CN103941110B - 汽车旋转连接器的耐久性试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车旋转连接器的耐久性试验装置及试验方法，试验装置包括台架和旋转连接器固定架，在台架上安装有单片机控制模块、步进电机驱动器、步进电机、接近开关传感器和开关电源，在台架外设置有计算机；可选择试验中被测旋转连接器的内圈的旋转圈数，对被测旋转连接器进行变速测试，同时在试验过程中也对旋转连接器的扁平电缆的通断情况进行了实时检测；同时其结构简单、操作方便、运行可靠，可广泛用于旋转连接器零部件厂家做耐久性验证试验和整车厂做验收性试验。

Description

汽车旋转连接器的耐久性试验装置及试验方法

技术领域

本发明属于汽车零部件检测技术领域，具体涉及一种汽车旋转连接器的耐久性试验装置及试验方法。

背景技术

汽车旋转连接器安装在方向盘和转向柱之间的空间内，在汽车正常运行时，其随着方向盘作同步旋转，使方向盘、转向柱这个两个相对转动部件之间保持可靠的电气连接，是汽车重要的零部件，其耐久性对汽车系统的可靠性起着重要作用。

在汽车行驶过程中，汽车旋转连接器的转动速度是变化的，而现有的汽车旋转连接器的耐久性试验主要是靠机械结构和行程开关、继电器控制电机正反转的方式带动被测旋转连接器转动，或采取气动、液压等方式实现，结构复杂，其只能做单一速度和固定行程圈数的测试，无法满足做变化转速的耐久性试验，并且在试验过程中也不能对被测旋转连接器的扁平电缆进行实时的断线检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车旋转连接器的耐久性试验装置及试验方法，以使被测旋转连接器可做匀速及变速运动的耐久试验，并在试验过程中检测其扁平电缆的通断情况。

本发明所述的汽车旋转连接器的耐久性试验装置，包括台架和固定被测旋转连接器的旋转连接器固定架，在台架上安装有单片机控制模块、步进电机驱动器、步进电机、接近开关传感器和开关电源，在台架外设置有计算机；所述开关电源与单片机控制模块、步进电机驱动器以及接近开关传感器电连接，给其提供工作电源，计算机与单片机控制模块电连接，设置步进电机旋转的相应参数(相当于旋转连接器的内圈转动的相关参数)并显示相应数据，步进电机驱动器与单片机控制模块和步进电机电连接，在单片机控制模块的控制下驱动步进电机转动，步进电机的输出轴通过软轴与插在被测旋转连接器的内圈中的卡销连接，步进电机转动带动被测旋转连接器的内圈转动，在被测旋转连接器的内圈上贴有用于检测平衡位置的金属片，接近开关传感器与单片机控制模块电连接，感应金属片，并将信号送入单片机控制模块内处理，被测旋转连接器的扁平电缆一端接开关电源，另一端接单片机控制模块且通过下拉电阻接0V，单片机控制模块判断所述扁平电缆是否断线。

进一步，在台架上设置有与单片机控制模块和开关电源连接的启动/停止键，并安装有传感器固定架，所述接近开关传感器安装在传感器固定架上，用于检测被测旋转连接器上所贴的金属片。

进一步，所述台架由底板、左侧板、右侧板和背板连接构成，所述启动/停止键设置在背板上，所述传感器固定架、步进电机和旋转连接器固定架安装在底板上，所述步进电机驱动器和单片机控制模块安装在左侧板上，所述开关电源安装在右侧板上。

采用上述汽车旋转连接器的耐久性试验装置进行耐久性试验的方法，包括如下步骤：

步骤1：安装被测旋转连接器，并将其与试验装置中的各部分连接：将被测旋转连接器通过旋转连接器固定架固定在台架上，将卡销的一端插在被测旋转连接器的内圈中，将卡销的另一端通过软轴连接步进电机的输出轴，将被测旋转连接器的扁平电缆一端接开关电源，另一端接单片机控制模块并通过下拉电阻接0V；

