一种适用于汽车线控转向的硬件在环试验台制造技术

本发明专利技术公布一种适用于汽车线控转向的硬件在环试验台，在主销位置上通过阻力电机精确模拟转向阻力，高度还原实际转向系统转向姿态与动力学特征,并能根据在线仿真软件实时调整目标模拟阻力的汽车线控转向硬件在环路面阻力模拟实验台。包括支撑装置、转向执行系统、阻力模拟系统、转向节，硬件实时仿真平台和信号传递线缆。该实验台根据硬件实时仿真平台中运行的整车动力学模型，实时计算获得车轮受到路面转矩作为目标加载力矩，可以动态模拟不同车速、不同转向意图下的转向阻力。并且通过选用不同转向器和调整可供调节的支撑装置，可模拟不同车型的转向系统，具有一定的通用性。

Hardware in the loop test bench for automobile steering by wire

The invention discloses a suitable SBW hardware in the loop test bench, the resistance of motor to accurately simulate the steering resistance in the main pin position, height reduction of actual steering attitude and dynamic characteristics of the steering system, the hardware in the loop simulation test-bed to surface resistance and according to the real-time adjustment of target online simulation software to simulate the resistance of automotive by wire. The utility model comprises a supporting device, a steering execution system, a resistance simulation system, a steering knuckle, a hardware real-time simulation platform and a signal transmission cable. The experiment table according to the vehicle dynamics model to run real-time hardware in the simulation platform, real-time calculation of wheel torque by pavement loading torque as the goal, to dynamic simulation of different speed and steering resistance under the intention. By selecting different steering gear and adjusting the adjustable support device, the steering system of different models can be simulated.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及汽车转向
，具体设计一种适用于汽车线控转向的硬件在环试验台。
技术介绍
