CN102564775B - 动力转向系统数据采集仪及动力转向系统测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力转向系统数据采集仪，转向器温度数据插口、转向泵温度数据插口及储油罐温度数据插口分别与安装在转向泵出油口处、转向器进油口处及转向油罐内的温度传感器连接，压力数据插口包括系统压力数据插口及回油压力数据插口，系统压力数据插口及回油压力数据插口分别通过数据线与一安装在转向器进油口油管上及一安装在转向器出油口与油罐回油孔之间上的压力变送器连接，流量数据插口通过数据线与安装在转向器与储油罐之间低压管路上的流量计连接，采集数据经数据处理模块处理后在显示装置上显示。本动力转向系统数据采集仪体积较小，易于携带及安装，接入转向系统后，能及时观察相关的参数变化值。

Description

动力转向系统数据采集仪及动力转向系统测试方法

技术领域

本发明涉及汽车转向系统各液压技术参数的测试采集及分析。

背景技术

随着我国汽车工业的迅速发展，加之转向系统近些年的技术进步，汽车厂以及终端用户对方向的操控舒适性与稳定性要求越来越高。近年来，随着能源以及基础行业的发展，卡车行业有了长足的进步，但因国情等方面的原因，普遍存在超载的情况，且部分运行工况十分恶劣、用户日常维护保养意识弱等原因，转向系统的故障率往往比较高。轿车行业因国民对生活质量的高要求也有了迅猛的发展，但因发展期限尚短，在使用及服务方面也存在缺陷，转向系统的故障率也偏高。

对于转向系统来说，其液压技术参数的准确性、稳定性是转向系统的核心问题，压力是能否打动方向的基本要求，流量的大小影响打方向的顺畅与否，系统油温如果持续过高会影响整个系统的使用寿命。但由于不能准确全面地去测定这些参数，在汽车的设计制造过程中，而产生一些设计不足；在使用维修中产生误判，不能为用户更好的解决问题。

传统方式对这些参数也有一些测试工具，但大多独立使用，存在如下缺陷：

(1)对压力的测试，是在转向泵的出油端接一个简单的压力表，虽然也能反应压力，但不能全面反应其他数据；

(2)对于流量测试，因为流量计比较复杂，其单位为L/min，体现的是一个动态的累加值，而非瞬间的状态值，不能通过一个简单的仪表来反应，目前国内很少有能单一测流量的仪器；

(3)对于温度测试，所用工具有很多，比如普通温度计、电阻仪测温度、红外传感测温度等。但也只是简单测一下温度而已，并且转向系统的发热源是转向泵，所以对于其他零部件，其温度变化存在一个滞后性。也不能准确反应在不同情况的变化值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种动力转向系统数据采集仪，能够同步、全面、准确地反应转向系统液压的一系列参数，有利于汽车的设计制造及维修服务。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：动力转向系统数据采集仪，包括采集仪壳体，其特征在于：所述壳体内设有数据处理模块，所述壳体侧面设有温度数据插口、压力数据插口及流量数据插口，其中，温度数据插口包括转向器温度数据插口、转向泵温度数据插口及储油罐温度数据插口，转向器温度数据插口、转向泵温度数据插口及储油罐温度数据插口分别与安装在转向泵出油口处、转向器进油口处及转向油罐内的温度传感器连接，压力数据插口包括系统压力数据插口及回油压力数据插口，系统压力数据插口及回油压力数据插口分别通过数据线与一安装在转向器进油口油管上及一安装在转向器出油口与油罐回油孔之间上的压力变送器连接，流量数据插口通过数据线与安装在转向器与储油罐之间低压管路上的流量计连接，从温度数据插口、压力数据插口及流量数据插口输入的采集数据经数据处理模块处理后在显示装置上显示。

