CN105652688A - 一种转向系统实时硬件在环仿真平台及试验方法 - Google Patents
一种转向系统实时硬件在环仿真平台及试验方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105652688A CN105652688A CN201510996371.4A CN201510996371A CN105652688A CN 105652688 A CN105652688 A CN 105652688A CN 201510996371 A CN201510996371 A CN 201510996371A CN 105652688 A CN105652688 A CN 105652688A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- eps
- steering
- controller
- servo motor
- pxi
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 98
- 238000010998 test method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 39
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000006854 communication Effects 0.000 claims description 34
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 7
- 230000007175 bidirectional communication Effects 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 241000270295 Serpentes Species 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
- G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Power Steering Mechanism (AREA)
Abstract
本发明提供一种转向系统实时硬件在环仿真平台及试验方法，所述在环仿真平台包括方向盘、转角传感器、EPS系统、转向齿条、PXI仿真系统、电缸、减速机构、伺服电机、伺服电机控制器、工控机、显示器、直流稳压电源、变速换挡装置、油门踏板；所述试验方法能够建立精确的动态模型。有益的技术效果：本发明通过EPS控制器的硬件在环仿真试验对EPS控制器的控制效果如转向轻便性及稳态的回转性能进行测试，同时对于整车EPS的性能测试和评估提供了很好的手段。
Description
技术领域
本发明属于转向系统仿真试验技术领域，特别是指一种转向系统实时硬件在环仿真平台及试验方法。
背景技术
电动助力转向系统（EPS，ElectricalPowerSteering）是一种直接依靠电机提供辅助转矩的动力转向系统。不同类型的EPS基本原理是相同的：转矩传感器与转向轴连接一起，当转动方向盘使得转向轴转动时，转矩传感器开始工作，把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，EPS控制器根据车速传感器和转矩传感器的信号决定助力电机的旋转方向和助力电流大小，从而完成实时控制助力转向。因此它可以实现随速助力功能，保证汽车在低速行驶时轻便灵活，高速行驶时稳定可靠。
现在助力电机分为有刷电机和无刷电机。一般的EPS正常工作需要的主要的条件：控制器的供电电源、点火信号、车速、发动机转速、转矩信号等。EPS与通讯常见的两种：硬线通讯、CAN通讯。一般诊断诊断模块通讯为CAN通讯。
EPS能节约燃料，提高主动安全性，且有利于环保，是一项紧扣现代汽车发展主题的新技术，有逐步取代传统液压动力转向（HPS）的趋势。
