汽车电动助力转向系统仿真测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种汽车电动助力转向系统仿真测试装置，阻力伺服电机用于模拟车轮对转向输出轴的阻力，其扭矩信号传送到数据采集卡。伺服电机控制器与数据采集卡相连，用于控制阻力伺服电机的扭矩。电流传感器用于测量ＥＰＳ的电机电流，向数据采集卡提供一个与电机电流成比例的电压信号。角度传感器位于方向盘上，用于测量车轮的偏转角，并向数据采集卡提供车轮偏转角度信号。计算机通过数据采集卡采集数据和传送控制命令，并对数据进行处理，获取测试结果。利用本实用新型专利技术可以在仿真环境下对不同ＥＰＳ的软硬件进行调试及性能测试、对控制策略进行评估与优化、对各模块进行单独调试；能在车载试验前，对ＥＰＳ进行参数匹配，加快开发进度，节省开支。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于车辆工程测试设备
，具体涉及一种汽车电动助力转向系统仿真测试装置。
技术介绍
电动助力转向系统(EPSElectric Power Steering System)是一种直接依靠电机提供助力扭矩的转向系统。这种系统不同于传统的液压助力转向系统(HPSHydraulic Power Steering System)和电控液压助力转向系统(ECPSElectronically Controlled Power Steering System)，它不需要复杂的机械和液压控制，而是根据微处理器采集汽车的车速和驾驶员操纵力矩的大小来控制助力电机电流的幅值和方向，以实现对汽车方向盘助力的目的。这种方法可为转向特性的设置提供充足的自由度，能精确实现人们预先设置在不同车速、不同转弯所需要的转向助力，可使驾驶员获得较强的路感、较轻的操纵力，使车辆具有较好的回正稳定性、较高的抗干扰性和快速响应能力。特别是它能解决纯液压助力转向在汽车高速行驶时方向盘的发飘问题，而且还具有高效、节能、高性能、低成本等一系列优点。因此，电动助力转向系统取代液压助力转向系统已经成为现代汽车发展的必然趋势。近十年来，世界各国都投入巨资，竞相开发。EPS是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，其系统原理框图如图1所示。不同类型的EPS具有基本相同的工作原理扭矩传感器7与转向输入轴2连接在一起，当转向输入轴2转动时，扭矩传感器开始工作，把扭矩传感器的输入轴和输出轴在扭杆作用下产生的相对转动位移变成电信号传给EPS控制器11，EPS控制器11根据发动机转速信号9确定与助力电机3集成在一体的电磁离合器19的动作(发动机转速等于或大于怠速时，电磁离合器合，否则断开)，并根据车速传感器10和扭矩传感器7的信号决定助力电机3的电流8的大小和方向，助力电机3转动，通过电磁离合器19和减速器13将转动力矩加载到转向输出轴4上，从而完成助力电机的转向助力。因此它可以很容易实现在不同车速时通过电机提供不同的助力效果，保证汽车在低速行驶时轻便灵活，高速行驶时稳定可靠。因此EPS转向特性的设置具有较高的自由度。然而，在EPS的开发过程中，如何在实验室环境下快速对所开发的EPS的控制策略和控制性能进行测试，是研究者要着重考虑的问题。正常情况下，要对EPS进行软、硬件调试，必须为其建立一个运行调试环境，且最好在实际车辆环境中进行。但这样不仅延长开发周期，加大经费开支，且会浪费大量的人力物力。目前，实际中使用的EPS测试装置采用的是用弹簧加载方法模拟车轮作用在转向装置上的阻力。如图2所示。当通过手力转动方向盘1时，手力通过转向输入轴2、转向输出轴4、齿轮5带动齿条6作水平运动，引起弹簧12变形，从而给方向盘1施加一个反作用力。该方法具有机构简单可靠的优点，但其缺点也是显而易见的，弹簧加载力及位移的变化曲线不可调，且与实际车辆运行时车轮对方向盘反作用力的情况有较大差距。因此，这种方法无法对实际车辆运行时车轮对转向器阻力进行仿真，不便于EPS的控制策略的调试。更无法对EPS的特性进行测试。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种汽车电动助力转向系统仿真测试装置，利用该测试装置，所测的加载力曲线可调，且误差小，可以对实际车辆运行时车轮对转向器阻力进行仿真，以便于调试EPS的控制策略并对其特性进行测试。本技术提供的一种汽车电动助力转向系统仿真测试装置，其特征在于该装置包括阻力伺服电机、减速器、伺服电机控制器、电流传感器、角度传感器和插有数据采集卡的计算机。阻力伺服电机通过减速器及万向节与汽车电动助力转向系统的转向输出轴相连，用于模拟汽车车轮对转向输出轴的阻力，其扭矩信号传送到数据采集卡。