汽車轉向系統性能試驗控制系統的製作方法

2023-05-01 15:30:01

專利名稱：汽車轉向系統性能試驗控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車試驗控制系統，尤其涉及一種汽車轉向系統性能試驗控制系統。
背景技術：
汽車轉向系統需保證汽車按照駕駛員的意志進行轉向行駛或保持行駛穩定，其性
能直接影響汽車行駛安全性和操縱性。因此，汽車轉向系統性能試驗是轉向系統研發、性能
驗證和質量控制的必需手段，是保證轉向器產品質量的關鍵試驗。現有的轉向器總成試驗
臺為三軸產品測試，在試驗過程中不能模擬汽車轉向系統和現實路況，不能對參數進行裝
車條件下的測試。尤其是懸架垂直方向上的運動將對轉向系統的動態性能測試產生非常重
要的影響，這是國內現有測試臺及產品測試標準的空白。本發明所涉及的五軸轉向系統測
試，需進行四軸以上的聯動控制，其控制、測試、計算比三軸測試臺要複雜得多。 中國專利號03278430. 9"—種汽車轉向器總成變負荷試驗臺加載裝置"，採用加載
裝置來代替現有技術的加載箱，以實現擴充功能的目的。但是不能對輸入軸全轉角、傳動比
特性、傳動間隙特性等參數進行檢測。中國專利200610054408. 2 "—種汽車轉向機構試驗
臺"，主要說明五軸測試系統的結構組成，對其系統的控制檢測未涉及。

發明內容
針對現有技術中的不足之處，本發明提供了一種汽車轉向系統性能試驗控制系 統，該控制系統不但可控制轉向模擬及路況模擬加載運動，而且為轉向系統測試臺提供更 全面、可靠的檢測數據。 本發明提供的汽車轉向系統性能試驗控制系統，包括轉向模擬裝置控制、路況模
擬加載裝置控制、設置在轉向器齒條上的直線位移傳感器和計算機測控系統； 所述計算機測控系統包括數據採集控制卡、脈衝信號採集卡和運動控制卡； 所述轉向模擬裝置控制包括轉向伺服驅動、編碼器和轉向扭矩傳感器，所述方向
軸的伺服缸或馬達與轉向伺服驅動連接，轉向伺服驅動與運動控制卡的信號輸出端連接；
編碼器和轉向扭矩傳感器設置在方向軸上，其信號輸出端分別接入數據採集控制卡或脈衝
信號採集卡； 所述路況模擬加載裝置控制包括控制方式相同且設置在轉向器兩側的左側向加 載控制和右側加載控制以及控制方式相同且設置在轉向器下方的左垂直加載控制和右垂 直加載控制，所述左側向加載控制和右側向加載控制分別包括側向加載伺服驅動和側向力 傳感器，所述側向加載軸的伺服缸與對應側的側向加載伺服驅動連接，側向加載伺服驅動 與運動控制卡的信號輸出端連接；側向力傳感器設置在對應側的側向加載軸上，其信號輸 出端接入數據採集控制卡或運動控制卡；所述左垂直加載控制和右垂直加載控制分別包括 垂直加載伺服驅動、和/或垂直加載力傳感器、垂直直線位移傳感器、和/或垂直扭矩傳感 器以及角度傳感器，所述垂直加載軸的伺服缸與對應側的垂直加載伺服驅動連接，垂直加
3載伺服驅動與運動控制卡的信號輸出端連接，垂直力傳感器、垂直直線位移傳感器、垂直扭 矩傳感器和角度傳感器設置在垂直加載軸上，其信號輸出端接入數據採集控制卡或脈衝信 號採集卡； 所述齒條上的直線位移傳感器的信號輸出端接入數據採集控制卡或脈衝信號採 集卡。 進一步，還包括設置在垂直加載軸上的直線位移傳感器零點信號和角度傳感器零 點信號，所述直線位移傳感器零點信號和角度傳感器零點信號的信號輸出端接入數據採集 控制卡或脈衝信號採集卡； 進一步，還包括分別設置在方向軸、側向加載軸和垂直加載軸上的行程限位器，所 述行程限位器的信號輸出端接入數據採集控制卡或脈衝信號採集卡； 進一步，還包括測試系統，所述數據採集控制卡或脈衝信號採集卡的數據信號輸
出端與測試系統連接，測試系統與數據顯示器和/或數據輸出設備連接。 本發明的有益效果本發明的汽車轉向系統性能試驗控制系統採用計算機、數據
採集卡、運動控制卡及各種傳感器和伺服驅動等構成該汽車轉向系統測試性能的測控系
統，其中計算機是系統軟硬體的運行平臺，數據採集卡是系統的檢測部分的核心部分，用於
採集系統中的力、位移、扭矩、轉角、轉速脈衝、開關等傳感器的信號，檢測的數據信息既用
於控制系統也用於測試系統，運動控制卡根據數據採集卡提供的實時數據信息對五個軸進
行伺服控制，伺服驅動控制伺服缸或伺服馬達的動作。本發明能夠測量汽車轉向系統中轉
