CN101696909A - 汽车转向系统性能试验控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车转向系统性能试验控制系统，包括转向模拟装置控制、路况模拟加载装置控制、设置在转向器齿条上的直线位移传感器和计算机测控系统。本发明的汽车转向系统性能试验控制系统能模拟现实路况，测量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、行驶工况下的转向角等运动学和力学参数。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车试验控制系统，尤其涉及一种汽车转向系统性能试验控制系统。
技术背景
汽车转向系统需保证汽车按照驾驶员的意志进行转向行驶或保持行驶稳定，其性能直接影响汽车行驶安全性和操纵性。因此，汽车转向系统性能试验是转向系统研发、性能验证和质量控制的必需手段，是保证转向器产品质量的关键试验。现有的转向器总成试验台为三轴产品测试，在试验过程中不能模拟汽车转向系统和现实路况，不能对参数进行装车条件下的测试。尤其是悬架垂直方向上的运动将对转向系统的动态性能测试产生非常重要的影响，这是国内现有测试台及产品测试标准的空白。本发明所涉及的五轴转向系统测试，需进行四轴以上的联动控制，其控制、测试、计算比三轴测试台要复杂得多。
中国专利号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。但是不能对输入轴全转角、传动比特性、传动间隙特性等参数进行检测。中国专利200610054408.2“一种汽车转向机构试验台”，主要说明五轴测试系统的结构组成，对其系统的控制检测未涉及。
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控制系统，该控制系统不但可控制转向模拟及路况模拟加载运动，而且为转向系统测试台提供更全面、可靠的检测数据。
本发明提供的汽车转向系统性能试验控制系统，包括转向模拟装置控制、路况模拟加载装置控制、设置在转向器齿条上的直线位移传感器和计算机测控系统；
所述计算机测控系统包括数据采集控制卡、脉冲信号采集卡和运动控制卡；
所述转向模拟装置控制包括转向伺服驱动、编码器和转向扭矩传感器，所述方向轴的伺服缸或马达与转向伺服驱动连接，转向伺服驱动与运动控制卡的信号输出端连接；编码器和转向扭矩传感器设置在方向轴上，其信号输出端分别接入数据采集控制卡或脉冲信号采集卡；
所述路况模拟加载装置控制包括控制方式相同且设置在转向器两侧的左侧向加载控制和右侧加载控制以及控制方式相同且设置在转向器下方的左垂直加载控制和右垂直加载控制，所述左侧向加载控制和右侧向加载控制分别包括侧向加载伺服驱动和侧向力传感器，所述侧向加载轴的伺服缸与对应侧的侧向加载伺服驱动连接，侧向加载伺服驱动与运动控制卡的信号输出端连接；侧向力传感器设置在对应侧的侧向加载轴上，其信号输出端接入数据采集控制卡或运动控制卡；所述左垂直加载控制和右垂直加载控制分别包括垂直加载伺服驱动、和/或垂直加载力传感器、垂直直线位移传感器、和/或垂直扭矩传感器以及角度传感器，所述垂直加载轴的伺服缸与对应侧的垂直加载伺服驱动连接，垂直加载伺服驱动与运动控制卡的信号输出端连接，垂直力传感器、垂直直线位移传感器、垂直扭矩传感器和角度传感器设置在垂直加载轴上，其信号输出端接入数据采集控制卡或脉冲信号采集卡；
所述齿条上的直线位移传感器的信号输出端接入数据采集控制卡或脉冲信号采集卡。
进一步，还包括设置在垂直加载轴上的直线位移传感器零点信号和角度传感器零点信号，所述直线位移传感器零点信号和角度传感器零点信号的信号输出端接入数据采集控制卡或脉冲信号采集卡；
进一步，还包括分别设置在方向轴、侧向加载轴和垂直加载轴上的行程限位器，所述行程限位器的信号输出端接入数据采集控制卡或脉冲信号采集卡；
进一步，还包括测试系统，所述数据采集控制卡或脉冲信号采集卡的数据信号输出端与测试系统连接，测试系统与数据显示器和/或数据输出设备连接。
