戴姆勒电动卡车耐久性分析中的车轮力测量

在电动车辆及新型动力系统的耐久性测试中，精确测量车轮与路面之间的相互作用力、扭矩及振动响应至关重要。Daimler Truck在其位于德国W?rth的EVZ研发测试中心，针对eActros进行了全面的耐久性测试，以确保电动卡车在复杂路况下的可靠性。整个测试过程中，需要采集作用于车轮上X、Y、Z轴上的力和扭矩，以及数百个模拟量参数。由于传统测量方案难以满足多通道、高速数据同步采集的要求。为此，CSM推出基于KiRoad Performance Gateway结合Kistler轮力传感器的完整测量方案，可在复杂工况下实现高精度、实时的动态测量，以满足工程师对车辆结构力学行为和动态响应的精准捕捉需求。

Daimler Truck测试场景与挑战

Daimler Truck在开发eActros时面临诸多工程挑战，其中电驱动桥设计是一个关键因素。如图2所示，eActros的电驱动桥设计紧凑且集成度极高：法兰铸造外壳上集成了油泵、换热器、动力电机以及高压电缆。与传统燃油卡车不同，eActros取消了传动轴，动力电机直接集成于车轴，高压电池系统则被安装在车架之间。这一创新设计导致车辆重量分布和重心位置发生变化，进而影响整车的振动和动态性能。

为了准确、全面地分析这些影响，需要在车轴狭小空间内，安装应变计、拉线位移传感器、激光传感器和加速度计，以测量其在三个维度上的移动方式。总计超过200个模拟量测量通道，需要满足所有测量数据实现高精度同步，才能正确解析车轮载荷变化及其对结构的影响。

图2：电动车桥及其测量传感器应用情况：CSM测量模块安装在车辆车架量两侧。

图3：激光传感器被用来检查空气气囊与电动车桥铸造外壳之间是否会发生碰撞。

解决方案

图4：基于CSM KiRoad Performance Gateway的车轮力和机械载荷同步测量完整方案

如图4所示，CSM为Daimler Truck提供了完美的解决方案：以CSM KiRoad Performance Gateway作为整个测量系统的核心，实现了Kistler轮力传感器与CSM ECAT模拟量测量模块等多设备之间的时钟同步与数据并行采集。该系统将EtherCAT和Ethernet协议转换为XCP-on-Ethernet协议，形成统一的数据采集平台，数据传输率高达1Gbit/s，能确保大数据量情况下的高效、稳定传输，并与主流数据采集软件无缝对接。

基于IEEE 1588标准的PTP同步技术，所有测量通道同步精度可以达到100纳秒的水平，满足复杂测试场景下的高密度数据采集需求。这一技术突破为eActros的耐久性测试和结构分析奠定了坚实的数据基础，使Daimler工程师能够更全面、更准确地评估车辆在真实工况下的表现。

图5：激光测量结果显示了车轴的横向位移与施加在车轮上的横向力之间的相关性

图5显示了在“8字形”行驶过程中，同步记录车轮所受的横向力（由Kistler轮力传感器测量）和车轴的横向位移（由激光传感器测量）之间的显著相关性。结果表明，当车轮受到不同大小的横向力时，车轴会产生相应的横向位移变化。这一发现使Daimler工程师能够精准预测车轴的动态响应，优化车轴与周围组件之间的间隙设计，确保即使在极端工况下，电驱动桥的横向位移仍控制在安全范围内，避免与相邻部件发生碰撞，有效提升了eActros的结构安全性与耐用性，也为后续设计优化提供了宝贵依据。

行业参考价值：适用于多种电动车测试场景

Daimler Truck的测试经验和CSM方案不仅适用于eActros，也可为其他商用车制造商提供借鉴。

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高精度数据同步，确保测量准确性

- 通过CSM KiRoad Performance Gateway，确保所有测量通道的时间一致性，提高测量精度

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台架上进行快速耐久性测试，提高测试效率

- 利用高精度的历史测量数据驱动台架测试，精确复现真实道路负载，即使没有完整的测试车辆，也能提前进行验证

- 快速识别结构薄弱点，优化车辆设计，提高耐用性

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适用于高压环境的电动车测试

- 可在电动车高压环境内（如电池组内部）进行测量，捕捉道路冲击力对高压电池的影响

- 同时对高压电池组及其他关键部件在恶劣工况下的力学状态进行实时监测，为电动车辆的安全设计和优化提供数据支撑

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支持多种传感器，涵盖广泛测试需求

- CSM ECAT模块支持测量应变片、激光传感器、加速度计等多种传感器，全面分析三维运动、振动、加速度、应变、弯曲、压缩和扭转

核心技术竞争力与创新优势

基于CSM产品的全套测量方案，成功应对Daimler Truck在eActros开发中的诸多技术挑战。该方案在恶劣路况和高压环境下，实现了对机械载荷与车轮力的高精度同步测量，显著提升了耐久性测试的效率和准确性，是工程师深入解析车辆动态响应与结构受力分布的强大工具，为eActros的新车型设计与优化提供了坚实的技术支撑。