向系的輸入軸全轉角、傳動比特性、傳動間隙特性、傳動效率特性、轉動力矩、剛性試驗、垂
直方向的跳動、左右輪在各種工況下的轉向角等運動學和力學參數。


圖1為本發明的結構示意圖；
圖2為本發明的控制方框原理圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細地描述。 圖1為本發明的結構示意圖，圖2為本發明的控制方框原理圖，如圖所示汽車轉 向系統性能試驗控制系統包括轉向模擬裝置控制、路況模擬加載裝置控制、設置在轉向器 齒條上的直線位移傳感器和計算機測控系統。 計算機測控系統包括數據採集控制卡、脈衝信號採集卡和運動控制卡。
轉向模擬裝置主要由伺服馬達、減速器、離合器和剎車等組成，離合器用於斷開減 速器與伺服馬達的連接，剎車用於鎖止轉向器的齒條。轉向模擬裝置控制還包括轉向伺服 驅動、編碼器和轉向扭矩傳感器，編碼器安裝在方向軸1上，轉向扭矩傳感器通過聯軸器安 裝在方向軸1的輸出端部，方向軸1的伺服缸或馬達與轉向伺服驅動連接，轉向伺服驅動與 運動控制卡的信號輸出端連接；編碼器和轉向扭矩傳感器的信號輸出端分別接入數據採集 控制卡或脈衝信號採集卡。齒條上的直線位移傳感器的信號輸出端接入數據採集控制卡或 脈衝信號採集卡，齒條與直線位移傳感器固定連接以檢測齒條的位移。 路況模擬加載裝置控制包括側向加載控制和垂直加載控制。側向加載控制包括
4控制方式相同且設置在轉向器兩側的左側向加載控制和右側向加載控制，左側向加載裝置 和右側向加載裝置分別包括伺服缸、直線導軌和連接杆，伺服缸驅動側向加載軸沿直線導 軌滑動，側向加載軸的側向力通過連接杆加載到轉向器的齒條上。左側向加載控制包括左 側向加載伺服驅動和左側向力傳感器，左側向加載軸2的伺服缸與左側向加載伺服驅動連 接，左側向加載伺服驅動與運動控制卡的信號輸出端連接，左側向力傳感器設置在左側向 加載軸2上，其信號輸出端接入數據採集控制卡；右側向加載控制包括右側向加載伺服驅 動和右側向力傳感器，右側向加載軸3的伺服缸與右側向加載伺服驅動連接，右側向加載 伺服驅動與運動控制卡的信號輸出端連接，右側向力傳感器設置在右側向加載軸3上，其 信號輸出端接入數據採集控制卡或脈衝信號採集卡。垂直加載控制包括控制方式相同且 設置在轉向器下方的左垂直加載控制和右垂直加載控制，左垂直加載控制包括左垂直加載 伺服驅動、左垂直力傳感器、左垂直直線位移傳感器、左垂直扭矩傳感器和左垂直角度傳感 器，左垂直加載軸4的伺服缸與左垂直加載伺服驅動連接，左垂直加載伺服驅動與運動控 制卡的信號輸出端連接，左垂直力傳感器、左垂直直線位移傳感器、左垂直扭矩傳感器和左 垂直角度傳感器分別設置在左垂直加載軸4上，其信號輸出端接入數據採集控制卡或脈衝 信號採集卡；右垂直加載控制包括右垂直加載伺服驅動、右垂直力傳感器、右垂直直線位移 傳感器、右垂直扭矩傳感器和右垂直角度傳感器，右垂直加載軸5的伺服缸與右垂直加載 伺服驅動連接，右垂直加載伺服驅動與運動控制卡的信號輸出端連接，右垂直力傳感器、右 垂直直線位移傳感器、右垂直扭矩傳感器和右垂直角度傳感器分別設置在右垂直加載軸5 上，其信號輸出端接入數據採集控制卡或脈衝信號採集卡。伺服缸驅動垂直加載軸把沿垂 直方向的力加載到轉向器的轉向節上。 左垂直加載軸4和右垂直加載軸5上分別設置有直線位移傳感器零點信號和角度 傳感器零點信號，直線位移傳感器零點信號和角度傳感器零點信號的信號輸出端接入數據 採集控制卡或脈衝信號採集卡。對於系統的回零操作控制如下左垂直加載軸4和右垂直 加載軸5在垂直方向上分別回零操作控制，使水平面a和水平面b在同一高度位置，此時左 垂直加載軸4和右垂直加載軸5進行速度位置閉環控制(主控方式)，左側向加載軸2和右 側向加載軸3採用力閉環從動跟隨控制方式，方向軸l離合脫開，不控制。左垂直加載軸4 和右垂直加載軸5上的旋轉回零操作控制，使轉向節臂垂直於水平面a和水平面b，此時方 向軸1採用速度位置閉環控制(主控方式)，左側向加載軸2和右側向加載軸3作力跟隨控 制，左垂直加載軸4和右垂直加載軸5不動(對其中一個軸的轉角進行回零操作，另一個進 行校驗操作)。 本實施例分別在方向軸1、左側向加載軸2、右側向加載軸3、左垂直加載軸4和右 垂直加載軸5上設置有行程限位器，行程限位器的信號輸出端接入數據採集控制卡或脈衝 信號採集卡。可有效地控制各軸的運動行程。 在數據採集控制卡或脈衝信號採集卡的數據信號輸出端接入測試系統，測試系統
