车辆电动助力转向系统试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于车辆工程测试设备技术领域，具体涉及一种模拟车辆运行实际工况下，对ＥＰＳ进行助力特性和控制策略等相关研究并且检测车辆电动助力转向系统转向助力效果及安全性的试验装置。包括转向前轮与悬架集成系统、机械转向系统、机械转向结构安装台架、交流电动机控制器、电流传感器、扭矩传感器、车速传感器、数据采集系统和数控电液伺服试验系统，其特征在于：设置了车轮动力输入机构、转向回正模拟机构，以及载荷均分加载机构；本发明专利技术可以在实验室内对车辆转向系统的受力状况进行较精确模拟，能够反映车辆载荷、路面状况、车轮定位参数、悬架系统、轮胎特性、车辆速度等因素对转向系统受力的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于车辆工程测试设备
，具体涉及一种模拟车辆运行实际工况下， 对EPS进行助力特性和控制策略等相关研究并且检测车辆电动助力转向系统转向助力效果 及安全性的试验装置。
技术介绍
电动助力转向系统(EPS: Electric Power Steering System)不同于传统的液压助力转向 系统(HPS: Hydraulic Power Steering System)和电控液压助力转向系统，它不需要复杂的 机械和液压控制，具有节能、环保和改善汽车操纵性能等诸多优点，受到许多学者的关注， 成为现代汽车转向系统研究和开发的热点。其系统原理框图如图1所示。驾驶员转动方向盘1，转向输入轴2带动方向盘扭矩传感器3，扭矩传感器把测量的扭矩信号转化为电信号传给EPS系统的控制器9，控制器9根据车速信号12'、方向盘扭矩信号13',按照助力特性曲线计算出电动机的理想助力电流16,在ECU9的驱动下，助力电动机8提供合适的助力扭矩。同时，ECU根据发动机转速信号14对电磁离合器10进行 断开和结合控制。当电磁离合器10处于结合状态时，电动机的助力扭矩在减速器4的作用 下减速增扭加载到转向输出轴15上，和驾驶员的转向力矩一起完成转向操作。在EPS设计与开发过程中，需要在下面几个方面进行研究在车辆实际运行状况下(也 就是车辆转向力矩实际变化规律情况下)，根据车辆的一些参数确定助力特性曲线、比较不 同控制策略的控制效果、对转向系统参数进行匹配设计等，这些研究最后都需要实验进行 验证。因此，设计台架试验是十分必要的。但现有的试验装置难以精确模拟车辆实际行驶状态下转向回正力矩、转向系统阻力矩 的变化规律。《汽车工程》2004 (Vol.26) No.5《电动助力转向系统控制的台架试验研究》 一文中在台架设计部分用两只螺旋弹簧安装在转向器横拉杆两端， 一旦转动方向盘， 一侧 弹簧被压縮，转向负荷随着转向盘转角的变化而变化。文中所描述的电动助力转向试验装 置，方向盘的转动阻力矩与回正力矩由安装在转向器横拉杆两端的螺旋弹簧压缩与拉伸所 产生的弹簧力来进行粗略模拟，如附图2所示。当转动方向盘l后，齿条6在驾驶员转向 力矩和电动机助力矩的联合作用下水平运动，使弹簧17变形，从而给转向系统施加一个反 作用力，以模拟车辆转向过程中的主要的阻力矩与回正力矩。其缺点显而易见，汽车行驶 过程中，行驶速度、路面状况、载荷、前轮定位角参数以及悬架参数等对方向盘应施加的 助力扭矩和回正力矩的大小都有着非常重要的影响。文中提到的试验装置对这些因素均没 有考虑到，就无从考察这些因素对EPS助力效果的影响以及研究EPS失稳的机理。国家专利技术专利200410013398.9中对弹簧加载力的方式进行了改进，提出由阻力伺服 电机来模拟汽车车轮对转向输出轴的阻力。如附图3所示，由阻力伺服电动机18代替了弹 簧17。进行EPS系统的相关试验时，控制系统控制伺服电机励磁电流的大小，从而改变整 个转向系统转向阻力的大小。这个装置一定程度上模拟了车辆实际行驶过程的转向阻力、 回正力矩大小。但是，模型过度简化忽略地面切向力对轮胎侧偏特性的影响；忽略载荷 变化对轮胎侧偏特性的影响以及轮胎回正力矩的影响；忽略悬架的作用。这些简化使试验装置无法反映转向时阻力矩和回正力矩的变化规律，而且也不能反映 速度、载荷、路况变化以及轮胎特性变化对EPS系统性能的影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能较精确模拟车辆实际行驶过程中转向阻力矩 和回正力矩变化规律的电动助力转向试验装置，该试验装置可以用来考察车辆行驶速度、 路面状况、载荷、前轮定位角参数以及悬架参数对EPS助力效果的影响，以便开展对EPS 的助力特性规律、EPS的控制策略以及EPS失稳机理进行研究。