CN101696908A - 汽车转向系统性能试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车转向系统性能试验装置，包括转向模拟系统、轴向加载系统、悬架模拟系统和汽车转向系，所述转向模拟系统用自动和手动方式模拟方向盘的转动，轴向加载系统模拟转向载荷并通过Bell机构加载到汽车转向系(由转向柱、转向器、横拉杆和模拟转向节组成)上，悬架模拟系统模拟汽车行驶时车轮的跳动。本发明的汽车转向系统性能试验装置用于试验和测试汽车转向系在各种行驶条件下的转向性能，如，全转角、传动比特性、传动间隙特性、传动效率特性、转动力矩及刚性试验、转向性能与悬架跳动的关系等运动学和力学参数的测试和试验。本发明通过Bell机构直接模拟转向轮对转向系加载，其测试结果更接近真实工况。

Description

汽车转向系统性能试验装置

技术领域

本发明涉及一种汽车试验装置，尤其涉及一种汽车转向系统性能试验装置。

背景技术

汽车转向系统是保证汽车按照驾驶员的意志进行转向行驶或保持稳定的重要部件，其性能的好坏直接影响到汽车行驶的安全性和操纵性。因此，汽车转向系统性能试验对于转向器设计参数的确定和保证转向器性能的可靠性都具有十分重要的意义。现有的试验台产品是分别针对机械齿轮齿条转向器，液压动力转向器和电动助力转向器的部件测试，没有三者通用的转向器实验台，也没有针对转向系统的实验台。现有的转向器总成试验台为针对转向器的三轴性能测试，多采用单向轴向加载，其试验不能完全模拟转向器的实际工况，不能反映由转向器和转向节等零件组成的转向系的系统表现，不能反映转向系在悬架上下跳动和行驶载荷下的表现，所测试参数误差较大或者与实际工作过程差别较大，测试对象单一并与转向系统性能分离，检测项目也较少，如现在国内许多厂家生产的不同型号的齿轮齿条式液压助力转向机综合性能试验台和汽车电动助力转向机实验室综合性能试验台等。虽然，许多技术人员对此进行了不同程度的研究，提出了许多新的设计，如中国专利03278430.9“一种汽车转向器总成变负荷试验台加载装置”，采用加载装置来代替现有技术的加载箱，以实现扩充功能的目的，其作用仅是对加载方式的改进。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明提供了一种汽车转向系统性能试验装置，该装置用于汽车转向系统在装车和行驶状态下的性能试验和评价，用于汽车转向系的研发和产品验证，用于汽车转向系部件的性能设计和状态分析。不但可模拟路况轴向和垂直加载，而且加载测试更真实，为汽车转向系统性能测试和汽车转向系部件的性能分析及产品的验证、改进和研发提供更全面、可靠的检测数据。

本发明提供的汽车转向系统性能试验装置，包括转向模拟系统、轴向加载系统、悬架模拟系统和汽车转向系，所述轴向加载系统通过BELL机构把轴向加载系统所施加的载荷传递到汽车转向系上。

进一步，所述转向模拟系统包括方向轴、方向盘、减速器、与减速器连接的电机、离合器、刹车、扭矩传感器、编码器I和花键轴，方向盘、减速器、离合器和刹车从上到下依次安装在方向轴上，减速器与方向轴间隙配合，减速器通过连接盘与离合器连接，扭矩传感器通过联轴器I与方向轴的端部连接，编码器I一端通过联轴器II与扭矩传感器连接，另一端通过联轴器III与花键轴连接；花键轴依次通过转向柱和转向万向节与转向器连接；

进一步，所述轴向加载系统包括结构相同且设置在转向器两侧的左轴向加载系统和右轴向加载系统，所述左轴向加载系统和右轴向加载系统分别包括动力缸I、力传感器和轴向加载轴，所述动力缸I的动力输出端通过联轴器IV与力传感器连接，轴向加载轴一端与力传感器连接，另一端依次通过球接头和拉杆与BELL机构连接；

进一步，所述悬架模拟系统包括结构相同且设置转向器的下方的左悬架模拟系统和右悬架模拟系统，所述左悬架模拟系统和右悬架模拟系统分别包括垂直加载轴、编码器II和动力缸II，编码器II空套在垂直加载轴上并固定设置在支板上；所述支板通过轴承安装在垂直加载轴上，支板设置在BELL机构的两杆上；所述垂直加载轴通过联轴器V与动力缸II的活塞杆连接；