步骤2：确定被测旋转连接器的平衡位置：顺时针转动被测旋转连接器的内圈到第一个旋转止点后，再逆时针旋转到第二个旋转止点，记录逆时针旋转的圈数，二分之一圈数对应的内圈上的位置为平衡位置，内圈转到平衡位置，贴上金属片，并使接近开关传感器能检测到金属片；

步骤3：计算机配置步进电机旋转的相关参数：计算机对试验次数、扁平电缆的通断检测参数、每次试验中步进电机的运行参数块(比如位置参数、步进电机的行程圈数、在旋转过程中的转速)进行配置；

步骤4：计算机将步骤3中配置的相关参数传给单片机控制模块，单片机控制模块根据设定的参数控制步进电机带动被测旋转连接器的内圈旋转或停止，并对此过程中步进电机的丢步进行修正，同时也对扁平电缆的通断进行检测；在已达到计算机设定的试验次数或扁平电缆断线时，结束试验。

在步骤4中，对步进电机的丢步修正方式为：在目标转动位置为平衡位置时(即在向平衡位置转动时)，将步进电机的转动脉冲数设置为大于其带动被测旋转连接器的内圈转动到平衡位置的脉冲数，在转动过程中，如果待转动脉冲数不为零且在校正范围内，当接近开关传感器有信号送入单片机控制模块时，单片机控制模块将待转动脉冲数清零，使步进电机停止转动，将步进电机的运行参数块中的位置参数设定为平衡位置。

本发明采用计算机配合单片机控制模块、步进电机驱动器、步进电机、接近开关传感器，可设置试验中被测旋转连接器的内圈的旋转圈数，可实现步进电机变速运动带动被测旋转连接器的内圈变速运动，对被测旋转连接器进行了变速测试，同时在试验过程中也对旋转连接器的扁平电缆的通断情况进行了实时检测，准确记录试验次数内，第几次耐久试验过程中被测旋转连接器的扁平电缆损坏；同时其结构简单、操作方便、运行可靠，可广泛用于旋转连接器零部件厂家做耐久性验证试验和整车厂做验收性试验。

附图说明

图1为本发明的轴测图。

图2为本发明中各组成部分的电连接框图。

图3为本发明中单片机控制模块的控制流程图。

图4为本发明中单片机控制模块控制步进电机的中断处理流程图。

图5为本发明中单片机控制模块的CAN接收中断流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示的汽车旋转连接器的耐久性试验装置，包括台架1和固定被测旋转连接器10的旋转连接器固定架11，台架1由底板19、左侧板20、右侧板21和背板22连接构成，旋转连接器固定架11安装在底板19上，在左侧板20上通过支架9固定安装有单片机控制模块8，通过螺栓固定安装有步进电机驱动器3，在底板19上通过步进电机固定架5固定安装有步进电机4，通过螺栓固定安装有传感器固定架13，传感器固定架13上固定有接近开关传感器12，在右侧板21上安装有开关电源，该开关电源有两个，一个是通过第一电源支架14固定安装的24V开关电源15，另一个是通过第二电源支架16固定安装的12V开关电源17，24V开关电源15给步进电机驱动器3供电，12V开关电源17给接近开关传感器12和单片机控制模块8供电(单片机控制模块8上设计有将12V转换为5V的电路)，在背板22上设置有一端与单片机控制模块8的一个I/O输入口连接，另一端与12V开关电源连接的启动/停止键2，在台架1外设置有计算机18；