汽车线控转向系统性能直接影响汽车行驶过程中的操纵稳定性、安全性和舒适性。汽车转向系统经历了传统的机械转向、液压助力转向系统和电动助力转向系统等阶段，对驾驶员的操纵、乘坐体验有了较大提升。上述转向系统的共同点是操纵机构和转向执行机构之间存在机械连接，传动比固定，车辆的转向特性随车速发生变化。当前汽车电子控制技术迅猛发展促进了汽车转向系统技术上的改革与创新。线控转向技术已开始被一些车企认可与应用，自上世纪开始各大汽车公司和高校已开始针对线控转向进行研究。线控转向系统取消了操纵机构和转向执行机构之间的机械连接，通过电子控制单元将驾驶员转向意图传递给转向执行机构并实时反馈信息。线控转向技术的电子控制单元可以设置任意传动比，从而摆脱了传统转向传动比固定的限制，使得车辆转向特性不随车速发生变化，提升车辆驾驶主动安全性和稳定性。汽车转向系统从研发到量产应用需要经历物理样机设计、台架试验、实车测验和调校完善等一系列阶段。线控转向系统取消了操纵机构和转向执行机构之间的机械连接，控制系统中控制逻辑较为复杂，可靠性和安全性有待进一步验证，因此为避免不必要的安全意外，在进行实车试验之前需要对系统的软、硬件进行充分调试，直到系统具有最佳性能。因此，线控转向硬件在环实验台的搭建对线控转向系统的开发极为重要。因为线控转向硬件在环实验台需要反映汽车在转向过程中会受到环境施加到车轮上的外力，所以对路面转向阻力的模拟是试验台架的重要组成部分，用以模拟车辆转向过程中车轮受到的路面外力在主销位置上形成的力矩。目前阻力模拟形式多样，典型的方式有弹簧加载式、千斤顶加载式、电液伺服式、磁粉制动式及电机加载式；如申请号200820081713.5采用一端固定弹簧模拟阻力，模拟阻力大小与弹簧的压缩量或伸长量呈线性关系，一旦弹簧选型完成，弹簧刚度保持不变，阻力模拟只与弹簧形变量有关，但阻力模拟大小不受控制，精确度不能满足实验要求，不能反映实际车辆转向过程中的受外力情况。申请号201010191612.5采用电液系统进行阻力模拟，采用伺服阀对于液压缸进行阻力模拟控制，由于液压系统设备要求较高，成本高昂，且占用空间较大，结构复杂，同时液压系统存在漏油隐患，目前尚无法有效解决，另外液压系统输出存在一定滞后性，不能满足仿真的实时性要求。申请号201310274371.4采用电机进行阻力模拟，电机安装在转向执行机构上，电机输出轴与转向执行机构齿条啮合以模拟转向阻力，未考虑到现实情况外界环境是通过轮胎反映转向阻力，不能完全反映现实情况。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提出了一种适用于汽车线控转向的硬件在环试验台，在设计的转矩模式下，通过阻力模拟电机控制器进行力矩控制以实现快速动态加载。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种适用于汽车线控转向的硬件在环试验台，包括支撑装置、转向执行系统、阻力模拟系统、两个转向节，实时仿真平台和信号传递线缆，其特征在于：支撑装置作为基架安装有转向执行系统、转向节及其安装组件与实时仿真平台，结构简单便于实验室布置；在转向执行系统通过与转向器齿条球销连接的转向横拉杆利用螺栓连接在转向节臂上，阻力加载电机与减速装置通过外壳螺栓连接固定，并通过螺栓安装在阻力模拟系统支撑板上，阻力电机输出轴经过减速器减速增扭，通过键连接作用在转向节主销位置上，转向节在转向执行系统与阻力模拟系统的共同作用下运动，表征车辆转向轮转向时的运动姿态，高度模拟的实车转向系统；支撑装置由铝型材经过铸铝角件固定架构而成，在铝型材导轨方向上可通过松紧铸铝角件调节各铝型材杆件的相对位置，通过调节铝型材杆件与更换转向器，形成不同的轮距与转向梯形，可以满足模拟不同车型转向系统；支撑装置包括：底部支撑架、左右转向节悬挂杆、转向执行系统支撑板、左右转向节支撑板；所述的底部支撑架包括底座、转向执行系统支撑板安装杆、座椅滑轨导向杆和转向节臂悬挂杆稳定杆；所述底座包括左右纵梁、前中后三根横梁及两根横向调节的纵向导向杆；所述转向执行系统支撑板安装杆垂直于水平面安装在纵向导向杆上可以纵向调节；所述转向执行系统支撑板平行于水平面安装在转向执行系统支撑板安装杆上；所述转向节臂悬挂杆垂直于水平面安装在安装底座的前横梁上，平行于前横梁且垂直于节臂悬挂杆安装转向节臂悬挂杆稳定杆对整个支撑装置进行加固；所述支撑装置由铝型材经过铸铝角件固定架构而成，在铝型材导轨方向上可通过松紧铸铝角件调节各铝型材杆件的相对位置，通过调节铝型材杆件与更换转向器，形成不同的轮距与转向梯形，可以满足模拟不同车型转向系统；所述转向执行系统包括转向执行电机、齿轮齿条转向器、齿条、左右转向横拉杆、转向执行电机控制器；齿轮齿条转向器整体呈L形，水平设置在转向系统