进一步，还包括可调夹具，所述可调夹具包括带有T形槽的夹具底座、安装连接板和可拆卸的定心装置，所述安装连接板和可拆卸的定心装置设置在T形槽中，转向器通过齿条轴在可拆卸的定心装置上定位并通过安装连接板固定在夹具底座上，齿条轴依次通过球接头和横拉杆与BELL机构连接，在齿条轴上固定设有直线位移传感器；

进一步，还包括三轴位移机构，所述三轴位移机构包括位置相互可调节的竖直轴、水平横向轴和水平纵向轴，三轴位移机构以位置可调节的方式设置在安装平板上；转向柱通过角度可调整的可拆卸式安装板连接在竖直轴上，可相对转向柱竖直滑动，也可相对水平横向轴和水平纵向轴滑动；

进一步，所述转向柱上包含有用于测试HPS和EPS性能的液压动力转向系HPS和电动助力转向系EPS系统的硬件安装位置和测试接口；

进一步，所述支板的底部设置有弹性元件，支板通过弹性元件设置在BELL机构的两杆上；

进一步，所述动力缸I以轴向可调的方式设置在安装底板的T形槽中。

本发明的有益效果：本发明的汽车转向系统性能试验装置与现有的实验装置相比不但为汽车转向系统中转向系的输入轴全转角、传动比特性、传动间隙特性、传动效率特性、转动力矩、刚性试验、垂直方向的跳动、左右轮在各种工况的转向角等参数的测量提供更可靠的保障，而且还具有如下优点：

1、轴向加载采用Bell机构代替了原有的轴向直接加载，轴向加载系统所施加的力通过Bell机构等力传递给转向器，测试结果更真实可靠，整体结构更紧凑；

2、预留了液压动力转向系HPS和电动助力转向系EPS系统的硬件安装位置和测试接口，以便于HPS和EPS的性能测试；

3、动力装置采用电动代替原有的液压和气动装置，测试方便，精准可靠，成本低；

4、方向轴的安装采用三轴位移机构，使其安装调试更方便，对不同车型的转向器试验时，使转向器安装尽可能与装车方式相同；转向器本体采用可调夹具装夹，保证其在测试过程中的位置准确可靠，且调整方便；安装平板上所有在测试不同型号的转向器时需调整位置的部件，均采用滑台或导轨加丝杆的结构，电动或手动调整其位置；在悬架的结构设计中采用了弹性元件，起着减振作用。

附图说明

附图为本发明结构示意图。

附图中的附图标记所代表的结构如下：

1-方向轴  2-方向盘  3-减速器  4-电机  5-连接盘  6-离合器7-刹车  8-扭力传感器  9-编码器I  10-花键轴  11-转向柱12-直线位移传感器  13-动力缸I  14-联轴器IV  15-力传感器16-轴向加载轴  17-导轨  18-滑座  19-拉杆  20-BELL机构21-垂直加载轴  22-编码器II  23-支板  24-轴承  25-直线轴承26-安装座  27-弹性元件  28-连接支架  29-联轴器V  30-动力缸II31-联轴器I  32-联轴器II  33-联轴器III  34-转向器  35-夹具底座36-安装连接板  37-定心装置  38-横拉杆  39-支座  40-支座41-支座  42-支座  43-齿条轴  44-安装底板  45-底板46-三轴位移机构  47-可拆卸式安装板  48-螺钉  49-转向万向节

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

附图为本发明结构示意图，如图所示：汽车转向系统性能试验装置包括转向模拟系统、轴向加载系统、悬架模拟系统和汽车转向系，轴向加载系统通过BELL机构20(即转向节)把轴向加载系统所施加的加载力传递到汽车转向系(由转向柱11、转向万向节49、转向器34、横拉杆38和模拟转向节组成)的齿条轴43上。BELL机构20采用等长的两杆成90°固定连接组成，BELL机构20的一端依次通过球接头和横拉杆38与转向器34连接，另一端依次通过球接头与轴向加载系统的拉杆19连接。轴向加载系统所施加的加载力通过BELL机构20等力的传递到转向器34的齿条轴43的轴向上，使其模拟的轴向加载系统更真实，测试数据更准确。