计算机18通过USB转CAN模块23与单片机控制模块8的CAN接口连接，实现通信，计算机18设置步进电机旋转的相应参数并显示相应数据，单片机控制模块8上有一片铁电存储器(主要存储需要实时存储的参数，如试验次数等；同时，步进电机的控制参数块、步进电机运行速度参数块、被测旋转连接器的扁平电缆通断检测配置参数等也存储在其中)，步进电机驱动器3的输入端与单片机控制模块8的I/O输出口连接，输出端与步进电机4的相线电连接，在单片机控制模块8的控制下驱动步进电机4转动，步进电机4的输出轴通过软轴6与插在被测旋转连接器10的内圈中的卡销7连接，步进电机4转动带动被测旋转连接器10的内圈转动，在被测旋转连接器10的内圈上设置有用于检测平衡位置(即被测旋转连接器的两个旋转止点间的中间位置)的金属片，接近开关传感器12的信号输出端与单片机控制模块8的另一个I/O输入口连接，感应金属片，并将信号送入单片机控制模块8内处理，被测旋转连接器10的扁平电缆一端并在一起接12V开关电源17，另一端分别接单片机控制模块8的其它I/O输入口(有几根电缆就接几个I/O输入口，且可通过计算机18内的软件配置每根电缆对应的那个I/O输入口的断线检测使能或不使能)，接单片机控制模块8的I/O输入口的电缆这端通过下拉电阻接0V，单片机控制模块8判断扁平电缆是否断线(当某根电缆对应的I/O输入口输入的为高电平，则表明该电缆未断线，如果输入的为低电平，则表明该电缆已断线)。

如图3所示，采用上述汽车旋转连接器的耐久性试验装置进行耐久性试验的方法，包括如下步骤：

步骤1：安装被测旋转连接器10，并将其与试验装置中的各部分连接：将被测旋转连接器10通过旋转连接器固定架11固定在底板19上，将卡销7的一端插在被测旋转连接器10的内圈中，将卡销7的另一端通过软轴6连接步进电机4的输出轴，将被测旋转连接器10的扁平电缆一端并在一起接12V开关电源17，另一端分别接单片机控制模块8的I/O输入口并通过下拉电阻接0V；

步骤2：确定被测旋转连接器10的平衡位置：顺时针转动被测旋转连接器10的内圈到第一个旋转止点后，再逆时针旋转到第二个旋转止点，记录逆时针旋转的圈数，二分之一圈数对应的内圈上的位置为平衡位置，内圈转到平衡位置，在平衡位置贴上金属片，并使接近开关传感器12能检测到金属片；

步骤3：计算机18配置步进电机旋转的相关参数：计算机18通过控制软件对耐久性试验次数、每次试验中步进电机4的行程圈数(即顺时针旋转角度，逆时针旋转角度)、步进电机4在旋转过程中的转速变化(在步进电机顺时针旋转过程中或逆时针旋转过程中都可变化)、步进电机4的转动位置参数、被测旋转连接器10的扁平电缆的通断判断配置等参数进行配置；

步骤4：计算机将步骤3中配置的相关参数通过USB转CAN模块23传给单片机控制模块8，单片机控制模块8根据设定的参数控制步进电机4带动被测旋转连接器10的内圈旋转或停止，并对此过程中步进电机4的丢步进行修正，同时也对被测旋转连接器10的扁平电缆的通断进行检测，在已达到计算机18设定的试验次数或被测旋转连接器10的扁平电缆断线时，结束试验。

在试验中，计算机上设置步进电机的转动方式分两种情况，第一种，设置步进电机的转动行程和转动速度，第二种，设置丢步校正转动方式，即步进电机从当前位置转到平衡位置(主要用于完成一次耐久性试验，在进行下一次试验时步进电机的丢步校正，防止多次试验后累计丟步数太多)。

如图3所示，单片机控制模块的具体控制流程如下：

(1)3-1步，单片机控制模块上电后，初始化步进电机的控制参数块；该参数块包括待转动脉冲数、转动方向和使能信号。

(2)3-2步，初始化单片机控制模块8的I/O管脚寄存器、定时器中断相关寄存器和CAN通信相关寄存器。

(3)3-3步，从铁电存储器中读取试验次数及步进电机转速参数；完成3-3步后，进入While(true)死循环。

(4)3-4步，将存储的5个开关状态映射变量依次按照变量5＝变量4，变量4＝变量3，变量3＝变量2，变量2＝变量1，变量1＝新读入的开关映射变量，若5个变量的值都相等则开关的状态即为读入开关映射变量的状态，从而实现3-5步的去抖动处理。

