商用车新型电液转向系统模拟试验台技术方案

本发明专利技术公开了一种商用车新型电液转向系统模拟试验台，用于商用车新型电液转向系统转向特性研究、转向辅助控制策略的开发与验证、转向控制效果的监测和评价；该试验台由仿真场景显示装置、实时仿真平台、液压助力系统、驾驶员操纵装置、机械转向系统、电动助力装置、转向阻力模拟装置、基础台架和座椅组成；仿真场景显示装置用于实时显示车辆状态和控制效果；电动助力装置用于改善转向系统转向特性，集成其他底盘电控系统；转向阻力模拟装置用于模拟轮胎与地面间的转向阻力；该试验台通过驾驶员与转向系统的实时交互，以及仿真场景显示装置的实时场景模拟，为商用车新型电液转向系统转向特性的研究和转向辅助控制策略的开发验证提供硬件平台。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于商用车转向领域，具体涉及一种用于商用车新型电液转向系统转向特性研究、转向辅助控制策略开发与验证、转向控制效果监测和评价的模拟试验台。
技术介绍
传统液压助力转向系统的液压泵由发动机驱动，辅助驾驶员达到转向轻便的效果。但是该转向系统存在如下缺点：(1)液压泵由发动机驱动，只要发动机启动，液压泵就一直不停运转，造成能量浪费，不符合节能的理念；(2)不能根据载荷、车速和转向盘转角等信息确定合理的助力值，转向操控舒适性较差。为此，研究人员在传统液压助力转向系统的基础上开发出了电控液压助力转向系统，电动液压助力转向系统具有传统液压助力转向的大部分优点，既能降低能耗，又能随车速调节助力大小。商用车转向系统的操纵舒适性直接影响驾驶员的驾驶状态，操纵舒适性差的转向系统会加剧驾驶员的疲劳感和紧张情绪，同时行车危险性也会增加。随着电控系统在商用车上的迅速发展和应用，在传统液压助力转向系统基础上添加电控系统的想法已经开始在国外付出实践。国外知名零部件公司ZF开发出Servoactive产品，该产品在传统液压助力转向系统基础上叠加助力电机，该助力电机安装在转向管柱上，实现转向助力矢量叠加的功能，类似的产品还有TEDRIVE公司的iHSA转向系统、Volvo公司的Dynamic转向系统。这类转向系统极大地改善了商用车转向系统的操纵舒适性，在不增加其他硬件的基础上可以很方便地集成其他转向辅助系统，如车道保持系统、侧风补偿技术、停车辅助技术等，并且还可以与商用车其他底盘电控系统集成，如电控悬架系统、电控制动系统等。在开发这种转向系统的同时，控制策略开发和试验验证环节必不可少，如果直接采用实车试验，试验成本高，试验重复性较差，人力、物力消耗大。而研究人员也会选择将开发的新型转向系统首先在试验台上加以验证而不是直接装车路试，这种做法将能够选择特定的测试工况监测控制策略潜在的问题，大大减低路试的危险性，且整个试验过程受外界环境影响较小，减少实车试验所消耗的财力、物力和人力。国内专利技术专利申请公布号为CN104401388A，专利技术名称为：一种智能新型电液转向系统，申请日为2014年10月23日，申请号为201410566065.2，申请人为北京奥特尼克科技有限公司。该专利文件介绍了一种集成液压助力和电动助力的智能转向辅助驾驶系统，该转向系统根据车辆行驶状态可以实现液压助力和电动助力同时工作、电动助力单独工作、液压助力单独工作三种模式的切换，通过控制电动助力装置实现随速变助力控制，并能实现自动泊车和主动回正功能。该专利对智能新型电液转向系统进行了结构、工作原理和功能介绍，但对该转向系统功能的具体实现方法和功能验证方面未做详细描述。因此，有必要搭建一种集成液压助力系统和电控系统的商用车转向系统试验台，该试验台能用于商用车新型电液转向系统转向特性的研究、转向辅助控制策略的开发与验证、商用车转向控制效果的监测和评价。
技术实现思路
