一种转向系统实时硬件在环仿真平台及试验方法技术方案

本发明专利技术提供一种转向系统实时硬件在环仿真平台及试验方法，所述在环仿真平台包括方向盘、转角传感器、EPS系统、转向齿条、PXI仿真系统、电缸、减速机构、伺服电机、伺服电机控制器、工控机、显示器、直流稳压电源、变速换挡装置、油门踏板；所述试验方法能够建立精确的动态模型。有益的技术效果：本发明专利技术通过EPS控制器的硬件在环仿真试验对EPS控制器的控制效果如转向轻便性及稳态的回转性能进行测试，同时对于整车EPS的性能测试和评估提供了很好的手段。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于转向系统仿真试验
，特别是指一种转向系统实时硬件在环仿真平台及试验方法。
技术介绍
电动助力转向系统（EPS，ElectricalPowerSteering）是一种直接依靠电机提供辅助转矩的动力转向系统。不同类型的EPS基本原理是相同的：转矩传感器与转向轴连接一起，当转动方向盘使得转向轴转动时，转矩传感器开始工作，把输入轴和输出轴在扭杆作用下产生的相对转动位移变成电信号传给EPS控制器，EPS控制器根据车速传感器和转矩传感器的信号决定助力电机的旋转方向和助力电流大小，从而完成实时控制助力转向。因此它可以实现随速助力功能，保证汽车在低速行驶时轻便灵活，高速行驶时稳定可靠。现在助力电机分为有刷电机和无刷电机。一般的EPS正常工作需要的主要的条件：控制器的供电电源、点火信号、车速、发动机转速、转矩信号等。EPS与通讯常见的两种：硬线通讯、CAN通讯。一般诊断诊断模块通讯为CAN通讯。EPS能节约燃料，提高主动安全性，且有利于环保，是一项紧扣现代汽车发展主题的新技术，有逐步取代传统液压动力转向（HPS）的趋势。EPS的特点如下：1、EPS的助力大小可控。可通过设置不同的转向手力（驾驶员或操作人员施加在方向盘上的转向力）特性来满足不同使用对象的需要。2、EPS只在转向时电动机才提供助力，能提高燃料的经济性。3、EPS的质量更轻，结构更紧凑，在安装位置选择方面也更容易，并且能降低噪声。4、EPS没有液压回路，比HPS更容易调整和检测，装配自动化程度更高，且可以通过设置不同的程序，能快速与不同车型匹配，因而能缩短生产和开发周期。5、EPS不存在渗油问题，可大大降低保修成本，减小对环境的污染。一个性能良好的EPS系统也是需要实车试验来对其性能进行验证的。但是EPS的实车试验具有一些明显的限制：其一，传统的实车道路试验方法耗资大、开发周期长、柔性差，难以测试汽车在不同工况下的控制效果。其二，某些试验，具有相当的危险性，需要专门的试驾人员。再者，试验对场地要求很苛刻，需要专门的汽车试验场地。所以，开发一个EPS的硬件在环仿真测试装置就成为一种迫切需求。在本专利技术所提出的汽车电动助力转向系统仿真测试装置中，阻力伺服电机和电缸用于模拟车轮对转向输出轴的阻力，其扭矩型号传送到数据采集卡。计算机通过数据采集卡采集相关数据和发送相关信号，并通过数据的处理，得到测试结果，可在仿真环境下对EPS进行调试和性能测试。虽然，技术汽车电动助力转向系统仿真测试装置(申请号：200420065141.3)与专利技术专利电动助力转向试验台(申请号：200710056066.2)，分别采用了伺服电机以及电缸作为加载机构，但是所建立的实时仿真模型精度不高，不能实现虚拟试验场用于实时监测试验过程，并且未能集成轮胎的自回正力矩的功能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种转向系统实时硬件在环仿真平台及试验方法，可以实现转向系统的原地转向轻便性测试、蛇形试验及稳态回转试验等，更方便应用于EPS的测试及研发。一种转向系统实时硬件在环仿真平台，包括方向盘1、转角传感器2、EPS系统3、转向齿条4、PXI仿真系统5、电缸7、减速机构8、伺服电机9、伺服电机控制器10、工控机11、显示器12、直流稳压电源13、变速换挡装置14、油门踏板15。其中，在方向盘1的下方设有转向管柱。在转向管柱的柱身上安装有转角传感器2。所述转向管柱的末端与转向齿条4的杆身相连。转向齿条4的一端依次与电缸7、减速机构8、伺服电机9、伺服电机控制器10相连接。PXI仿真系统5内含CAN通讯卡6和数据采集卡16。转角传感器2的输出端经CAN通讯卡6与PXI仿真系统5相连接。所述PXI仿真系统5负责产生点火信号、车速信号、发动机转速信号以及转向阻力的转矩信号。伺服电机控制器10与PXI仿真系统5相连接。变速换挡装置14与油门踏板15相连。