(5)3-6步，对开关映射变量的边沿信号进行判断，并将相应变量置位。

(6)3-7步到3-8步，当检测到启动/停止键2有上升沿信号后，置运行标志位。

(7)3-9步，检测启动/停止键是否为高电平，当检测到高电平执行3-10步，否则执行3-7步。

(8)3-10步到3-12步，当根据断线检测设置参数检测到有断线时，清零运行标志，并发送断线信息到计算机后执行3-7步，否则执行3-13步。

(9)3-13步判断运行标志，当运行标志置位时，运行3-14步，否者转到3-7步。

(10)3-14步判断是否达到耐久设定试验次数，当达到耐久试验设定次数，执行3-15步，设置运行标志停止，试验完成，清零运行标志，否则执行3-16步。

(11)3-16步，判断步进电机的转动标志，当步进电机转动执行3-7步，否则执行3-17步。

(12)3-17步到3-21步，判断是否为本次试验的最后一个动作，如果为最后一个动作，执行3-18步，将累计试验次数加1，转动动作计数器置0。将累计试验次数存到铁电中并发送到计算机。否则执行3-21步，将转动动作计数器加1。

(13)3-22步到3-25步，3-22步根据转动动作计数器读取转动参数，将读取的转动参数的使能、方向、转动脉冲、校正模式(即修正模式)等参数赋给步进电机运行参数块，3-24步，根据3-22步中读取的转动参数中的步进电机转动速度设置定时器时间，以控制电机的转速并回到3-7步。

如图4所示的定时器中断服务程序，定时器1中断服务程序用于给步进电机驱动器发送脉冲。4-1步进入中断程序后，执行4-2步判断步进电机控制参数块的步进电机使能标志，如果使能标志为0(即无效)，则执行4-15步清除中断标志，4-16步定时器1中断返回，如果使能标志位为1(即有效)，则执行4-3步判断当前的步进电机是否为正转并且接近开关传感器有无上升沿，如果步进电机正转并且接近开关传感器有上升沿，则执行4-5步判断当前步进电机运转模式是否为校正模式且未转动脉冲数在校正范围内，否则执行4-4步判断当前的步进电机是否为反转并且接近开关传感器有无下降沿，如果步进电机反转并且接近开关传感器有下降沿，则也执行4-5步，否则执行4-7判断步进电机的未转动脉冲数是否大于0，如果当前步进电机运转模式为校正模式且未转动脉冲数在校正范围内，则执行4-6步将未转动脉冲清零，再执行4-7步，否则直接执行4-7步判断步进电机的未转动脉冲数是否大于0；如果步进电机的未转动脉冲数大于0，则执行4-8步判断I/O输出口的电平状态，如果是高电平，则执行4-9步输出低电平，并执行4-15步、4-16步，如果是低电平，则执行4-10步输出高电平，并执行4-11步将步进电机未转动脉冲数减1，执行4-12步根据转动参数中步进电机转动速度设置定时器时间，然后执行4-15步、4-16步；如果步进电机的未转动脉冲数小于等于0，则执行4-13步将I/O输出口的电平置为低电平，执行4-14步设置步进电机为非转动状态，然后执行4-15步、4-16步。

如图5所示的CAN接收中断服务程序，进入中断程序后，判断接收CAN报文的ID号，如果CAN ID等于1，则清除试验的累计次数等参数；如果CAN ID等于2，则表示的是设置计算机发送的被测旋转连接器的转动设置参数；如果CAN ID等于3，则表示的是清除计算机发送的步进电机的变速转动的设置参数；然后，清除CAN接收中断标志，中断服务程序返回。

Claims (5)