本专利技术的目的在于搭建一种能够用于研究商用车新型电液转向系统转向特性，开发和验证转向辅助控制策略，并且监测和评价商用车转向控制效果的模拟试验台。为实现上述目的，本专利技术是按如下技术方案实现的：一种商用车新型电液转向系统模拟试验台，包括仿真场景显示装置、实时仿真平台、液压助力系统、驾驶员操纵装置、机械转向系统、电动助力装置、转向阻力模拟装置、基础台架和座椅；仿真场景显示装置用于实时显示车辆行驶状态和控制效果；液压助力系统用于辅助驾驶员完成正常的转向操作；电动助力装置用于改善转向系统转向特性，集成其他底盘电控系统；转向阻力模拟装置用于模拟轮胎与地面间的转向阻力，模拟转向路感；驾驶员操纵装置用于模拟驾驶员在特定工况下的加速行为和制动行为；实时仿真平台通过数据采集设备接收传感器信号，运行商用车整车动力学模型和转向辅助控制策略，并输出控制信号至电磁离合器、助力电机、驱动电机和阻力模拟电机；基础台架用于连接并固定试验台各部分；座椅用于支撑驾驶员完成转向操作。技术方案中所述的仿真场景显示装置由上位机显示屏幕和下位机显示屏幕组成，上位机显示屏幕用于实现人机交互，负责显示编程人员开发、调试和编译商用车整车动力学模型与转向辅助控制策略的操作，并对商用车整车动力学模型和转向辅助控制策略的运行情况进行实时监测，下位机显示屏幕负责监测下位机的运行情况。技术方案中所述的实时仿真平台包括上位机、下位机，以及连接线束，其中上位机用于建立商用车整车动力学模型，开发动态转向控制策略和转向辅助控制策略，调试和编译商用车整车动力学与控制策略，下载编译文件至下位机，下位机包括嵌入式控制器、外围板卡和底座，外围板卡安装在机箱对应的插槽中。技术方案中所述的实时仿真平台通过分析制动踏板开度信号、加速踏板开度信号和转向盘转角信号，辨识驾驶员操作意图，获取驾驶员驾驶特性，辅助改善转向系统的转向特性，从而验证转向辅助控制策略的合理性。技术方案中所述的液压助力系统，包括储油罐、液压泵、驱动电机、单向阀、压力流量控制阀、溢流阀和相应液压管路，驱动电机内置的驱动器接收实时仿真平台发出的驱动电机控制信号，进而控制液压泵的转速。技术方案中所述的驾驶员操纵装置包括制动踏板模拟器、制动踏板开度信号传感器、加速踏板模拟器和加速踏板开度信号传感器，制动踏板模拟器用于控制商用车整车动力学模型的减速运动，制动踏板开度信号传感器用于采集驾驶员的制动信号，加速踏板模拟器用于控制商用车整车动力学模型的加速运动，加速踏板开度信号传感器用于采集驾驶员的加速信号。技术方案中所述的机械转向系统包括转向盘、转向管柱、转向盘转角传感器、转向盘转矩传感器、转向传动轴和整体循环球式转向器，转向盘转角传感器采集转向盘转角信号，将其传递给实时仿真平台，为实现转向阻力矩的精确控制提供计算依据；转向盘转矩传感器布置在电动助力装置的上部，用于测量驾驶员作用在转向轴上的转矩大小，并将其传递给实时仿真平台，为转向系统助力控制策略的开发提供参考值。技术方案中所述的电动助力装置包括助力电机、电磁离合器和蜗杆涡轮减速机构，电磁离合器位于助力电机与蜗杆之间，根据助力电机的工作情况实现接合和断开，蜗杆涡轮减速机构起减速增扭的作用，助力电机内置的驱动器接收实时仿真平台发出的助力电机控制信号，调节助力电机的输出扭矩，该扭矩通过蜗杆涡轮减速机构传递到转向管柱上，辅助驾驶员实现车道保持、侧向风补偿、过滤路面颠簸等转向辅助功能。技术方案中所述的转向阻力模拟装置包括转向阻力模拟电机、转向阻力模拟减速器、连接传感器和减速器的联轴器、转向阻力模拟扭矩传感器、连接转向器和传感器的联轴器，连接传感器和减速器的联轴器通过平键连接阻力模拟减速器的输出轴和阻力模拟转矩传感器的输入轴，连接转向器和传感器的联轴器通过花键连接转向阻力模拟扭矩传感器和整体循环球式转向器的转向摇臂轴。