閉環式汽車轉向系統阻力矩模擬裝置的製作方法
2023-06-06 21:29:36
專利名稱：閉環式汽車轉向系統阻力矩模擬裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種對汽車部件進行測試的試驗系統，特別涉及一種對汽車助力轉向性能進行綜合性能測試的試驗系統。
背景技術：
在汽車行駛的過程中，汽車轉向系統的受力狀況對整車的操縱穩定性影響很大， 要對整車的操縱穩定性進行測試和評價，必須對汽車轉向系統的實際受力情況進行深入的研究。研究整車轉向系統受力狀況一般有兩種方法實車試驗法和臺架試驗法。但是由於實車試驗需要耗費大量的成本且試驗的重複性較差，所以使用臺架試驗來模擬汽車行駛過程中的轉向力矩是一種較好的選擇。現有技術中，轉向力矩模擬實驗裝置均不能夠精確且實時的模擬汽車實際行駛工況下轉向系統的阻力矩和回正力矩，具體如下1、現有的轉向阻力矩的加載系統(如專利號為200720044965. 6的實用新型專利)均為假定在一定附著係數的路面上或者在某幾種附著係數的路面上行駛，沒有考慮到汽車行駛過程中(能夠)路面附著係數的變化對轉向阻力的影響，沒有能夠對實際的路面附著係數進行實時的辨識，這就使的模擬裝置中所採用的汽車行駛路面與真實路面狀況不符。2、現有的轉向阻力模擬裝置對於轉向阻力矩的加載方法中多採用彈簧、液壓缸等進行加載，裝置設計的過於簡單，精度較低，不能夠模擬真實情況下汽車的轉向阻力。3、為解決低2點中的技術問題，出現了一種較為完整的以車輛動力學模型為基礎，通過控制電動缸(直線電機)來給齒條施加相應的阻力(國家實用新型專利 200720094337. 6)，但是卻沒有對實際施加在轉向系統上的力和力矩進行反饋，使阻力加載系統是一個開環的系統，不能對所加載的轉向阻力有足夠的精確性和實時跟蹤性，因此不能夠有效的模擬實際情況下轉向系統所受的阻力。4、現有的轉向阻力矩模擬裝置中一般都將轉向齒條到左右前輪傳動比看為一個定值，但傳動比是一個隨齒條的運動位置的變化而不斷變化的值。所以當轉向盤轉過較大的角度，而此時齒條的位置偏離轉向盤位於中間位置較遠時，利用定傳動比計算出來的轉向阻力與實際值相差較大。5、轉向阻力計算中沒有考慮由於加工誤差和安裝誤差所造成的轉向系統運動副之間的間隙對轉向系統的影響，所以得到的轉向系統的動態響應特性與實車試驗狀態下轉向系統的動態響應相比存在一定的偏差。因此，需要對現有的汽車轉向力矩模擬裝置進行改進，使實驗過程中對轉向力矩的加載具有足夠的精確性，且實現動態實時跟蹤，有效的模擬實際情況下轉向系統的受力狀況
實用新型內容
[0010]有鑑於此，本實用新型提供一種閉環式汽車轉向系統阻力矩模擬裝置，使實驗過程中對轉向力矩的加載具有足夠的精確性，且實現動態實時跟蹤，有效的模擬實際情況下轉向系統的受力狀況。本實用新型的閉環式汽車轉向系統阻力矩模擬裝置，包括試驗臺座、汽車轉向系統、轉向阻力矩加載系統和測控系統；所述汽車轉向系統和轉向阻力矩加載系統設置於試驗臺座上；汽車轉向系統包括轉向盤和依次傳動連接於轉向盤的轉向柱、轉向中間軸以及轉向器，所述中間轉向軸兩端分別通過對應的萬向節傳動連接於轉向柱和轉向器；轉向阻力矩加載系統為向轉向器提供轉向阻力的加載動力設備；所述自動測控系統包括矩轉角傳感器I，設置於轉向柱用於採集轉向柱在轉向盤作用下的轉矩轉角數據；轉矩轉角傳感器II，設置於轉向器用於檢測轉向器轉矩轉角數據；線位移傳感器，用於檢測轉向器轉動的線位移；拉壓力傳感器，用於檢測加載動力設備對轉向器施加的的正反向阻力；自動控制單元，用於接收轉矩轉角傳感器I、轉矩轉角傳感器II、線位移傳感器、 拉壓力傳感器的數據信號並根據該信號向加載動力設備的控制電路發出命令信號。進一步，所述自動控制單元為工控機；進一步，所述汽車轉向系統設有電動助力系統，所述電動助力系統包括助力電機，用於驅動轉向柱進行助力轉動；ECU，接收轉矩轉角傳感器I的轉角轉矩數據並向助力電機發出命令信號，同時接收助力電機反饋信號；所述自動控制單元與ECU互傳數據信號；進一步，所述轉向器包括齒輪和與齒輪嚙合的齒條，所述齒輪的齒輪軸與中間轉向軸通過萬向節傳動連接；所述加載動力設備設置有直線動力輸出端且與齒條通過拉壓力傳感器直線傳動配合；所述轉矩轉角傳感器II設置於齒輪軸上用於採集齒輪軸的轉矩和轉角；進一步，所述助力電機的動力輸出端通過蝸輪蝸杆副驅動轉向柱助力轉動；進一步，所述加載動力設備為直線電機，所述工控機的命令信號發送至直線電機的控制電路並實現對直線電機的控制。