转向模拟系统包括方向轴1、方向盘2、减速器3、与减速器3连接的电机4、连接盘5、离合器6、刹车7、扭矩传感器8、编码器I 9、花键轴10和安装板。方向盘2安装在方向轴1上；减速器3空套在方向轴1上，并用止口和螺钉安装在支座40上，减速器3通过连接盘5与离合器6连接；离合器6和刹车7安装在方向轴1上，并用螺钉将其固定在安装板47上；方向轴1安装在支座39和支座40上，扭矩传感器8通过联轴器I 31与方向轴1的端部连接；编码器I 9安装在支座41和支座42上，一端通过联轴器II 32与扭矩传感器8连接，另一端通过联轴器III 33与花键轴10连接；花键轴10与转向柱11连接；转向柱11通过转向万向节49与转向器34连接。整个转向模拟系统通过支座39、支座40、支座41和支座42安装在可拆卸式安装板47上。

轴向加载系统包括相同结构且设置在转向器34两侧的左轴向加载系统和右轴向加载系统，左轴向加载系统和右轴向加载系统分别包括动力缸I13、联轴器IV14、力传感器15、轴向加载轴16、导轨17、滑座18、拉杆19和安装底板44。动力缸I 13安装在安装底板44的T形槽中，可轴向调整，其动力输出端与联轴器IV14螺纹连接；力传感器15两端分别通过螺纹与联轴器IV14和安装在滑座18上的轴向加载轴16连接，滑座18可在底板45上安装的导轨17上沿轴向滑动；轴向加载轴16依次通过球接头和拉杆19与BELL机构20连接，BELL机构20依次通过球接头和横拉杆38与转向器34的齿条轴43连接。

悬架模拟系统包括结构相同且设置转向器下方的左悬架模拟系统和右悬架模拟系统，左悬架模拟系统和右悬架模拟系统分别包括垂直加载轴21、编码器II 22、支板23、轴承24、直线轴承25、安装座26、弹性元件27、连接支架28、联轴器V 29和动力缸II 30。编码器II 22空套在垂直加载轴21上，并用螺钉固定在支板23上；支板23通过轴承24安装在垂直加载轴21上，支板23的底部设有弹性元件27，支板23通过弹性元件27安装在BELL机构20的两杆上，使支板23可相对于BELL机构20的两杆上下移动；两个直线轴承25背靠背安装在安装座26的孔中，安装座26用螺钉安装在安装平板上，其位置可左右移动调节；联轴器V 29通过两端的螺纹分别与穿过直线轴承25内孔的垂直加载轴21和动力缸II 30的活塞杆联接；动力缸II 30通过螺钉安装在连接支架28下端，连接支架28通过螺钉悬装在安装座26的下方。

本实施例的转向器设置在可调夹具上，可调夹具包括带有T形槽的夹具底座35、安装连接板36和可拆卸的定心装置37，安装连接板36和可拆卸的定心装置37设置在T形槽中，转向器通过齿条轴43在可拆卸的定心装置37上定位并通过安装连接板36固定在夹具底座35上，齿条轴43依次通过球接头和横拉杆38与BELL机构20连接，在齿条轴43上固定设有直线位移传感器12。齿条轴43受到轴向加载系统所施加的力时便产生轴向直线移动，直线位移传感器12用于检测齿条轴43轴向移动的位移。

本实施例还采用三轴位移机构46调节方向轴1的安装位置，三轴位移机构46包括位置相互可调节的竖直轴、水平横向轴和水平纵向轴，并以位置可调节的方式设置在安装平板上；转向柱11通过角度可调整的可拆卸式安装板47连接在竖直轴上，可相对转向柱11竖直滑动，也可相对水平横向轴和水平纵向轴滑动；三轴位移机构46采用螺钉48连接安装在安装平板上，且在安装平板上可调整移动其位置。使用三轴位移机构46安装和调节方向轴1的位置更方便，对不同车型的转向器试验时，使转向器安装尽可能与装车方式相同。

转向柱11上设置有用于测试HPS和EPS性能的液压动力转向系HPS和电动阻力转向系EPS系统的硬件安装位置和测试接口。在硬件安装位置和测试接口接入液压动力转向系HPS和电动阻力转向系EPS系统便可检测输入和输出特性、助力电流特性、反向冲击指标、空载转动力矩、回正特性等性能。

采用汽车转向系统性能试验装置来模拟汽车转向系统的行驶工况，各轴可模拟施加各种条件下的行驶阻力和道路工况，且各模拟装置中设置有各种传感器，各轴所需测试数据(压力，扭矩，角度，位移等)通过传感器进行连续测量、分析。方向轴1是转向模拟系统用于模拟汽车方向盘的运动控制；转向器两侧的左右轴向模拟加载系统用于模拟路面对汽车转向系统转向阻力控制；转向器下方的左右两个垂直方向的悬架模拟系统用于模拟轮胎在不同路况上的行驶状况对汽车转向系统垂直方向上的运动控制。