EPS的特点如下：1、EPS的助力大小可控。可通过设置不同的转向手力（驾驶员或操作人员施加在方向盘上的转向力）特性来满足不同使用对象的需要。2、EPS只在转向时电动机才提供助力，能提高燃料的经济性。3、EPS的质量更轻，结构更紧凑，在安装位置选择方面也更容易，并且能降低噪声。4、EPS没有液压回路，比HPS更容易调整和检测，装配自动化程度更高，且可以通过设置不同的程序，能快速与不同车型匹配，因而能缩短生产和开发周期。5、EPS不存在渗油问题，可大大降低保修成本，减小对环境的污染。
一个性能良好的EPS系统也是需要实车试验来对其性能进行验证的。但是EPS的实车试验具有一些明显的限制：其一，传统的实车道路试验方法耗资大、开发周期长、柔性差，难以测试汽车在不同工况下的控制效果。其二，某些试验，具有相当的危险性，需要专门的试驾人员。再者，试验对场地要求很苛刻，需要专门的汽车试验场地。
所以，开发一个EPS的硬件在环仿真测试装置就成为一种迫切需求。在本发明所提出的汽车电动助力转向系统仿真测试装置中，阻力伺服电机和电缸用于模拟车轮对转向输出轴的阻力，其扭矩型号传送到数据采集卡。计算机通过数据采集卡采集相关数据和发送相关信号，并通过数据的处理，得到测试结果，可在仿真环境下对EPS进行调试和性能测试。虽然，实用新型汽车电动助力转向系统仿真测试装置(申请号：200420065141.3)与发明专利电动助力转向试验台(申请号：200710056066.2)，分别采用了伺服电机以及电缸作为加载机构，但是所建立的实时仿真模型精度不高，不能实现虚拟试验场用于实时监测试验过程，并且未能集成轮胎的自回正力矩的功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种转向系统实时硬件在环仿真平台及试验方法，可以实现转向系统的原地转向轻便性测试、蛇形试验及稳态回转试验等，更方便应用于EPS的测试及研发。
一种转向系统实时硬件在环仿真平台，包括方向盘1、转角传感器2、EPS系统3、转向齿条4、PXI仿真系统5、电缸7、减速机构8、伺服电机9、伺服电机控制器10、工控机11、显示器12、直流稳压电源13、变速换挡装置14、油门踏板15。其中，
在方向盘1的下方设有转向管柱。在转向管柱的柱身上安装有转角传感器2。所述转向管柱的末端与转向齿条4的杆身相连。
转向齿条4的一端依次与电缸7、减速机构8、伺服电机9、伺服电机控制器10相连接。
PXI仿真系统5内含CAN通讯卡6和数据采集卡16。
转角传感器2的输出端经CAN通讯卡6与PXI仿真系统5相连接。所述PXI仿真系统5负责产生点火信号、车速信号、发动机转速信号以及转向阻力的转矩信号。伺服电机控制器10与PXI仿真系统5相连接。
变速换挡装置14与油门踏板15相连。油门踏板15的信号输出端经数据采集卡16与PXI仿真系统5相连接。PXI仿真系统5与工控机11直接相连，并双向通讯。
工控机11与显示器12、直流稳压电源13相连。所述工控机11内安装有Carsim软件，实时运行Carsim整车模型。工控机11对直流稳压电源发送电流电压指令信号。
在转向管柱和/或转向齿条4上安装有EPS系统3。所述EPS系统3负责驾驶员驾驶车辆进行转向操作时，提供相应的助力转矩。
EPS系统3与PXI仿真系统5相连接。
直流稳压电源13分别与转角传感器2、EPS系统3相连并供电。
参见图1，进一步说，EPS系统3包含1个转矩传感器、1个助力电机和1个EPS控制器。其中，转矩传感器分别与转向管柱、EPS控制器相连。助力电机分别与转向管柱、EPS控制器相连接。与转向管柱相连的助力电机负责模拟行车助力。EPS控制器与直流稳压电源13、PXI仿真系统5相连接。
参见图3，进一步说，EPS系统3包含1个转矩传感器、1个助力电机和1个EPS控制器。其中，转矩传感器分别与转向管柱、EPS控制器相连。助力电机分别与转向齿条4、EPS控制器相连接。与转向齿条4相连的助力电机负责模拟行车阻力。EPS控制器与直流稳压电源13、PXI仿真系统5相连接。
参见图5，进一步说，EPS系统3包含1个转矩传感器、2个助力电机和1个EPS控制器。其中，在转向管柱上设有1个转矩传感器和1个助力电机。与转向管柱相连的助力电机负责模拟行车助力。在转向齿条4上设有另1个助力电机。与转向齿条4相连的助力电机负责模拟行车阻力。安装在转向管柱上的转矩传感器、安装在转向管柱上的助力电机、安装在转向齿条4上的助力电机均与EPS控制器相连。EPS控制器与直流稳压电源13、PXI仿真系统5相连接。