本實用新型的有益效果本實用新型的閉環式汽車轉向系統阻力矩模擬裝置，採用閉環的測控系統，使轉向系統、加載系統和測控系統之間互相協同，能夠保證實驗過程中加載力及力矩具有足夠的精確性，且實現動態實時跟蹤，有效的模擬實際情況下轉向系統的受力狀況；由於採用直接的閉環數據檢測和自動控制，排除由於加工誤差和安裝誤差所導致的轉向系統運動副之間的間隙對轉向系統試驗造成的不利影響，利於完成轉向系統在模擬實際運行狀態條件下的綜合性能測試；並且，本實用新型相對與現有技術的試驗臺架來說，具有結構簡單、操作簡便的優點。
[0030]
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述。附圖1為本實用新型結構原理示意圖。
具體實施方式
附圖1為本實用新型結構原理示意圖，如圖所示，本實施例的閉環式汽車轉向系統阻力矩模擬裝置，包括試驗臺座13、汽車轉向系統、轉向阻力矩加載系統和測控系統；如圖所示，所述汽車轉向系統和轉向阻力矩加載系統設置於試驗臺座13上；汽車轉向系統包括轉向盤1和依次傳動連接於轉向盤1的轉向柱2、轉向中間軸5 以及轉向器，所述中間轉向軸5兩端分別通過對應的萬向節傳動連接於轉向柱2和轉向器； 本實施例採用十字軸萬向節連接；轉向阻力矩加載系統為向轉向器提供轉向阻力的加載動力設備15 ；該加載動力設備15可以為現有技術能夠實現對轉向器加載提供轉向阻力的任何動力設備，均能實現本實用新型的目的；加載動力設備設置有控制電路12 ；所述自動測控系統包括矩轉角傳感器I 3，設置於轉向柱2用於採集轉向柱2在轉向盤1作用下的轉矩轉角數據；根據轉向柱2的扭矩和轉角，得到轉向盤的轉動參數；轉矩轉角傳感器117，設置於轉向器用於檢測轉向器轉矩轉角數據；也就是轉向器最終反應的轉矩和轉角；線位移傳感器9，用於檢測轉向器轉動的線位移；線位移設置位置能夠保證測得轉向器的最終線位移；拉壓力傳感器16，用於檢測加載動力設備對轉向器施加的的正反向阻力；一般設置於加載動力設備15與轉向器之間，測得直接阻力；自動控制單元14，用於接收轉矩轉角傳感器I 3、轉矩轉角傳感器117、線位移傳感器9、拉壓力傳感器16的數據信號並根據該信號向加載動力設備15的控制電路12發出命令信號。本實施例中，所述自動控制單元14為工控機；本實施例中，所述汽車轉向系統設有電動助力系統，所述電動助力系統包括助力電機10，用於驅動轉向柱2進行助力轉動；ECUl 1，接收轉矩轉角傳感器I 3的轉角轉矩數據並向助力電機10發出命令信號， 同時接收助力電機10反饋信號；所述自動控制單元14與E⑶11互傳數據信號；設置電控助力系統，利於完成轉向系統在模擬實際運行狀態條件下的電動助力狀態下的綜合性能測試。本實施例中，所述轉向器包括齒輪17和與齒輪17嚙合的齒條8，所述齒輪17的齒輪軸6與中間轉向軸5通過萬向節傳動連接；所述加載動力設備15設置有直線動力輸出端且與齒條8通過拉壓力傳感器16直線傳動配合；所述轉矩轉角傳感器117設置於齒輪軸 6上用於採集齒輪軸6的轉矩和轉角；齒輪齒條結構的轉向器，結構簡單緊湊，反應靈敏，製作成本低；通過採集齒輪軸的轉矩和轉角，得出齒輪的轉角和輸入轉向器的轉矩。本實施例中，所述助力電機10的動力輸出端通過蝸輪蝸杆副4驅動轉向柱2助力轉動；本實施例中，所述加載動力設備15為直線電機，所述工控機的命令信號發送至直線電機的控制電路並實現對直線電機的控制；所述工控機14的命令信號發送至直線電機驅動器從而實現對直線電機的控制，具有控制精度高、操作簡單的優點。