本装置用于汽车转向系统在装车和行驶状态下的性能试验和评价，对转向器的的转向角、传动比、传动效率、传动间隙特性等运动学和力学参数进行进一步试验、分析和检测，主要用于汽车转向系的研发和产品验证，如转向机构参数、转向悬架机构参数和转向器性能参数的设计和验证；用于汽车转向系部件，如转向柱、万向节、转向器、横拉杆、转向节和球接头的性能设计和状态分析。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种汽车转向系统性能试验装置，包括转向模拟系统、轴向加载系统、悬架模拟系统和汽车转向系，其特征在于：所述轴向加载系统通过BELL机构(20)把轴向加载系统所施加的载荷传递到汽车转向系上。

2.根据权利要求1所述的汽车转向系统性能试验装置，其特征在于：所述转向模拟系统包括方向轴(1)、方向盘(2)、减速器(3)、与减速器(3)连接的电机(4)、离合器(6)、刹车(7)、扭矩传感器(8)、编码器I(9)和花键轴(10)，方向盘(2)、减速器(3)、离合器(6)和刹车(7)从上到下依次安装在方向轴(1)上，减速器(3)与方向轴(1)间隙配合，减速器(3)通过连接盘(5)与离合器(6)连接，扭矩传感器(8)通过联轴器I(31)与方向轴(1)的端部连接，编码器I(9)一端通过联轴器II(32)与扭矩传感器(8)连接，另一端通过联轴器III(33)与花键轴(10)连接；花键轴(10)依次通过转向柱(11)和转向万向节(49)与转向器(34)连接。

3.根据权利要求1所述的汽车转向系统性能试验装置，其特征在于：所述轴向加载系统包括结构相同且设置在转向器(34)两侧的左轴向加载系统和右轴向加载系统，所述左轴向加载系统和右轴向加载系统分别包括动力缸I(13)、力传感器(15)和轴向加载轴(16)，所述动力缸I(13)的动力输出端通过联轴器IV(14)与力传感器(15)连接，轴向加载轴(16)一端与力传感器(15)连接，另一端依次通过球接头和拉杆(19)与BELL机构(20)连接。

4.根据权利要求1所述的汽车转向系统性能试验装置，其特征在于：所述悬架模拟系统包括结构相同且设置转向器(34)的下方的左悬架模拟系统和右悬架模拟系统，所述左悬架模拟系统和右悬架模拟系统分别包括垂直加载轴(21)、编码器II(22)和动力缸II(30)，编码器II(22)空套在垂直加载轴(21)上并固定设置在支板(23)上；所述支板(23)通过轴承(24)安装在垂直加载轴(21)上，支板(23)设置在BELL机构(20)的两杆上；所述垂直加载轴(21)通过联轴器V(29)与动力缸II(30)的活塞杆连接。

5.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的汽车转向系统性能试验装置，其特征在于：还包括可调夹具，所述可调夹具包括带有T形槽的夹具底座(35)、安装连接板(36)和可拆卸的定心装置(37)，所述安装连接板(36)和可拆卸的定心装置(37)设置在T形槽中，转向器(34)通过齿条轴(43)在可拆卸的定心装置(37)上定位并通过安装连接板(36)固定在夹具底座(35)上，齿条轴(43)依次通过球接头和横拉杆(38)与BELL机构(20)连接，在齿条轴(43)上固定设有直线位移传感器(12)。

6.根据权利要求5所述的汽车转向系统性能试验装置，其特征在于：还包括三轴位移机构(46)，所述三轴位移机构(46)包括位置相互可调节的竖直轴、水平横向轴和水平纵向轴，三轴位移机构(46)以位置可调节的方式设置在安装平板上；转向柱(11)通过角度可调整的可拆卸式安装板(47)连接在竖直轴上，可相对转向柱(11)竖直滑动，也可相对水平横向轴和水平纵向轴滑动。

7.根据权利要求2所述的汽车转向系统性能试验装置，其特征在于：所述转向柱(11)上包含有用于测试HPS和EPS性能的液压动力转向系HPS和电动助力转向系EPS系统的硬件安装位置和测试接口。

8.根据权利要求4所述的汽车转向系统性能试验装置，其特征在于：所述支板(23)的底部设置有弹性元件(27)，支板(23)通过弹性元件(27)设置在BELL机构(20)的两杆上。

9.根据权利要求3所述的汽车转向系统性能试验装置，其特征在于：所述动力缸I(13)以轴向可调的方式设置在安装底板(44)的T形槽中。