进一步说，当助力电机为有刷电机时，数据采集卡16分别与EPS控制器的I/O口及伺服电机控制器10的I/O口连接。CAN通讯卡6与转角传感器2的输出端连接。
进一步说，当助力电机为无刷电机时，数据采集卡16分别与直流稳压电源13的I/O口、EPS控制器的I/O口及伺服电机控制器10的I/O口连接。所述直流稳压电源13为可编程电源。CAN通讯卡6分别与转角传感器2的输出端、EPS控制器的I/O口及伺服电机控制器10的I/O口连接。
进一步说，所述的伺服电机控制器10和PXI仿真系统5通过USB数据线相连接，用于伺服电机控制器10参数的写入。
所述的工控机11和PXI仿真系统5是通过双绞线连接在一起的。
由工控机11将人工设定的EPS控制器工作参数转换成一组模拟信号。
由油门踏板和变速换挡装置产生另一组模拟信号。
由工控机11产生的模拟信号、由油门踏板和变速换挡装置产生的模拟信号均经PXI仿真系统5传递至EPS控制器。
EPS控制器将接受到的模拟信号转换成相应的反馈信号，并输出。
进一步说，所述模拟信号包括有电源信号、点火信号、车速信号、发动机转速信号。
进一步说，转角传感器2的型号为LWS_5.3.31。PXI仿真系统5的型号为PXI-8196。CAN通讯卡6的型号为PCI-8512。电缸7的型号为PDZ-0C3F359B-2612。减速机构8的型号为减速比为16的PL120。伺服电机9的型号为MDME302。伺服电机控制器10的型号为MFDHTA390。直流稳压电源13的型号为PSI8040-1202U。数据采集卡16的型号为PCIe-6323。
采用本发明所述任一一种转向系统实时硬件在环仿真平台的试验方法，设置EPS控制器工作所需要的模拟信号。所述模拟信号通过数据采集输入输出设备直接或间接发送给所述EPS控制器。由EPS控制器输出相应的反馈信号。
进一步说，采用转向系统实时硬件在环仿真平台的试验方法，适用于管柱式助力转向系统或齿条式助力转向系统的在环仿真测控方法：
由伺服电机控制器来控制伺服电机，伺服电机再通过减速机构和电缸给EPS提供负载转矩，PXI仿真系统5，即PXI机箱通过数据采集卡PCIe-6323给伺服电机控制器输入伺服电机转矩信号指令，由安装在工控机即实时系统里运行的carsim软件的整车模型输出负载转矩信号。
由与转向齿条4相连的助力电机提供阻力，由与转向管柱相连的助力电机提供助力。
通过安装在工控机里的软件PANATERM对伺服控制器的参数进行写入，从而实现对伺服电机的控制。
由油门踏板和变速换挡装置共同产生车速信号，并将此信号通过数据采集卡发送到EPS控制器和carsim动力学模型里面。
PXI仿真系统5通过数据采集卡直接给EPS控制器提供车速信号、发动机转速信号、点火信号。
PXI仿真系统5通过PCI数据采集卡给稳压电源发出电压、电流信号指令，使稳压电源向EPS控制器和伺服电机控制器供电。
转角传感器输出转角信号通过CAN通讯卡、PXI仿真系统5输入到工控机。
工控机通过数据采集卡采集故障代码及故障指示灯信号来监测EPS的工作状态，并利用carsim软件的EPS模块建立整车的动力学模型。整车的动力学模型的方向盘转角信号，从转角传感器处获得。
通过整车的动力学模型计算出的车辆转向系统的路面阻力，并通过数据采集卡发送给伺服电机控制器，利用伺服电机和电缸来模拟阻力。
工控机通过分频技术计算出整车的动力学模型的，利用carsim中的实时动画模块实现车辆三维视角以及整车状态参数的实时显示，达成在环的测试功能。
本发明的有益效果是：
本发明通过EPS控制器对虚拟的整车模型来模拟真实车辆和行驶路况，并通过工控机实时系统将车辆运动过程中齿条两端受到的负载运用负载模拟装置来加载实现，这便于EPS控制器的开发和测试，同时做到了在实验室的环境下达到了实车测试的效果。
附图说明
图1为具有助力结构的本发明硬件结构原理图采用管柱式助力转向系统。
图2为管柱式助力转向系统原地转向轻便性关系曲线图。
图3为具有阻力结构的本发明硬件结构原理图采用齿条式助力转向系统。
图4为齿条式助力转向系统原地转向轻便性关系曲线图。
图5同时具有助力和阻力结构的本发明硬件结构原理图。
附图标记说明：