优选的，所述温度数据插口、压力数据插口及流量数据插口采用三种不同的插口，其中，温度数据插口采用三孔插口，压力数据插口采用四孔插头，流量数据插口采用二孔插头。

优选的，所述显示装置为设于壳体正面上的显示屏，所述壳体正面在显示屏下方设有控制按键。

优选的，所述壳体侧面还设有USB插口及电源插口，USB插口通过数据线与电脑连接。

优选的，所述温度传感器采用磁吸式。

另外，本发明还公开了一种使用上述动力转向系统数据采集仪进行的动力转向系统测试方法：

首先采用上述的数据采集仪采集数据，其次根据采集数据实际分析转向系统，其遵循如下步骤：

(1)用称重设备测出前桥的负载，以此可以计算转向阻力矩；

$M_r=\frac{f}{3}\sqrt{\frac{G_1^3}{P}}$

公式说明：Mr----转向阻力矩

f----摩擦系数

G₁----前桥负载

P----轮胎气压

(2)以本采集仪实际测出的转向泵压力计算出转向器的输出扭矩，如果转向系统是双桥还包括助力缸的输出扭矩；

a.转向器输出扭矩： $M_1=P\×\frac{{\mathrm{\πD}}^{2}R}{4000}\×\mathrm{\η}$

公式说明：M₁----转向器输出扭矩

P---系统压力数据插口测得的转向泵最大压力

D----转向器缸径

R----扇齿半径

η----效率

b.助力缸输出扭矩：

$M_2=P\×\frac{\mathrm{\π}(D^2-d^2)L\·\mathrm{Cos\θ}}{4000}\×\mathrm{\η}$

公式说明：M₂----助力缸输出扭矩

P----转向泵最大压力(从系统压力数据插口测得)

D----活塞缸直径

L----节臂长度

d----活塞杆直径

θ----偏摆极限转角

η----效率

c.比较：M₁+M₂≥Mr方程式是否成立

如果方程式成立，说明转向系统运行合理，方程式成立不成立则需改进转向系统；

(3)计算转向所需流量，可遵循如下步骤及公式对转向系统流量进行核算：

a.计算转向器所需流量：

Q₁＝(1.5～2)·60·n·T·S

公式说明：1.5～2----流量系数经验值

n----转向盘转速

T----滚道螺距

S----转向器活塞缸面积

b.计算助力缸按方向盘转速所需最大流量：

$Q_2=60\·n\·\mathrm{\π}\·\frac{D^2}{4}\·L_1$

公式说明：n----转向盘转速

D----助力缸直径

L₁----方向盘每转所对应的助力缸活塞行程

c.Q₃----系统流量损失值：Q₃＝(Q₁+Q₂)×15％

d.计算转向系统所需总流量：Q＝Q₁+Q₂+Q₃

比较所需总流量与通过采集仪测试出得实际流量，可判断转向泵的流量设计是否合理，若实际流量大于或等于理论流量，则系统合理，若实际流量小于理论流量，则系统不合理。

本发明动力转向系统数据采集仪体积较小，易于携带及安装，接入转向系统后，测试时采集仪可放置在驾驶室内，随着汽车转速、方向以及路况的变化，能及时观察相关的参数变化值。

与现有的常用测量设备相比，本发明的优点是：

(1)能及时地反映某一时刻的压力值、方向打到不同位置时的压力值，且曲线反映出来为连续值，比之传统单一的压力表测压力法，能更加准确地测量压力及其变化情况；

(2)对于流量检测，解决了目前单一仪器难以测量的难题，且检测仪器小巧轻便，易于安装；

(3)对于温度检测，同步多点测量，且能通过曲线反映全程的变化值，可准确衡量转向系统的温度是否超过要求，以及在不同状况下的温升幅度；

(4)对于转向力矩的计算，以及通过实际流量检测衡量打方向顺畅与否，不仅可以用在汽车维修站检修，也对汽车厂在设计转向系统时提供准确的分析，使设计更合理，提高转向系统的使用寿命。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1为本发明结构原理图；

图2为温度、压力、流量坐标图；

图3为采集仪采集的原地打方向曲线。

具体实施方式

如图1所示，为动力转向系统数据采集仪，包括采集仪壳体1，所述壳体内设有数据处理模块，所述壳体侧面设有温度数据插口、压力数据插口及流量数据插口4，其中，温度数据插口包括转向器温度数据插口2、转向泵温度数据插口21及储油罐温度数据插口22，转向器温度数据插口、转向泵温度数据插口及储油罐温度数据插口分别与安装在转向泵出油口处、转向器进油口处及转向油罐内的温度传感器连接，压力数据插口包括系统压力数据插口3及回油压力数据插口31，系统压力数据插口及回油压力数据插口分别通过数据线与一安装在转向器进油口油管上及一安装在转向器出油口与油罐回油孔之间上的压力变送器连接，流量数据插口通过数据线与安装在转向器与储油罐之间低压管路上的流量计连接，从温度数据插口、压力数据插口及流量数据插口输入的采集数据经数据处理模块处理后在显示装置上显示。所述温度数据插口、压力数据插口及流量数据插口采用三种不同的插口，其中，温度数据插口采用三孔插口，压力数据插口采用四孔插头，流量数据插口采用二孔插头。所述显示装置为设于壳体正面上的显示屏11，所述壳体正面在显示屏下方设有控制按键6。所述壳体侧面还设有USB插口5及电源插口12，USB插口通过数据线与电脑连接。所述温度传感器采用磁吸式。