油门踏板15的信号输出端经数据采集卡16与PXI仿真系统5相连接。PXI仿真系统5与工控机11直接相连，并双向通讯。工控机11与显示器12、直流稳压电源13相连。所述工控机11内安装有Carsim软件，实时运行Carsim整车模型。工控机11对直流稳压电源发送电流电压指令信号。在转向管柱和/或转向齿条4上安装有EPS系统3。所述EPS系统3负责驾驶员驾驶车辆进行转向操作时，提供相应的助力转矩。EPS系统3与PXI仿真系统5相连接。直流稳压电源13分别与转角传感器2、EPS系统3相连并供电。参见图1，进一步说，EPS系统3包含1个转矩传感器、1个助力电机和1个EPS控制器。其中，转矩传感器分别与转向管柱、EPS控制器相连。助力电机分别与转向管柱、EPS控制器相连接。与转向管柱相连的助力电机负责模拟行车助力。EPS控制器与直流稳压电源13、PXI仿真系统5相连接。参见图3，进一步说，EPS系统3包含1个转矩传感器、1个助力电机和1个EPS控制器。其中，转矩传感器分别与转向管柱、EPS控制器相连。助力电机分别与转向齿条4、EPS控制器相连接。与转向齿条4相连的助力电机负责模拟行车阻力。EPS控制器与直流稳压电源13、PXI仿真系统5相连接。参见图5，进一步说，EPS系统3包含1个转矩传感器、2个助力电机和1个EPS控制器。其中，在转向管柱上设有1个转矩传感器和1个助力电机。与转向管柱相连的助力电机负责模拟行车助力。在转向齿条4上设有另1个助力电机。与转向齿条4相连的助力电机负责模拟行车阻力。安装在转向管柱上的转矩传感器、安装在转向管柱上的助力电机、安装在转向齿条4上的助力电机均与EPS控制器相连。EPS控制器与直流稳压电源13、PXI仿真系统5相连接。进一步说，当助力电机为有刷电机时，数据采集卡16分别与EPS控制器的I/O口及伺服电机控制器10的I/O口连接。CAN通讯卡6与转角传感器2的输出端连接。进一步说，当助力电机为无刷电机时，数据采集卡16分别与直流稳压电源13的I/O口、EPS控制器的I/O口及伺服电机控制器10的I/O口连接。所述直流稳压电源13为可编程电源。CAN通讯卡6分别与转角传感器2的输出端、EPS控制器的I/O口及伺服电机控制器10的I/O口连接。进一步说，所述的伺服电机控制器10和PXI仿真系统5通过USB数据线相连接，用于伺服电机控制器10参数的写入。所述的工控机11和PXI仿真系统5是通过双绞线连接在一起的。由工控机11将人工设定的EPS控制器工作参数转换成一组模拟信号。由油门踏板和变速换挡装置产生另一组模拟信号。由工控机11产生的模拟信号、由油门踏板和变速换挡装置产生的模拟信号均经PXI仿真系统5传递至EPS控制器。EPS控制器将接受到的模拟信号转换成相应的反馈信号，并输出。进一步说，所述模拟信号包括有电源信号、点火信号、车速信号、发动机转速信号。进一步说，转角传感器2的型号为LWS_5.3.31。PXI仿真系统5的型号为PXI-81本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转向系统实时硬件在环仿真平台，其特征在于：包括方向盘（1）、转角传感器（2）、EPS系统（3）、转向齿条（4）、PXI仿真系统（5）、电缸（7）、减速机构（8）、伺服电机（9）、伺服电机控制器（10）、工控机（11）、显示器（12）、直流稳压电源（13）、变速换挡装置（14）、油门踏板（15）；其中，在方向盘（1）的下方设有转向管柱；在转向管柱的柱身上安装有转角传感器（2）；所述转向管柱的末端与转向齿条（4）的杆身相连；转向齿条（4）的一端依次与电缸（7）、减速机构（8）、伺服电机（9）、伺服电机控制器（10）相连接；PXI仿真系统（5）内含CAN通讯卡（6）和数据采集卡（16）；转角传感器（2）的输出端经CAN通讯卡（6）与PXI仿真系统（5）相连接；所述PXI仿真系统（5）负责产生点火信号、车速信号、发动机转速信号以及转向阻力的转矩信号；伺服电机控制器（10）与PXI仿真系统（5）相连接；变速换挡装置（14）与油门踏板（15）相连；油门踏板（15）的信号输出端经数据采集卡（16）与PXI仿真系统（5）相连接；PXI仿真系统（5）与工控机（11）直接相连，并双向通讯；工控机（11）与显示器（12）、直流稳压电源（13）相连；所述工控机（11）对直流稳压电源（13）发送电流电压指令信号；在转向管柱和/或转向齿条（4）上安装有EPS系统（3）；EPS系统（3）与PXI仿真系统（5）相连接；直流稳压电源（13）分别与转角传感器（2）、EPS系统（3）相连并供电。...

