1 分析转向数据流程
本文针对如何应用该流程来进行转向系统评估，展开介绍。
一、 流程输入
TSInput包含方向盘转角和扭矩的时域数据，典型数据如图2所示。
MyInput分析参数设定，如图3所示，包括：
ChanNumSteeringAngle：输入数据中方向盘转角数据的通道号。
ChanNumSteeringTorque：输入数据中方向盘扭矩数据的通道号。
DataLengthThreshhold：转向数据的时间长度门槛值，即短于这一门槛值的转向数据段将不被识别为一次转向。数据长度的单位为秒。
DataSmoothingWindowWidth：用于平滑输入数据的窗口时间长度，单位为秒。
TNIntercept：扭矩寿命疲劳曲线截距，即公式T=T1*(Nf)^b1中的T1，默认值为1。
TNSlope：扭矩寿命疲劳曲线斜率，即公式中的b1。 默认值为-0.2。
XBinsSteeringAngle：分析结果直方图中转角（X轴）的区间数目。
XMaxSteeringAngle：分析结果直方图中转角数据最大值。
XMinSteeringAngle：分析结果直方图中转角数据最小值。
YBinsSteeringAngle：分析结果直方图中扭矩的区间数目。
YMaxSteeringAngle：分析结果直方图中扭矩数据最大值。
YMinSteeringAngle：分析结果直方图中扭矩数据最小值。
请注意，MyInput中的结果直方图转角和扭矩的区间尺寸将按 (Max-Min)/Bins计算，转角和扭矩的参数设定不应当使得转角扭矩直方图区间跨零。
图2 转向输入数据
图3 分析输入参数定义
二、 流程输出
ComparisonBeforeAndAfterSmoothing：所平滑的输入数据和原始输入数据比较显示，见图4。如果平滑效果不理想，可调整参数DataSmoothingWindowWidth。
3DHistogramDisplay(AnalysisResults)：所计算的三维转角扭矩直方图分布结果，包含顺时针和逆时针两种转向所对应的扭矩、频次和疲劳损伤分布。顺时针结果数据的通道号分别为9000（扭矩torque），9001（频次Occurrence）和9002（损伤Damage），见图5；逆时针对应的通道号分别为9100（扭矩），9101（频次）和9102（损伤）。
2DHistogramDisplay(AnalysisResults)：从三维直方图结果数据分别对正向扭矩（值为正的扭矩）和反向扭矩（值为负的扭矩）区间获取各个转角区间的扭矩最大和最小值，以及正反向扭矩对应的损伤累计值。所计算的结果也包含顺时针和逆时针两种转向对应的结果。顺时针结果数据的通道号分别为10000（最大扭矩），10001（最小扭矩），10002（正向扭矩累计损伤）和10003（反向扭矩累计损伤），见图6；逆时针对应的通道号分别为10100（最大扭矩），10101（最小扭矩），10102（正向扭矩累计损伤）和10103（反向扭矩累计损伤）。
HistogramOutput(3D)：分析得到的三维直方图输出，共有6个通道的数据，保存为nCode S3H格式文档，默认的文档名为输入数据名加后缀“_results_3d”，如有必要可进行更改。
HistogramOutput(2D)：分析得到的二维直方图输出，共有8个通道的数据，保存为nCode S3H格式文档，默认的文档名为输入数据名加后缀“_results_2d”，如有必要可进行更改。
图4数据平滑效果显示
图5三维直方图分布分析结果显示（顺时针转向）
图6 二维直方图分析结果显示（顺时针转向）
三、 流程使用方法
本公司已将该流程收录于x-Powertrain 2023 动力传动专业流程包，流程文件名为： x-PT-2023_23_analyse_steering_data.flo，应用步骤如下：
1.打开流程。
2.从数据区选取转向时域数据，将其拖放至TSInput。
3.在MyInput中输入分析参数。
4.运行流程，检查图4中的数据平滑效果，如有必要可调整数据平滑参数，再次运行流程。
5.获取结果。
四、流程的意义
基于以上，可轻松实现应用nCode GlyphWorks计算转向系统的损伤目标。
该流程专门为评估转向系统疲劳损伤所开发，包含专家的大量技术诀窍和经验，可解决特定工程应用问题，具有领先的行业及技术标准化特点。
流程由下列元素组成，形成成熟的知识体系：
流程及相关组件
安装及使用说明
样例数据
产品使用描述
用户只要接受简单的培训，无需设置复杂的参数，就可以获得所需的结果，标准化工作过程，分析效率极高，使用方便。
来源：上海山外山机电工程科技有限公司