方向盘1、转角传感器2、EPS系统3、转向齿条4、PXI仿真系统5(PXI机箱5)、CAN通讯卡6、电缸7、减速机构8、伺服电机9、伺服电机控制器10、工控机11、显示器12、直流稳压电源13、变速换挡装置14、油门踏板15、数据采集卡16。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
如图1所示，一种转向系统实时硬件在环仿真平台，包括方向盘1、转角传感器2、EPS系统3、转向齿条4、PXI仿真系统5、电缸7、减速机构8、伺服电机9、伺服电机控制器10、工控机11、显示器12、直流稳压电源13、变速换挡装置14、油门踏板15。其中，
在方向盘1的下方设有转向管柱。在转向管柱的柱身上安装有转角传感器2。所述转向管柱的末端与转向齿条4的杆身相连。
转向齿条4的一端依次与电缸7、减速机构8、伺服电机9、伺服电机控制器10相连接。
PXI仿真系统5内含CAN通讯卡6和数据采集卡16。
转角传感器2的输出端经CAN通讯卡6与PXI仿真系统5相连接。所述PXI仿真系统5负责产生点火信号、车速信号、发动机转速信号以及转向阻力的转矩信号。伺服电机控制器10与PXI仿真系统5相连接。
变速换挡装置14与油门踏板15相连。油门踏板15的信号输出端经数据采集卡16与PXI仿真系统5相连接。PXI仿真系统5与工控机11直接相连，并双向通讯。
工控机11与显示器12相连。所述工控机11负责实时运行Carsim整车模型、对直流稳压电源发送电流电压指令信号。
在转向管柱和/或转向齿条4上安装有EPS系统3。所述EPS系统3负责驾驶员转向操作时，提供相应的助力转矩。
EPS系统3与PXI仿真系统5相连接。
直流稳压电源13分别与转角传感器2、EPS系统3相连并供电。
工控机为计算机、工作站或单片机等。
所述数据交换模块包括有数据采集卡16和CAN通讯卡6，用来实现兼顾硬线和CAN信号的通讯，在本实施例中，采用NI公司的数据采集卡PCIe-6323和CAN通讯卡PCI-8512。
数据采集卡PCIe-6323主要用来实现转矩信号采集、可编程直流稳压电源电压输出、车速信号的采集、伺服电机转矩转速信号采集和输出、EPS系统点火信号输出、EPS系统故障灯输出控制及整车车速、发动机转速等信号的输出等。
CAN卡PCI-8512用来转角传感器的采集通讯以及无刷EPS的CAN通讯，无刷EPS通过CAN卡实现工控机与EPS控制器之间的所有信号通讯，主要包括接收EPS单元工作参数、CAN转角传感器工作参数、模拟发送车速、发动机转速、ABS轮速、ABS车速、油门踏板、制动踏板等整车信号环境等。
PXI仿真系统5为一个PXI机箱，在PXI机箱内安装数据采集卡，经过软件的数据处理分析，通过数据采集卡采集相关数据和发送相关信号，并通过双绞线和工控机相连接同时将车辆运行的实时动画通过显示器显示结果，实现EPS控制器在不同工况下的硬件在环测试。
转角传感器提供方向盘的转角，在本实施例中，采用博世LWS_5.3.31，为CAN信号输出。
转向管住、转矩传感器及助力转向器共同构成待测试的转向系统。
电缸、伺服电机及伺服电机控制器共同构成负载模拟装置。
本实施例选用松下的伺服电机控制器和伺服电机，型号分别为MFDHTA390、MDME302。电缸所能提供的最大负载为12000N，减速机构选用减速比为16的PL120标准型精密行星减速机。
EPS系统3通过固定装置固定于地基上。
所述稳压电源为可编程直流稳压电源。
所述的电缸的一端和伺服电机是连接在一起的，电缸的另一端和待测转向系统的齿条连接在一起的。
所述转角传感器设置于所述方向盘与所述待测试的EPS之间。
所述稳压电源的输出端与所述待测试的EPS和伺服电机控制器电连接。
所述数据采集输入输出设备分别与所述转角传感器、所述EPS控制器及所述工控机连接。
所述的稳压电源为EPS控制器和伺服电机控制器供电，伺服电机控制器除了需要220V的交流电作为其主电源之外还需要12V的直流电作为伺服接通控制电源。
所述助力电机为有刷电机时，所述数据采集卡分别与所述可编程直流稳压电源的I/O口、所述EPS控制器的I/O口及所述伺服电机控制器的I/O口连接。
所述CAN通讯卡与所述转角传感器的输出端连接。
所述助力电机为无刷电机时，所述数据采集卡分别与所述可编程直流稳压电源的I/O口、所述EPS控制器的I/O口及所述伺服电机控制器的I/O口连接。
所述CAN通讯卡分别与所述转角传感器的输出端、所述EPS控制器的I/O口及所述伺服电机控制器的I/O口连接。