技术方案中所述的基础台架包括座椅支撑台架、机械转向系统固定台架和转向阻力模拟装置支撑台架，座椅支撑台架包括座椅支撑钢板和座椅支撑角钢架；机械转向系统固定台架包括转向管柱固定架、电动助力装置固定架、整体循环球式转向器固定架、显示屏幕支撑架；转向阻力模拟装置支撑台架包括电机固定架、减速器固定架、减速器支撑架、转向阻力模拟转矩传感器支撑架和底座，在底座支撑钢板上加工有槽孔，便于轴向位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种商用车新型电液转向系统模拟试验台，其特征在于包括仿真场景显示装置、实时仿真平台、液压助力系统、驾驶员操纵装置、机械转向系统、电动助力装置、转向阻力模拟装置、基础台架和座椅；仿真场景显示装置用于实时显示车辆行驶状态和控制效果；液压助力系统用于辅助驾驶员完成正常的转向操作；电动助力装置用于改善转向系统转向特性，集成其他底盘电控系统；转向阻力模拟装置用于模拟轮胎与地面间的转向阻力，模拟转向路感；驾驶员操纵装置用于模拟驾驶员在特定工况下的加速行为和制动行为；实时仿真平台通过数据采集设备接收传感器信号，运行商用车整车动力学模型和转向辅助控制策略，并输出控制信号至电磁离合器、助力电机、驱动电机和阻力模拟电机；基础台架用于连接并固定试验台各部分；座椅用于支撑驾驶员完成转向操作。

【技术特征摘要】
1.一种商用车新型电液转向系统模拟试验台，其特征在于包括仿真场景显示装置、实时仿真平台、液压助力系统、驾驶员操纵装置、机械转向系统、电动助力装置、转向阻力模拟装置、基础台架和座椅；仿真场景显示装置用于实时显示车辆行驶状态和控制效果；液压助力系统用于辅助驾驶员完成正常的转向操作；电动助力装置用于改善转向系统转向特性，集成其他底盘电控系统；转向阻力模拟装置用于模拟轮胎与地面间的转向阻力，模拟转向路感；驾驶员操纵装置用于模拟驾驶员在特定工况下的加速行为和制动行为；实时仿真平台通过数据采集设备接收传感器信号，运行商用车整车动力学模型和转向辅助控制策略，并输出控制信号至电磁离合器、助力电机、驱动电机和阻力模拟电机；基础台架用于连接并固定试验台各部分；座椅用于支撑驾驶员完成转向操作。2.如权利要求1所述的商用车新型电液转向系统模拟试验台，其特征在于所述的仿真场景显示装置由上位机显示屏幕和下位机显示屏幕组成，上位机显示屏幕用于实现人机交互，负责显示编程人员开发、调试和编译商用车整车动力学模型与转向辅助控制策略的操作，并对商用车整车动力学模型和转向辅助控制策略的运行情况进行实时监测，下位机显示屏幕负责监测下位机的运行情况。3.如权利要求1所述的商用车新型电液转向系统模拟试验台，其特征在于所述的实时仿真平台包括上位机、下位机，以及连接线束，其中上位机用于建立商用车整车动力学模型，开发动态转向控制策略和转向辅助控制策略，调试和编译商用车整车动力学与控制策略，下载编译文件至下位机，下位机包括嵌入式控制器、外围板卡和底座，外围板卡安装在机箱对应的插槽中。4.如权利要求3所述的商用车新型电液转向系统模拟试验台，其特征在于所述的实时仿真平台通过分析制动踏板开度信号、加速踏板开度信号和转向盘转角信号，辨识驾驶员操作意图，获取驾驶员驾驶特性，辅助改善转向系统的转向特性，从而验证转向辅助控制策略的合理性。5.如权利要求1所述的商用车新型电液转向系统模拟试验台，其特征在于所述的液压助力系统，包括储油罐、液压泵、驱动电机、单向阀、压力流量控制阀、溢流阀和相应液压管路，驱动电机内置的驱动器接收实时仿真平台发出的驱动电机控制信号，进而控制液压泵的转速。6.如权利要求1所述的商用车新型电液转向系统模拟试验台，其特征在于所述的驾驶员操纵装置包括制动踏板模拟器、制动踏板开度信号传感器、加速踏板模拟器和加速踏板开度信号传感器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗长富，韩小健，吕程盛，赵伟强，高恪，李贵远，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22