【技术特征摘要】
1.一种转向系统实时硬件在环仿真平台，其特征在于：包括方向盘（1）、转角传感器（2）、EPS系统（3）、转向齿条（4）、PXI仿真系统（5）、电缸（7）、减速机构（8）、伺服电机（9）、伺服电机控制器（10）、工控机（11）、显示器（12）、直流稳压电源（13）、变速换挡装置（14）、油门踏板（15）；其中，
在方向盘（1）的下方设有转向管柱；在转向管柱的柱身上安装有转角传感器（2）；所述转向管柱的末端与转向齿条（4）的杆身相连；
转向齿条（4）的一端依次与电缸（7）、减速机构（8）、伺服电机（9）、伺服电机控制器（10）相连接；
PXI仿真系统（5）内含CAN通讯卡（6）和数据采集卡（16）；
转角传感器（2）的输出端经CAN通讯卡（6）与PXI仿真系统（5）相连接；所述PXI仿真系统（5）负责产生点火信号、车速信号、发动机转速信号以及转向阻力的转矩信号；伺服电机控制器（10）与PXI仿真系统（5）相连接；
变速换挡装置（14）与油门踏板（15）相连；油门踏板（15）的信号输出端经数据采集卡（16）与PXI仿真系统（5）相连接；PXI仿真系统（5）与工控机（11）直接相连，并双向通讯；
工控机（11）与显示器（12）、直流稳压电源（13）相连；所述工控机（11）对直流稳压电源（13）发送电流电压指令信号；
在转向管柱和/或转向齿条（4）上安装有EPS系统（3）；
EPS系统（3）与PXI仿真系统（5）相连接；
直流稳压电源（13）分别与转角传感器（2）、EPS系统（3）相连并供电。
2.根据权利要求1所述的一种转向系统实时硬件在环仿真平台，其特征在于：EPS系统（3）包含1个转矩传感器、1个助力电机和1个EPS控制器；其中，转矩传感器分别与转向管柱、EPS控制器相连；助力电机分别与转向管柱、EPS控制器相连接；与转向管柱相连的助力电机负责模拟行车助力；EPS控制器与直流稳压电源（13）、PXI仿真系统（5）相连接。
3.根据权利要求1所述的一种转向系统实时硬件在环仿真平台，其特征在于：EPS系统（3）包含1个转矩传感器、1个助力电机和1个EPS控制器；其中，转矩传感器分别与转向管柱、EPS控制器相连；助力电机分别与转向齿条（4）、EPS控制器相连接；与转向齿条（4）相连的助力电机负责模拟行车阻力；EPS控制器与直流稳压电源（13）、PXI仿真系统（5）相连接。
4.根据权利要求1所述的一种转向系统实时硬件在环仿真平台，其特征在于：EPS系统（3）包含1个转矩传感器、2个助力电机和1个EPS控制器；其中，在转向管柱上设有1个转矩传感器和1个助力电机；与转向管柱相连的助力电机负责模拟行车助力；在转向齿条（4）上设有另1个助力电机；与转向齿条（4）相连的助力电机负责模拟行车阻力；安装在转向管柱上的转矩传感器、安装在转向管柱上的助力电机、安装在转向齿条（4）上的助力电机均与EPS控制器相连；EPS控制器与直流稳压电源（13）、PXI仿真系统（5）相连接。
5.根据权利要求2至4所述任一一种转向系统实时硬件在环仿真平台，其特征在于:当助力电机为有刷电机时，数据采集卡（16）分别与EPS控制器的I/O口及伺服电机控制器（10）的I/O口连接；CAN通讯卡（6）与转角传感器（2）的输出端连接。
6.根据权利要求2至4所述任一一种转向系统实时硬件在环仿真平台，其特征在于：当助力电机为无刷电机时，数据采集卡（16）分别与直流稳压电源（13）的I/O口、EPS控制器的I/O口及伺服电机控制器（10）的I...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鹤，赵林峰，陈无畏，姜武华，王其东，王慧然，罗家亮，袁磊，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34