为解决上述技术问题，本专利技术提供了车辆电动助力转向系统试验研究装置，包括转向 前轮与悬架集成系统、机械转向系统、机械转向结构安装台架、交流电动机控制器、电流 传感器、扭矩传感器、车速传感器、数据采集系统和数控电液伺服试验系统。本专利技术特征 在于设置了车轮动力输入机构，以提供试验需要的运行速度，考察速度对EPS的影响； 设置了转向回正模拟机构，以模拟车辆转向过程中路面提供给转向系统的转向阻力矩和回 正力矩；设置了载荷均分加载机构，以模拟车轮定位参数、悬架参数、载荷对回正力矩的 影响。所述的转向回正模拟机构，如附图6所示，位于汽车轮胎与激振头之间，转向回正模 拟机构具有承载轮胎负荷、提供路面阻力回正力矩、模拟不同路面的功能。其按照不同的 试验对路面等级选择的要求，选定相应表面粗糙度的履带，安装在转向回正模拟机构的支 撑辊子上，不同表面粗糙度的履带可以模拟不同表面附着系数的路面。转向回正模拟机构 的四根测扭矩弹簧均匀地分布在转轴的四周，当转动方向盘时，轮胎转动一定角度与履带 表面有产生了摩擦力矩，这个摩擦力矩使四根测扭矩弹簧发生拉伸变形，转向回正模拟机 构对轮胎产生了回正力矩，此时得到的回正力矩即为路面能提供给轮胎的最大回正力矩。所述的载荷均分加载机构，如附图7所示，其包括载荷均分梁57及放置其上的加载 箱56。载荷均分梁57将加载箱56的负载平均分配到试验装置的汽车悬架上，保持了试验装置系统的稳定。同时，该载荷均分梁57可以保证轮胎主销的后倾角、内倾角及轮胎的外 倾角。前轮定位参数从结构上可以得到保证，试验时，可以精确的反映出汽车转向过程中 载荷对回正力矩的影响。所述的转向回正模拟机构限位导向机构，该机构既限制了激振器伸缩轴在工作过程中 的自由转动，又保证了转向回正模拟机构与轮胎及加载装置可以沿导向柱上下自由运动。 该机构保证了轮胎转向过程中回正力矩的准确测量。所述的车轮动力输入部分采用了万向连轴器，弥补了轮胎在转动过程中电动机与轮胎 距离的改变，以及轮胎相对于电动机角度的改变。采用减速器和链轮传动结构两级减速， 实现了速度在大范围内可调，其速度范围为0 100Km/h,能满足车辆转向试验的速度要 求。工作时车轮动力输入电动机在交流电动机控制器的控制下，车轮动力输入机构以及万向连轴 器与转向前轮的滚动轴相连，给车轮提供动力，交流电机控制器可以根据试验的要求对车 轮转速进行调整，车轮转速通过车速传感器进行测量，其值送给系统的数据采集卡。调整 载荷加载机构中配重的重量，可以对车辆加载重量进行调整，整个加载重量通过悬架系统 加载到转向前轮。根据物体之间力是相互的特性，转向回正模拟机构模拟当汽车转向时地 面相对于轮胎所产生的阻力矩来使车轮回正，以及车辆在低速重载转向时车辆载荷所产生 的重力回正力矩。选择具有不同粗糙度的履带和调整数控电液伺服试验系统激振头的振动 幅度和频率，模拟不同等级的试验路面。扭矩传感器位于机械转向系统的转向轴上，用于 测量驾驶员的转动力矩。计算机通过数据采集卡采集力传感器、电流传感器、车速传感器、 转矩传感器等数据，并通过相应的软件进行处理和显示，获取测试结果。本专利技术可以在实验室内对车辆转向系统的受力状况进行较精确模拟，能够反映车辆载 荷、路面状况、车轮定位参数、悬架系统、轮胎特性、车辆速度等因素对转向系统受力的影响。利用本专利技术可以在仿真环境下，进行各种实车状况下不同EPS软硬件调试，研究 E本文档来自技高网...

【技术保护点】
车辆电动助力转向系统试验装置，包括转向前轮与悬架集成系统、机械转向系统、机械转向结构安装台架、交流电动机控制器、电流传感器、扭矩传感器、车速传感器、数据采集系统和数控电液伺服试验系统，其特征在于：设置了车轮动力输入机构、转向回正模拟机构，以及载荷均分加载机构；所述的转向回正模拟机构，位于汽车轮胎与激振头之间，选定模拟不同表面附着系数的路面的不同表面粗糙度的履带，安装在转向回正模拟机构的支撑辊子上，转向回正模拟机构的四根测扭矩弹簧均匀地分布在转轴的四周；所述的载荷均分加载机构包括：载荷均分梁（５７）及放置其上的加载箱（５６）；所述的车轮动力输入部分采用了万向连轴器，采用减速器和链轮传动结构两级减速。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈龙，江浩斌，袁朝春，汪若尘，李可，汪少华，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：32[]