伺服电机控制器与数据采集卡相连，用于控制阻力伺服电机的扭矩。电流传感器用于测量电动助力转向系统的电机电流，向数据采集卡提供一个与电机电流成比例的电压信号。角度传感器位于方向盘上，用于测量车轮的偏转角，并向数据采集卡提供车轮偏转角度信号。计算机通过数据采集卡采集数据和传送控制命令，并对采集的数据进行处理，获取测试结果。利用本技术可以在仿真环境下对不同EPS的软硬件进行调试及性能测试、对控制策略进行评估与优化、对各模块进行单独调试；能在车载试验前，对EPS进行参数匹配，加快EPS的开发进度，节省开支。与现有的车载调试技术相比，本技术具有以下优点(1)可以对EPS进行单独调试，节省了大量人力物力；(2)调试不需要在车载环境进行，节省了经费开支；(3)调试环境设计制作容易，周期短；(4)调整布局及改变车辆参数都十分容易，周期短，费用少，只需要设置相应软件即可，适应范围大。附图说明图1为电动助力转向系统的结构示意图；图2为现有的电动助力转向系统及弹簧加载系统的结构示意图；图3为本技术提供的电动助力转向系统仿真测试装置的结构示意图；图4为图3的信号传输示意图；图5为汽车坐标系与汽车质心示意图；图6为车轮的受力情况分析示意图，图中，29表示车轮，30表示小齿轮、31表示齿轮齿条；图7为仿真测试软件的主程序流程图；图8为EPS调试流程图；图9为EPS试验流程图。具体实施方式本技术采用伺服电机代替弹簧，并用一套控制系统来控制伺服电机励磁电流的大小，从而改变伺服电机通过转向输出轴施加在方向盘上的反作用力。通过研究汽车的运动规律，建立汽车在运动中车轮对转向机构的阻力的数学模型，计算机根据车速、车轮偏转角度以及车辆模型和参数计算出车轮的阻力，向伺服电机输出一个励磁控制信号，控制伺服电机输出到EPS输出轴的阻力大小。通过对仿真软件参数的简单设置及调整，可适应各种不同类型EPS的要求。这种方法，可根据数学模型模拟仿真在车辆运行时车轮对方向盘的阻力，与实际情形接近，便于对EPS的控制策略进行实验室调试，且可对EPS的特性进行测试。以下结合附图和实例对本技术作进一步详细的说明。本技术的结构如附图3、图4所示，主要包括阻力伺服电机15(为了和助力电机3相区别，这里用阻力伺服电机来表示)、减速器25、伺服电机控制器17、电流传感器22、角度传感器14、数据采集卡20和计算机21。计算机21，通常采用Pentium以上级别CPU的PC机，至少有一个多余的ISA或PCI插槽，供数据采集卡20使用。数据采集卡20插在计算机21的ISA或PCI槽内。可选用具有多路A/D，多路D/A，多路DI和DO的通用数据采集卡，根据需要选取相应的型号。本实施例采用台湾研华PCL-812PG。阻力伺服电机15通过9比1的减速器25以及万向节26与EPS转向输出轴4相连，其功能为模拟汽车车轮对转向输出轴4的阻力。阻力伺服电机15的扭矩信号24、电流信号28传送到数据采集卡20。本实施例采用华中数控公司生产的伺服电机和伺服电机控制器。伺服电机控制器17用于控制阻力伺服电机15的扭矩，并与数据采集卡20相连。角度传感器14，位于方向盘1上，用于测量车轮的偏转角，向数据采集卡20提供车轮偏转角度信号14’。本实施例采用上海思博机械电气有限公司生产的25HPS-5线绕旋转式5圈电位器，也可以采用光电式码盘。电流传感器22，采用外挂式霍尔电流传感器，用于测量电动助力转向系统的助力电机电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车电动助力转向系统仿真测试装置，其特征在于：该装置包括阻力伺服电机（１５）、减速器（２５）、伺服电机控制器（１７）、电流传感器（２２）、角度传感器（１４）和插有数据采集卡（２０）的计算机（２１）；阻力伺服电机（１５）通过减速器 （２５）及万向节（２６）与ＥＰＳ的转向输出轴（４）相连，用于模拟汽车车轮对转向输出轴（４）的阻力，其扭矩信号（２４）传送到数据采集卡（２０）；伺服电机控制器（１７）与数据采集卡（２０）相连，用于控制阻力伺服电机（１５）的扭矩；　 　电流传感器（２２），用于测量电动助力转向系统的电机电流，向数据采集卡（２０）提供一个与电机电流成比例的电压信号（２２’）；角度传感器（１４）位于方向盘（１）上，用于测量车轮的偏转角，并向数据采集卡（２０）提供车轮偏转角度信号（１４ ’）；计算机（２１）通过数据采集卡（２０）采集数据和传送控制命令，并对采集的数据进行处理，获取测试结果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐小琦，赵国庆，李新华，金国栋，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]