上述动力转向系统数据采集仪采集的数据，不仅可以直观的将数据在显示屏11显示，而且，动力转向系统数据采集仪还可以通过USB插口与电脑连接，经电脑处理后，将温度、压力、流量全部放到一个坐标系中，如图2所示，横坐标为时间参数，纵坐标为温度数据、压力数据及流量数据，这样只要在分析软件中选取一个时间点，即可知道该点的温度、压力及流量。

在实际分析转向系统时，可遵循如下步骤：

(1)用称重设备测出前桥的负载，以此可以计算转向阻力矩；

$M_r=\frac{f}{3}\sqrt{\frac{G_1^3}{P}}$

公式说明：Mr----转向阻力矩(灵活转向所需的最小力矩)

f----摩擦系数

G1----转向桥(前桥)负载

P----轮胎气压

(2)以本测试仪器实际测出的转向泵压力计算出转向器(双桥还包括助力缸)的输出扭矩。

a.转向器输出扭矩 $M_1=P\×\frac{{\mathrm{\πD}}^{2}R}{4000}\×\mathrm{\η}$

公式说明：M1----转向器输出扭矩

P----转向泵最大压力(即系统压力数据插口测得的数据)

D----转向器缸径

R----扇齿半径

η----效率

b.助力缸输出扭矩(如有)：

$M_2=P\×\frac{\mathrm{\π}(D^2-d^2)L\·\mathrm{Cos\θ}}{4000}\×\mathrm{\η}$

公式说明：M2----助力缸输出扭矩

P----转向泵最大压力(即系统压力数据插口测得的数据)

D----活塞缸直径

L----节臂长度

d----活塞杆直径

θ----偏摆极限转角

η----效率

c.比较：M1+M2≥Mr方程式是否成立

如果方程式成立，说明转向系统运行合理，不成立则需改进。

d.举例说明：前桥称重18620千克

则转向阻力矩 $M_r=\frac{0.7}{3}\sqrt{\frac{{(18620\×9.8)}^3}{1200000}}=16603N.m$

转向器输出扭矩：

$M_1=15\×\frac{{\mathrm{\π}117}^2\·50}{4000}\×0.96=7741N.m$

助力缸输出扭矩

比较：M1+M2＝7741+4127＝11869＜Mr＝16603

即出厂配置设计的力矩小于实际的转向阻力矩，故转向沉重。可重新设计转向泵的压力、转向器缸径、助力缸缸径、汽车底盘结构等，以达转向系统的优化。

(3)计算转向所需流量，所需流量跟打方向盘的速度有关。目前，国内汽车厂大都如此规定方向盘的转速：轿车1.5r/s，客车、卡车1.25r/s，白卸车1r/s，针对不同的方向盘转速，所需流量不同，再考虑泄露值，可得出正常转向需要的理论流量，与本测试仪器测量出的实际流量相比。若实际流量大于等于理论流量，则系统合理。但如过大也会产生打方向发飘现象。可遵循如下步骤及公式对转向系统流量进行核算：

a.计算转向器所需流量：

Q1＝(1.5～2)·60·n·T·S

公式说明：1.5～2----流量系数经验值

n----转向盘转速

T----滚道螺距

S----转向器活塞缸面积(由直径算出)

b.计算助力缸按方向盘转速所需最大流量：

$Q_2=60\·n\·\mathrm{\π}\·\frac{D^2}{4}\·L_1$

公式说明：n----转向盘转速

D----助力缸直径

L1----方向盘每转所对应的助力缸活塞行程(另有公式算出，此处不赘述)

c.Q3----系统流量损失值：Q3＝(Q1+Q2)×15％

d.计算转向系统所需总流量：Q＝Q1+Q2+Q3

比较所需总流量与通过本发明仪器测试出得实际流量，可判断转向泵的流量设计是否合理。

e.举例说明：转向器缸径100mm，S＝3.14×100×100/4＝7850mm²

Q1＝(1.5～2)×60×1.25×13.5×7850/106＝11.92～14.64取13L/min助力缸缸径50mm

Q2＝60×1.25×3.14×50²×29.91/4000000＝4.4L/min

29.91为方向盘每转所对应的助力缸活塞行程，另有公式算出

Q3＝(Q1+Q2)×15％＝(13+4.4)×15％＝2.61L/min

转向系统所需总流量：Q＝Q1+Q2+Q3＝13+4.4+2.61＝20.1L/min

实际测量转向器的控制流量为19.2L/min，略小于所需流量，可将转向泵的控制流量改为20～20.5L/min。

(4)另外，还可以用来衡量左右打方向是否均衡，图3为采集仪采集的原地打方向曲线(曲线经过放大，以便观察)：经过其他测量，作出如下衡量打方向的表格：

而至于转向器温度、转向泵温度、储油罐温度及回油压力是否合理，则直接根据测得的数据与标准值进行比较既可以判断。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (6)