與數據顯示器和數據輸出設備連接，以便隨時觀測和輸出檢測的實驗數據。 本發明主要針對汽車轉向系統五軸測試實驗，該控制系統可模擬汽車轉向系統的
行駛工況，各軸可模擬施加各種條件下的行駛阻力和道路工況，且各模擬裝置之間的控制
採用主從控制、力閉環跟隨控制方式保證轉向系統正常工作，各軸所需測試數據(壓力、扭
矩、角度、位移等)通過傳感器進行連續測量、分析。五軸測控系統可達到四軸聯動控制，方向軸1用於模擬汽車方向盤的運動控制；左側向加載軸2和右側向加載軸3用於模擬路面 對汽車轉向系統側向加力(阻力)控制；左垂直加載軸4和右垂直加載軸5用於模擬輪胎 (即懸架)跳動對汽車轉向系統垂直方向上的運動控制。 最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較 佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技 術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本 發明的權利要求範圍當中。
權利要求
一種汽車轉向系統性能試驗控制系統，其特徵在於包括轉向模擬裝置控制、路況模擬加載裝置控制、設置在轉向器齒條上的直線位移傳感器和計算機測控系統；所述計算機測控系統包括數據採集控制卡、脈衝信號採集卡和運動控制卡；所述轉向模擬裝置控制包括轉向伺服驅動、編碼器和轉向扭矩傳感器，所述方向軸(1)的伺服缸或馬達與轉向伺服驅動連接，轉向伺服驅動與運動控制卡的信號輸出端連接；編碼器和轉向扭矩傳感器設置在方向軸(1)上，其信號輸出端分別接入數據採集控制卡或脈衝信號採集卡；所述路況模擬加載裝置控制包括控制方式相同且設置在轉向器兩側的左側向加載控制和右側加載控制以及控制方式相同且設置在轉向器下方的左垂直加載控制和右垂直加載控制，所述左側向加載控制和右側向加載控制分別包括側向加載伺服驅動和側向力傳感器，所述側向加載軸的伺服缸與對應側的側向加載伺服驅動連接，側向加載伺服驅動與運動控制卡的信號輸出端連接；側向力傳感器設置在對應側的側向加載軸上，其信號輸出端接入數據採集控制卡或運動控制卡；所述左垂直加載控制和右垂直加載控制分別包括垂直加載伺服驅動、和/或垂直加載力傳感器、垂直直線位移傳感器、和/或垂直扭矩傳感器以及角度傳感器，所述垂直加載軸的伺服缸與對應側的垂直加載伺服驅動連接，垂直加載伺服驅動與運動控制卡的信號輸出端連接，垂直力傳感器、垂直直線位移傳感器、垂直扭矩傳感器和角度傳感器設置在垂直加載軸上，其信號輸出端接入數據採集控制卡或脈衝信號採集卡；所述齒條上的直線位移傳感器的信號輸出端接入數據採集控制卡或脈衝信號採集卡。
2. 根據權利要求1所述的汽車轉向系統性能試驗控制系統，其特徵在於還包括設置在垂直加載軸上的直線位移傳感器零點信號和角度傳感器零點信號，所述直線位移傳感器零點信號和角度傳感器零點信號的信號輸出端接入數據採集控制卡或脈衝信號採集卡。
3. 根據權利要求1所述的汽車轉向系統性能試驗控制系統，其特徵在於還包括分別設置在方向軸(1)、側向加載軸和垂直加載軸上的行程限位器，所述行程限位器的信號輸出端接入數據採集控制卡或脈衝信號採集卡。
4. 根據權利要求1所述的汽車轉向系統性能試驗控制系統，其特徵在於還包括測試系統，所述數據採集控制卡或脈衝信號採集卡的數據信號輸出端與測試系統連接，測試系統與數據顯示器和/或數據輸出設備連接。
全文摘要
本發明公開了一種汽車轉向系統性能試驗控制系統，包括轉向模擬裝置控制、路況模擬加載裝置控制、設置在轉向器齒條上的直線位移傳感器和計算機測控系統。本發明的汽車轉向系統性能試驗控制系統能模擬現實路況，測量汽車轉向系統中轉向系的輸入軸全轉角、傳動比特性、傳動間隙特性、傳動效率特性、轉動力矩、剛性試驗、垂直方向的跳動、行駛工況下的轉向角等運動學和力學參數。
文檔編號G01M17/06GK101696909SQ200910191158
公開日2010年4月21日 申請日期2009年10月20日 優先權日2009年10月20日
發明者廖林清, 張君, 李志立, 楊翔宇, 王黎明, 石曉輝, 謝明 申請人:重慶理工大學;