如圖所示，拉壓力傳感器16位於齒條8與直線電機的動力輸出軸的中間，可通過螺紋與齒條8和直線電機動力輸出軸相聯接，用於檢測轉向阻力加載系統對齒條8施加的拉力或壓力；而直線位移傳感器9用於測量齒條8的直線位移，；工控機接收轉矩轉角傳感器I 3、轉矩轉角傳感器117、拉壓力傳感器16和直線位移傳感器9的信號，並經過低通濾波處理和相位補償後，根據這些信號通過編寫的軟體計算出轉向系統的受力狀況並產生控制信號，進而發送給轉向力矩加載系統，同時採集拉壓力傳感器16信號確定轉向力矩的加載情況是否達到預期，從而實現閉環控制；上述過程中，如果設有電動助力系統，則工控機同時通過ECU採集電動助力情況並發出電動助力命令；轉向阻力矩的模擬和控制中考慮了路面附著係數、轉向系統傳動比、轉向系統各個運動副間隙等實際因素的影響，實時的跟蹤轉向系統的受力狀況，避免了一般的模擬裝置中轉向阻力與實際值相差較大，不能完全真實情況的問題；圖中虛線為數據信號和命令信號傳輸線路。本實施例中，工控機中設有數據採集控制多功能卡，採集轉角轉矩傳感器13、轉角轉矩傳感器117、直線位移傳感器9和拉壓力傳感器16的數據信號，同時將控制信號發送給轉向阻力矩加載系統均由數據採集控制多功能卡完成；工控機使用Visual C++2010集成開發系統進行數據採集和處理軟體的開發以及進行轉向阻力矩加載系統控制信號產生和發送軟體的開發；轉矩轉角傳感器I和轉矩轉角傳感器II均為高精度電位計式的傳感器， 且輸出的信號均為輸出模擬信號，能夠同時採集相應位置的轉矩和轉角。最後說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。
權利要求1.一種閉環式汽車轉向系統阻力矩模擬裝置，其特徵在於包括試驗臺座、汽車轉向系統、轉向阻力矩加載系統和測控系統；所述汽車轉向系統和轉向阻力矩加載系統設置於試驗臺座上； 汽車轉向系統包括轉向盤和依次傳動連接於轉向盤的轉向柱、轉向中間軸以及轉向器，所述中間轉向軸兩端分別通過對應的萬向節傳動連接於轉向柱和轉向器； 轉向阻力矩加載系統為向轉向器提供轉向阻力的加載動力設備； 所述自動測控系統包括矩轉角傳感器I，設置於轉向柱用於採集轉向柱在轉向盤作用下的轉矩轉角數據； 轉矩轉角傳感器II，設置於轉向器用於檢測轉向器轉矩轉角數據； 線位移傳感器，用於檢測轉向器轉動的線位移； 拉壓力傳感器，用於檢測加載動力設備對轉向器施加的的正反向阻力； 自動控制單元，用於接收轉矩轉角傳感器I、轉矩轉角傳感器II、線位移傳感器、拉壓力傳感器的數據信號並根據該信號向加載動力設備的控制電路發出命令信號。
2.根據權利要求1所述的閉環式汽車轉向系統阻力矩模擬裝置，其特徵在於所述自動控制單元為工控機。
3.根據權利要求2所述的閉環式汽車轉向系統阻力矩模擬裝置，其特徵在於所述汽車轉向系統設有電動助力系統，所述電動助力系統包括助力電機，用於驅動轉向柱進行助力轉動；ECU，接收轉矩轉角傳感器I的轉角轉矩數據並向助力電機發出命令信號，同時接收助力電機反饋信號；所述自動控制單元與ECU互傳數據信號。
4.根據權利要求3所述的閉環式汽車轉向系統阻力矩模擬裝置，其特徵在於所述轉向器包括齒輪和與齒輪嚙合的齒條，所述齒輪的齒輪軸與中間轉向軸通過萬向節傳動連接；所述加載動力設備設置有直線動力輸出端且與齒條通過拉壓力傳感器直線傳動配合； 所述轉矩轉角傳感器II設置於齒輪軸上用於採集齒輪軸的轉矩和轉角。
5.根據權利要求4所述的閉環式汽車轉向系統阻力矩模擬裝置，其特徵在於所述助力電機的動力輸出端通過蝸輪蝸杆副驅動轉向柱助力轉動。
6.根據權利要求3所述的閉環式汽車轉向系統阻力矩模擬裝置，其特徵在於所述加載動力設備為直線電機，所述工控機的命令信號發送至直線電機的控制電路並實現對直線電機的控制。
專利摘要本實用新型公開了一種閉環式汽車轉向系統阻力矩模擬裝置，包括試驗臺座、測控系統和設置於試驗臺座的汽車轉向系統及轉向阻力矩加載系統；本實用新型採用閉環的測控系統，使轉向系統、加載系統和測控系統之間互相協同，能夠保證實驗過程中加載力及力矩具有足夠的精確性，且實現動態實時跟蹤，有效的模擬實際情況下轉向系統的受力狀況；由於採用直接的閉環數據檢測和自動控制，排除由於加工誤差和安裝誤差所導致的轉向系統運動副之間的間隙對轉向系統試驗造成的不利影響，利於完成轉向系統在模擬實際運行狀態條件下的綜合性能測試；並且，本實用新型相對與現有技術的試驗臺架來說，具有結構簡單、操作簡便的優點。
文檔編號G01M17/06GK202024896SQ20112001327
公開日2011年11月2日 申請日期2011年1月17日 優先權日2011年1月17日
發明者任夏楠, 左虎彪, 張軍輝, 鄧兆祥, 陽小光, 鹿鵬程 申請人:重慶大學