1.动力转向系统测试方法，其特征在于：首先数据采集仪采集数据，其次根据采集数据实际分析转向系统，其遵循如下步骤：

（1）用称重设备测出前桥的负载，以此可以计算转向阻力矩；

$M_r=\frac{f}{3}\sqrt{\frac{G_1^3}{P}}$

公式说明：Mr----转向阻力矩

f----摩擦系数

G₁----前桥负载

P----轮胎气压

（2）以本采集仪实际测出的转向泵压力计算出转向器的输出扭矩，如果转向系统是双桥还包括助力缸的输出扭矩；

a.转向器输出扭矩: $M_1=P\×\frac{\mathrm{\π}{D}^{2}R}{4000}\×\mathrm{\η}$

公式说明：M₁----转向器输出扭矩

P---从系统压力数据插口测得的转向泵最大压力

D----转向器缸径

R----扇齿半径

η----效率

b.助力缸输出扭矩:

$M_2=P\×\frac{\mathrm{\π}(D^2-d^2)L\·\mathrm{Cos\θ}}{4000}\×\mathrm{\η}$

公式说明：M₂----助力缸输出扭矩

P----转向泵最大压力

D----活塞缸直径

L----节臂长度

d----活塞杆直径

θ----偏摆极限转角

η----效率

c.比较：M1+M₂≥Mr方程式是否成立

如果方程式成立，说明转向系统运行合理，方程式成立不成立则需改进转向系统；

（3）计算转向所需流量，可遵循如下步骤及公式对转向系统流量进行核算：

a.计算转向器所需流量：

Q₁=（1.5～2）·60·n·T·S

公式说明：1.5～2----流量系数经验值

n----转向盘转速

T----滚道螺距

S----转向器活塞缸面积

b.计算助力缸按方向盘转速所需最大流量：

$Q_2=60\·n\·\mathrm{\π}\·\frac{D^2}{4}\·L_1$

公式说明：n----转向盘转速

D----助力缸直径

L₁----方向盘每转所对应的助力缸活塞行程

c.Q₃----系统流量损失值：Q₃=（Q₁+Q₂）×15%

d.计算转向系统所需总流量：Q=Q₁+Q₂+Q₃

比较所需总流量与通过采集仪测试出得实际流量，可判断转向泵的流量设计是否合理，若实际流量大于或等于理论流量，则系统合理，若实际流量小于理论流量，则系统不合理。

2.根据权利要求1所述的动力转向系统测试方法，其特征在于：所述数据采集仪包括采集仪壳体（1），所述壳体内设有数据处理模块，所述壳体侧面设有温度数据插口、压力数据插口及流量数据插口（4），其中，温度数据插口包括转向器温度数据插口（2）、转向泵温度数据插口（21）及储油罐温度数据插口（22），转向器温度数据插口、转向泵温度数据插口及储油罐温度数据插口分别与安装在转向泵出油口处、转向器进油口处及转向油罐内的温度传感器连接，压力数据插口包括系统压力数据插口（3）及回油压力数据插口（31），系统压力数据插口及回油压力数据插口分别通过数据线与一安装在转向器进油口油管上及一安装在转向器出油口与油罐回油孔之间上的压力变送器连接，流量数据插口通过数据线与安装在转向器与储油罐之间低压管路上的流量计连接，从温度数据插口、压力数据插口及流量数据插口输入的采集数据经数据处理模块处理后在显示装置上显示。

3.根据权利要求2所述的动力转向系统测试方法，其特征在于：所述温度数据插口、压力数据插口及流量数据插口采用三种不同的插口，其中，温度数据插口采用三孔插口，压力数据插口采用四孔插头，流量数据插口采用二孔插头。

4.根据权利要求2所述的动力转向系统测试方法，其特征在于：所述显示装置为设于壳体正面上的显示屏（11），所述壳体正面在显示屏下方设有控制按键（6）。

5.根据权利要求2所述的动力转向系统测试方法，其特征在于：所述壳体侧面还设有USB插口（5）及电源插口（12），USB插口通过数据线与电脑连接。

6.根据权利要求2所述的动力转向系统测试方法，其特征在于：所述温度传感器采用磁吸式。

Images