所述的伺服电机控制器和工控机通过USB数据线相连接，用于伺服电机控制器参数的写入。
本发明还提供一种转向系统实时硬件在环仿真试验方法，
设置EPS控制器工作所需要的模拟信号。
所述模拟信号通过数据采集输入输出设备直接或间接发送给所述EPS控制器。
所述EPS控制器输出相应的反馈信号。
所述硬件在环仿真试验方法包括有原地转向轻便性试验方法、蛇形试验方法、稳态回转试验方法。
所述模拟信号包括有电源信号、点火信号、车速信号、发动机转速信号。
本申请的模拟信号是通过虚拟仪器技术产生的，虚拟仪器技术virtualinstrument是基于计算机的仪器，其以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。目前应用较为广泛的虚拟仪器技术是NI公司的LabVIEW。
LabVIEWLaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench是一种用图标代替文本语言创建应用程序的图形化编程语言G语言，传统文本编程语言程序执行顺序依照语句和指令的先后进行，而LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定程序的执行顺序。LabVIEW提供外观与传统仪器如示波器、万用表类似的控件方便地创建用户界面。使用仪器图标、连线以及相应的逻辑图形模块就可以实现对虚拟仪器对象的控制。LabVIEW软件是NI设计平台的核心，其开发环境集成了快速构建各种应用所需的工具，是开发测量或控制系统的理想选择。
环境仿真是通过carsim软件来实现的。
在EPS硬件在环仿真平台的性能测试试验中，是在PXI机箱内运行NI公司开发的LabVIEW-RT系统，该系统在工控机WindowsXP操作界面上运行LabVIEW软件环境，实现硬件的在线控制、信号的实时采集处理以及曲线的显示等。在硬件在环仿真测试中，在carsim软件内设置不同的整车参数和试验工况，采用LabVIEW与车辆动力学软件carsim相结合的联合仿真开发手段。
利用软件LabVIEW及信号采集卡和CAN通讯卡可以采集并监控EPS的工作状态。也可利用软件的信号发生模块模拟车速、发动机转速以及点火信号工作所需的信号，注入EPS控制器。利用动力学carsim软件建立整车模型，通过LabVIEW软件与carsim软件的通信，将测控台EPS的操作输入到虚拟整车模型，而虚拟整车模型将路感负载反馈给伺服电机并通过电缸加注到EPS总成，形成硬件在环仿真。
管柱式助力转向系统硬件在环仿真测控方法，如图1所示，伺服电机控制器来控制伺服电机，伺服电机再通过减速机构和电缸给EPS提供负载转矩，PXI机箱通过数据采集卡PCIe-6323给伺服电机控制器输入伺服电机转矩信号指令，负载转矩信号由在实时系统里运行的carsim软件的整车模型输出，在转动方向盘时负载模拟装置提供的是阻力，在方向盘回位时，负载模拟装置提供的是助力。需要说明的是硬件在环仿真下的伺服电机通过松下提供的操作软件PANATERM来对伺服控制器的参数进行写入，通过参数设置将其调至转矩内部速度控制模式。
车速信号由油门踏板和变速换挡装置共同产生，并将此信号通过数据采集卡发送到EPS控制器和carsim动力学模型里面。
PXI机箱通过数据采集卡直接给EPS控制器提供EPS正常工作所需的车速信号、发动机转速信号、点火信号。
通过PCI数据采集卡给可编程稳压电源发出电压、电流信号指令，使其给EPS控制器和伺服电机控制器供电。
转角传感器输出转角信号通过CAN通讯卡输入到PXI机箱，提供给整车的模型。
工控机通过数据采集卡采集故障代码及故障指示灯信号来监测EPS的工作状态。
利用carsim软件的EPS模块建立整车的动力学模型，该模型的方向盘转角信号，从测控台的转角传感器获得。具体实现是转角传感器输出的转角信号通过CAN通讯卡采集到PXI机箱内并提供给整车模型使用。同时，整车模型计算出的转向系统的路面阻力通过数据采集卡发送给伺服电机控制器，利用伺服电机和电缸来模拟阻力。车速信号由油门踏板和变速换挡装置产生并通过数据采集卡发送给EPS控制器和carsim整车模型。达成最终硬件在环的测试功能。
整车模型的整个计算过程通过分频技术，利用carsim中的实时动画模块实现车辆三维视角以及整车状态参数的实时显示。