1.一种汽车旋转连接器的耐久性试验装置，包括台架（1）和固定被测旋转连接器（10）的旋转连接器固定架（11），其特征是：在台架上安装有单片机控制模块（8）、步进电机驱动器（3）、步进电机（4）、接近开关传感器（12）和开关电源，在台架外设置有计算机（18）；所述开关电源与单片机控制模块、步进电机驱动器以及接近开关传感器电连接，给其提供工作电源，计算机与单片机控制模块电连接，设置步进电机旋转的相应参数并显示相应数据，步进电机驱动器与单片机控制模块和步进电机电连接，在单片机控制模块的控制下驱动步进电机转动，步进电机的输出轴通过软轴（6）与插在被测旋转连接器（10）的内圈中的卡销（7）连接，步进电机转动带动被测旋转连接器的内圈转动，在被测旋转连接器的内圈上贴有用于检测平衡位置的金属片，接近开关传感器与单片机控制模块电连接，感应金属片，并将信号送入单片机控制模块内处理，被测旋转连接器的扁平电缆一端接开关电源，另一端接单片机控制模块且通过下拉电阻接0V，单片机控制模块判断所述扁平电缆是否断线。

2.根据权利要求1所述的汽车旋转连接器的耐久性试验装置，其特征是：在台架（1）上设置有与单片机控制模块（8）和开关电源连接的启动/停止键（2），并安装有传感器固定架（13），所述接近开关传感器（12）安装在传感器固定架上。

3.根据权利要求2所述的汽车旋转连接器的耐久性试验装置，其特征是：所述台架（1）由底板（19）、左侧板（20）、右侧板（21）和背板（22）连接构成，所述启动/停止键（2）设置在背板上，所述传感器固定架（13）、步进电机（4）和旋转连接器固定架（11）安装在底板上，所述步进电机驱动器（3）和单片机控制模块（8）安装在左侧板上，所述开关电源安装在右侧板上。

4.采用如权利要求1或2或3所述的汽车旋转连接器的耐久性试验装置进行耐久性试验的方法，包括如下步骤：

步骤1：安装被测旋转连接器（10），并将其与试验装置中的各部分连接：将被测旋转连接器（10）通过旋转连接器固定架（11）固定在台架上，将卡销（7）的一端插在被测旋转连接器的内圈中，将卡销的另一端通过软轴连接步进电机的输出轴，将被测旋转连接器的扁平电缆一端接开关电源，另一端接单片机控制模块并通过下拉电阻接0V；

步骤2：确定被测旋转连接器的平衡位置：顺时针转动被测旋转连接器（10）的内圈到第一个旋转止点后，再逆时针旋转到第二个旋转止点，记录逆时针旋转的圈数，二分之一圈数对应的内圈上的位置为平衡位置，内圈转到平衡位置，贴上金属片，并使接近开关传感器（12）能检测到金属片；

步骤3：计算机配置步进电机旋转的相关参数：计算机对试验次数、每次试验中步进电机的运行参数块、扁平电缆的通断检测参数进行配置；

步骤4：计算机将步骤3中配置的相关参数传给单片机控制模块（8），单片机控制模块根据设定的参数控制步进电机带动被测旋转连接器的内圈旋转或停止，并对此过程中步进电机的丢步进行修正，同时也对扁平电缆的通断进行检测；在已达到计算机设定的试验次数或扁平电缆断线时，结束试验。

5.根据权利要求4所述的汽车旋转连接器的耐久性试验方法，其特征是：在步骤4中，对步进电机的丢步修正方式为：在向平衡位置转动时，将步进电机的转动脉冲数设置为大于其带动被测旋转连接器的内圈转动到平衡位置的脉冲数，在转动过程中，如果待转动脉冲数不为零且在校正范围内，当接近开关传感器有信号送入单片机控制模块时，单片机控制模块将待转动脉冲数清零，使步进电机停止转动，将步进电机的运行参数块中的位置参数设定为平衡位置。