本发明的有益效果：本发明的汽车转向系统性能试验控制系统采用计算机、数据采集卡、运动控制卡及各种传感器和伺服驱动等构成该汽车转向系统测试性能的测控系统，其中计算机是系统软硬件的运行平台，数据采集卡是系统的检测部分的核心部分，用于采集系统中的力、位移、扭矩、转角、转速脉冲、开关等传感器的信号，检测的数据信息既用于控制系统也用于测试系统，运动控制卡根据数据采集卡提供的实时数据信息对五个轴进行伺服控制，伺服驱动控制伺服缸或伺服马达的动作。本发明能够测量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、左右轮在各种工况下的转向角等运动学和力学参数。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的控制方框原理图。
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。
图1为本发明的结构示意图，图2为本发明的控制方框原理图，如图所示：汽车转向系统性能试验控制系统包括转向模拟装置控制、路况模拟加载装置控制、设置在转向器齿条上的直线位移传感器和计算机测控系统。
计算机测控系统包括数据采集控制卡、脉冲信号采集卡和运动控制卡。
转向模拟装置主要由伺服马达、减速器、离合器和刹车等组成，离合器用于断开减速器与伺服马达的连接，刹车用于锁止转向器的齿条。转向模拟装置控制还包括转向伺服驱动、编码器和转向扭矩传感器，编码器安装在方向轴1上，转向扭矩传感器通过联轴器安装在方向轴1的输出端部，方向轴1的伺服缸或马达与转向伺服驱动连接，转向伺服驱动与运动控制卡的信号输出端连接；编码器和转向扭矩传感器的信号输出端分别接入数据采集控制卡或脉冲信号采集卡。齿条上的直线位移传感器的信号输出端接入数据采集控制卡或脉冲信号采集卡，齿条与直线位移传感器固定连接以检测齿条的位移。
路况模拟加载装置控制包括侧向加载控制和垂直加载控制。侧向加载控制包括控制方式相同且设置在转向器两侧的左侧向加载控制和右侧向加载控制，左侧向加载装置和右侧向加载装置分别包括伺服缸、直线导轨和连接杆，伺服缸驱动侧向加载轴沿直线导轨滑动，侧向加载轴的侧向力通过连接杆加载到转向器的齿条上。左侧向加载控制包括左侧向加载伺服驱动和左侧向力传感器，左侧向加载轴2的伺服缸与左侧向加载伺服驱动连接，左侧向加载伺服驱动与运动控制卡的信号输出端连接，左侧向力传感器设置在左侧向加载轴2上，其信号输出端接入数据采集控制卡；右侧向加载控制包括右侧向加载伺服驱动和右侧向力传感器，右侧向加载轴3的伺服缸与右侧向加载伺服驱动连接，右侧向加载伺服驱动与运动控制卡的信号输出端连接，右侧向力传感器设置在右侧向加载轴3上，其信号输出端接入数据采集控制卡或脉冲信号采集卡。垂直加载控制包括控制方式相同且设置在转向器下方的左垂直加载控制和右垂直加载控制，左垂直加载控制包括左垂直加载伺服驱动、左垂直力传感器、左垂直直线位移传感器、左垂直扭矩传感器和左垂直角度传感器，左垂直加载轴4的伺服缸与左垂直加载伺服驱动连接，左垂直加载伺服驱动与运动控制卡的信号输出端连接，左垂直力传感器、左垂直直线位移传感器、左垂直扭矩传感器和左垂直角度传感器分别设置在左垂直加载轴4上，其信号输出端接入数据采集控制卡或脉冲信号采集卡；右垂直加载控制包括右垂直加载伺服驱动、右垂直力传感器、右垂直直线位移传感器、右垂直扭矩传感器和右垂直角度传感器，右垂直加载轴5的伺服缸与右垂直加载伺服驱动连接，右垂直加载伺服驱动与运动控制卡的信号输出端连接，右垂直力传感器、右垂直直线位移传感器、右垂直扭矩传感器和右垂直角度传感器分别设置在右垂直加载轴5上，其信号输出端接入数据采集控制卡或脉冲信号采集卡。伺服缸驱动垂直加载轴把沿垂直方向的力加载到转向器的转向节上。