原地转向轻便性试验，蛇形试验、稳态回转试验，只需要根据不同的试验条件在carsim里面设定不同的整车运行工况即可。其中原地转向轻便性试验主要是想得到在有无助力的情况下转向盘转角和转矩的关系曲线。蛇形试验主要是想得到车辆的侧向加速度和转向盘转矩的关系曲线。稳态回转试验主要是想得到车身侧倾角与侧向加速度的关系。其中原地转向轻便性试验关系曲线如图2所示。
齿条式助力转向系统硬件在环仿真测控方法，如图3所示，其原理和管柱式助力硬件在环仿真测控方法一样。其中原地转向轻便性试验关系曲线如图4所示。
有刷助力电机EPS和无刷助力电机EPS的硬件在环仿真试验的方法是一样的，区别在于有刷电机EPS与实时系统的信号传输通过PCI数据采集卡，无刷电机EPS与实时系统的信号传输通过CAN卡来完成，两者的基本原理一样。
参见图5，本发明还能适用小齿轮式助力转向系统和双小齿轮式助力转向系统，它们的区别就是EPS系统3中的转矩传感器、助力电机和EPS控制器安装位置不同(管柱助力式、齿条助力式、小齿轮助力式以及双小齿轮式是目前最常见的电动助力形式，不需单独说明)。
针对图5所示结构的测试方法：在carsim软件里面设定所需要试验的工况，试验人员操作方向盘、油门踏板和变速换挡装置，转角传感器将信号发送给carsim里面的整车模型，整车模型得到的转向阻力发送给伺服电机控制器，伺服电机控制器来控制伺服电机，伺服电机再通过减速机构和电缸给EPS提供负载转矩，PXI机箱通过数据采集卡PCIe-6323给伺服电机控制器输入伺服电机转矩信号指令，在转动方向盘时负载模拟装置提供的是阻力，在方向盘回位时，负载模拟装置提供的是助力。需要说明的是硬件在环仿真下的伺服电机通过松下提供的操作软件PANATERM来对伺服控制器的参数进行写入，通过参数设置将其调至转矩内部速度控制模式。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (10)
1.一种转向系统实时硬件在环仿真平台，其特征在于：包括方向盘（1）、转角传感器（2）、EPS系统（3）、转向齿条（4）、PXI仿真系统（5）、电缸（7）、减速机构（8）、伺服电机（9）、伺服电机控制器（10）、工控机（11）、显示器（12）、直流稳压电源（13）、变速换挡装置（14）、油门踏板（15）；其中，
在方向盘（1）的下方设有转向管柱；在转向管柱的柱身上安装有转角传感器（2）；所述转向管柱的末端与转向齿条（4）的杆身相连；
转向齿条（4）的一端依次与电缸（7）、减速机构（8）、伺服电机（9）、伺服电机控制器（10）相连接；
PXI仿真系统（5）内含CAN通讯卡（6）和数据采集卡（16）；
转角传感器（2）的输出端经CAN通讯卡（6）与PXI仿真系统（5）相连接；所述PXI仿真系统（5）负责产生点火信号、车速信号、发动机转速信号以及转向阻力的转矩信号；伺服电机控制器（10）与PXI仿真系统（5）相连接；
变速换挡装置（14）与油门踏板（15）相连；油门踏板（15）的信号输出端经数据采集卡（16）与PXI仿真系统（5）相连接；PXI仿真系统（5）与工控机（11）直接相连，并双向通讯；
工控机（11）与显示器（12）、直流稳压电源（13）相连；所述工控机（11）对直流稳压电源（13）发送电流电压指令信号；
在转向管柱和/或转向齿条（4）上安装有EPS系统（3）；
EPS系统（3）与PXI仿真系统（5）相连接；
直流稳压电源（13）分别与转角传感器（2）、EPS系统（3）相连并供电。
2.根据权利要求1所述的一种转向系统实时硬件在环仿真平台，其特征在于：EPS系统（3）包含1个转矩传感器、1个助力电机和1个EPS控制器；其中，转矩传感器分别与转向管柱、EPS控制器相连；助力电机分别与转向管柱、EPS控制器相连接；与转向管柱相连的助力电机负责模拟行车助力；EPS控制器与直流稳压电源（13）、PXI仿真系统（5）相连接。
3.根据权利要求1所述的一种转向系统实时硬件在环仿真平台，其特征在于：EPS系统（3）包含1个转矩传感器、1个助力电机和1个EPS控制器；其中，转矩传感器分别与转向管柱、EPS控制器相连；助力电机分别与转向齿条（4）、EPS控制器相连接；与转向齿条（4）相连的助力电机负责模拟行车阻力；EPS控制器与直流稳压电源（13）、PXI仿真系统（5）相连接。