支撑板上；转向执行电机固定在转向器壳体上，转向执行电机输出轴伸入电机安装孔内；转向执行电机经过蜗轮蜗杆、齿轮齿条两级减速机构将电机旋转运动转变为齿条线性运动；齿条两端通过球销与转向横拉杆连接；每个转向横拉杆另一端与转向节的转向节臂铰接；转向执行电机的输入端通过线缆与转向执行电机控制器的输出端连接，转向执行电机控制器的输入端与实时仿真平台的一个输出端相连；所述阻力模拟系统包括左右阻力模拟电机、左右减速装置、阻力模拟电机控制器、左右转向节及其支撑装置；减速器外壳与阻力模拟电机支撑板上板通过螺栓固定；减速器外壳与阻力模拟电机外壳通过螺栓固定；阻力模拟电机的输入端通过线缆与阻力模拟电机控制器的输出端连接，阻力模拟电机控制器的输入端与实时仿真平台的一个输出端相连；所述转向节安装装置包括主销、转向节支撑板、下轴承、上轴承、阻力模拟系统支撑板组成，转向节支撑板通过螺钉、螺母固定在转向节臂悬挂杆外侧，主销通过上下轴承被固定在转向节支撑板和阻力模拟系统支撑板之间并可以绕垂向自由转动；转向节夹持在主销上，可随主销绕垂向自由转动以模拟汽车转向轮运动学特性；减速器输出轴与主销键连接，减速器输入轴与阻力模拟电机输出轴夹持固定。对上述技术方案的改进：实时仿真平台作为阻力加载实验台的测控系统核心，利用其信息采集模块经由阻力模拟电机控制器，解算并采集光电编码器输出得到的转向节转角信息；阻力模拟电机控制器设定为转矩控制模式，通过对收取实时仿真平台输出的DA信号处理运算驱动阻力模拟电机加载阻力大小和方向；转向执行电机控制器设定为转角闭环控制模式，转向执行电机控制器根据实时从CAN总线上获取的期望前轮转角与实际前轮转角信息，驱动转向执行电机对转向节进行角度闭环控制；工业计算机通过TCP/IP协议与实时仿真平台软件连接，负责测控程序的下载和实时数据监控。对上述技术方案的进一步改进：阻力模拟系统采用低惯量交流伺服电机，在设计的转矩模式下通过阻力模拟电机控制器进行力矩控制以实现快速动态加载；阻力加载过程中，可以根据实时仿真平台中运行的整车动力学模型计算获得车轮受到路面转矩作为目标加载力矩，可以动态模拟不同车速、不同转向意图下的转向工况，通过实时仿真平台软件中的DA通道经过阻力模拟控制器进行高精度动态阻力加载。对上述技术方案的更进一步改进：利用工业计算机上安装的软件操纵界面可实时调整阻力控制系统加载参数，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于汽车线控转向的硬件在环试验台，包括支撑装置、转向执行系统、阻力模拟系统、转向节、实时仿真平台、信号传递线缆，其特征在于：支撑装置作为基架，转向执行系统、转向节及其安装组件、实时仿真平台分别安装在支撑装置上，在转向执行系统通过与转向器齿条球销连接的转向横拉杆利用螺栓连接在转向节臂上，阻力加载电机与减速装置通过外壳螺栓连接固定，并通过螺栓安装在阻力模拟系统支撑板上，阻力电机输出轴经过减速器减速增扭，通过键连接作用在转向节主销位置上。

【技术特征摘要】
1.一种适用于汽车线控转向的硬件在环试验台，包括支撑装置、转向执行系统、阻力模拟系统、转向节、实时仿真平台、信号传递线缆，其特征在于：支撑装置作为基架，转向执行系统、转向节及其安装组件、实时仿真平台分别安装在支撑装置上，在转向执行系统通过与转向器齿条球销连接的转向横拉杆利用螺栓连接在转向节臂上，阻力加载电机与减速装置通过外壳螺栓连接固定，并通过螺栓安装在阻力模拟系统支撑板上，阻力电机输出轴经过减速器减速增扭，通过键连接作用在转向节主销位置上。2.根据权利要求1所述的一种适用于汽车线控转向的硬件在环试验台，其特征在于：所述支撑装置由铝型材经过铸铝角件固定架构而成，在铝型材导轨方向上是通过铸铝角件调节各铝型材杆件的相对位置的。3.根据权利要求1所述的一种适用于汽车线控转向的硬件在环试验台，其特征在于：所述实时仿真平台的信息采集模块经由阻力模拟电机控制器，解算并采集光电编码...

【专利技术属性】
技术研发人员：王保华，陈小兵，赵慧勇，余颖弘，冯樱，
申请(专利权)人：湖北汽车工业学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42