左垂直加载轴4和右垂直加载轴5上分别设置有直线位移传感器零点信号和角度传感器零点信号，直线位移传感器零点信号和角度传感器零点信号的信号输出端接入数据采集控制卡或脉冲信号采集卡。对于系统的回零操作控制如下：左垂直加载轴4和右垂直加载轴5在垂直方向上分别回零操作控制，使水平面a和水平面b在同一高度位置，此时左垂直加载轴4和右垂直加载轴5进行速度位置闭环控制(主控方式)，左侧向加载轴2和右侧向加载轴3采用力闭环从动跟随控制方式，方向轴1离合脱开，不控制。左垂直加载轴4和右垂直加载轴5上的旋转回零操作控制，使转向节臂垂直于水平面a和水平面b，此时方向轴1采用速度位置闭环控制(主控方式)，左侧向加载轴2和右侧向加载轴3作力跟随控制，左垂直加载轴4和右垂直加载轴5不动(对其中一个轴的转角进行回零操作，另一个进行校验操作)。
本实施例分别在方向轴1、左侧向加载轴2、右侧向加载轴3、左垂直加载轴4和右垂直加载轴5上设置有行程限位器，行程限位器的信号输出端接入数据采集控制卡或脉冲信号采集卡。可有效地控制各轴的运动行程。
在数据采集控制卡或脉冲信号采集卡的数据信号输出端接入测试系统，测试系统与数据显示器和数据输出设备连接，以便随时观测和输出检测的实验数据。
本发明主要针对汽车转向系统五轴测试实验，该控制系统可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，且各模拟装置之间的控制采用主从控制、力闭环跟随控制方式保证转向系统正常工作，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。五轴测控系统可达到四轴联动控制，方向轴1用于模拟汽车方向盘的运动控制；左侧向加载轴2和右侧向加载轴3用于模拟路面对汽车转向系统侧向加力(阻力)控制；左垂直加载轴4和右垂直加载轴5用于模拟轮胎(即悬架)跳动对汽车转向系统垂直方向上的运动控制。
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 (4)
1.一种汽车转向系统性能试验控制系统，其特征在于：包括转向模拟装置控制、路况模拟加载装置控制、设置在转向器齿条上的直线位移传感器和计算机测控系统；
所述计算机测控系统包括数据采集控制卡、脉冲信号采集卡和运动控制卡；
所述转向模拟装置控制包括转向伺服驱动、编码器和转向扭矩传感器，所述方向轴(1)的伺服缸或马达与转向伺服驱动连接，转向伺服驱动与运动控制卡的信号输出端连接；编码器和转向扭矩传感器设置在方向轴(1)上，其信号输出端分别接入数据采集控制卡或脉冲信号采集卡；
所述路况模拟加载装置控制包括控制方式相同且设置在转向器两侧的左侧向加载控制和右侧加载控制以及控制方式相同且设置在转向器下方的左垂直加载控制和右垂直加载控制，所述左侧向加载控制和右侧向加载控制分别包括侧向加载伺服驱动和侧向力传感器，所述侧向加载轴的伺服缸与对应侧的侧向加载伺服驱动连接，侧向加载伺服驱动与运动控制卡的信号输出端连接；侧向力传感器设置在对应侧的侧向加载轴上，其信号输出端接入数据采集控制卡或运动控制卡；所述左垂直加载控制和右垂直加载控制分别包括垂直加载伺服驱动、和/或垂直加载力传感器、垂直直线位移传感器、和/或垂直扭矩传感器以及角度传感器，所述垂直加载轴的伺服缸与对应侧的垂直加载伺服驱动连接，垂直加载伺服驱动与运动控制卡的信号输出端连接，垂直力传感器、垂直直线位移传感器、垂直扭矩传感器和角度传感器设置在垂直加载轴上，其信号输出端接入数据采集控制卡或脉冲信号采集卡；
所述齿条上的直线位移传感器的信号输出端接入数据采集控制卡或脉冲信号采集卡。
2.根据权利要求1所述的汽车转向系统性能试验控制系统，其特征在于：还包括设置在垂直加载轴上的直线位移传感器零点信号和角度传感器零点信号，所述直线位移传感器零点信号和角度传感器零点信号的信号输出端接入数据采集控制卡或脉冲信号采集卡。
3.根据权利要求1所述的汽车转向系统性能试验控制系统，其特征在于：还包括分别设置在方向轴(1)、侧向加载轴和垂直加载轴上的行程限位器，所述行程限位器的信号输出端接入数据采集控制卡或脉冲信号采集卡。
4.根据权利要求1所述的汽车转向系统性能试验控制系统，其特征在于：还包括测试系统，所述数据采集控制卡或脉冲信号采集卡的数据信号输出端与测试系统连接，测试系统与数据显示器和/或数据输出设备连接。
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