4.根据权利要求1所述的一种转向系统实时硬件在环仿真平台，其特征在于：EPS系统（3）包含1个转矩传感器、2个助力电机和1个EPS控制器；其中，在转向管柱上设有1个转矩传感器和1个助力电机；与转向管柱相连的助力电机负责模拟行车助力；在转向齿条（4）上设有另1个助力电机；与转向齿条（4）相连的助力电机负责模拟行车阻力；安装在转向管柱上的转矩传感器、安装在转向管柱上的助力电机、安装在转向齿条（4）上的助力电机均与EPS控制器相连；EPS控制器与直流稳压电源（13）、PXI仿真系统（5）相连接。
5.根据权利要求2至4所述任一一种转向系统实时硬件在环仿真平台，其特征在于:当助力电机为有刷电机时，数据采集卡（16）分别与EPS控制器的I/O口及伺服电机控制器（10）的I/O口连接；CAN通讯卡（6）与转角传感器（2）的输出端连接。
6.根据权利要求2至4所述任一一种转向系统实时硬件在环仿真平台，其特征在于：当助力电机为无刷电机时，数据采集卡（16）分别与直流稳压电源（13）的I/O口、EPS控制器的I/O口及伺服电机控制器（10）的I/O口连接；所述直流稳压电源（13）为可编程电源；CAN通讯卡（6）分别与转角传感器（2）的输出端、EPS控制器的I/O口及伺服电机控制器（10）的I/O口连接。
7.根据权利要求2至4所述任一一种转向系统实时硬件在环仿真平台，其特征在于：所述的伺服电机控制器（10）和PXI仿真系统(5)通过USB数据线相连接，用于伺服电机控制器（10）参数的写入；所述的工控机（11）和PXI仿真系统（5）是通过双绞线连接在一起的；由工控机（11）将人工设定的EPS控制器工作参数转换成一组模拟信号；由油门踏板和变速换挡装置产生另一组模拟信号；由工控机（11）产生的模拟信号、由油门踏板和变速换挡装置产生的模拟信号均经PXI仿真系统（5）传递至EPS控制器；EPS控制器将接受到的模拟信号转换成相应的反馈信号，并输出。
8.根据权利要求2至4所述任一一种转向系统实时硬件在环仿真平台，其特征在于：所述模拟信号包括有电源信号、点火信号、车速信号、发动机转速信号；转角传感器（2）的型号为LWS_5.3.31；PXI仿真系统（5）的型号为PXI-8196；CAN通讯卡（6）的型号为PCI-8512；电缸（7）的型号为PDZ-0C3F359B-2612；减速机构（8）的型号为减速比为16的PL120；伺服电机（9）的型号为MDME302；伺服电机控制器（10）的型号为MFDHTA390；直流稳压电源（13）的型号为PSI8040-1202U；数据采集卡（16）的型号为PCIe-6323。
9.采用权利要求1至8所述任一一种转向系统实时硬件在环仿真平台的试验方法，其特征在于：设置EPS控制器工作所需要的模拟信号；所述模拟信号通过数据采集输入输出设备直接或间接发送给所述EPS控制器；由EPS控制器输出相应的反馈信号。
10.如权利要求9所述采用转向系统实时硬件在环仿真平台的试验方法，其特征在于：适用于管柱式助力转向系统或齿条式助力转向系统的在环仿真测控方法：
由伺服电机控制器来控制伺服电机，伺服电机再通过减速机构和电缸给EPS提供负载转矩，PXI仿真系统（5）通过数据采集卡PCIe-6323给伺服电机控制器输入伺服电机转矩信号指令，由安装在工控机里运行的carsim软件的整车模型输出负载转矩信号；
由与转向齿条（4）相连的助力电机提供阻力，由与转向管柱相连的助力电机提供助力；
通过安装在工控机里的软件PANATERM对伺服控制器的参数进行写入，从而实现对伺服电机的控制；
由油门踏板和变速换挡装置共同产生车速信号，并将此信号通过数据采集卡发送到EPS控制器和carsim动力学模型里面；
PXI仿真系统（5）通过数据采集卡直接给EPS控制器提供车速信号、发动机转速信号、点火信号；
PXI仿真系统（5）通过PCI数据采集卡给稳压电源发出电压、电流信号指令，使稳压电源向EPS控制器和伺服电机控制器供电；
转角传感器输出转角信号通过CAN通讯卡、PXI仿真系统（5）输入到工控机；
工控机通过数据采集卡采集故障代码及故障指示灯信号来监测EPS的工作状态，并利用carsim软件的EPS模块建立整车的动力学模型；整车的动力学模型的方向盘转角信号，从转角传感器处获得；
通过整车的动力学模型计算出的车辆转向系统的路面阻力，并通过数据采集卡发送给伺服电机控制器，利用伺服电机和电缸来模拟阻力；
工控机通过分频技术计算出整车的动力学模型的，利用carsim中的实时动画模块实现车辆三维视角以及整车状态参数的实时显示，达成在环的测试功能。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510996371.4A CN105652688A (zh) | 2015-12-25 | 2015-12-25 | 一种转向系统实时硬件在环仿真平台及试验方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510996371.4A CN105652688A (zh) | 2015-12-25 | 2015-12-25 | 一种转向系统实时硬件在环仿真平台及试验方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105652688A true CN105652688A (zh) | 2016-06-08 |
Family
ID=56477794
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510996371.4A Pending CN105652688A (zh) | 2015-12-25 | 2015-12-25 | 一种转向系统实时硬件在环仿真平台及试验方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105652688A (zh) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106054782A (zh) * | 2016-08-05 | 2016-10-26 | 太仓宏光自控电器设备有限公司 | 一种列车用电设备能耗数据采集分析系统 |
| CN106292333A (zh) * | 2016-09-13 | 2017-01-04 | 浙江吉利控股集团有限公司 | Esc硬件在环测试系统及esc硬件在环测试方法 |
| CN106527400A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-03-22 | 合肥工业大学 | 一种车身电子稳定系统实时硬件在环仿真平台及仿真方法 |
| CN106706345A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-05-24 | 合肥工业大学 | 一种线控转向系统路感模拟硬件在环仿真平台及仿真方法 |
| CN106774263A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-31 | 海特汽车科技（苏州）有限公司 | 一种eps控制器测试系统装置 |
| CN107065818A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-08-18 | 海特汽车科技（苏州）有限公司 | 一种eps控制器诊断仪 |
| CN107402138A (zh) * | 2017-06-26 | 2017-11-28 | 吉利汽车研究院（宁波）有限公司 | 电动助力转向装置的测试系统及方法 |
| CN107943004A (zh) * | 2017-12-06 | 2018-04-20 | 北京交通大学 | 拖拉机动力换挡控制器的测试系统 |
| CN110058532A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-07-26 | 合肥工业大学 | 一种智能汽车底盘纵横向集成控制实验平台及其实验方法 |
| CN110161876A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-08-23 | 南京航空航天大学 | 一种电动助力制动系统制动踏板反馈的优化方法 |
| CN111474865A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-07-31 | 北京经纬恒润科技有限公司 | 智能车载终端控制器休眠唤醒测试系统 |
| CN111781910A (zh) * | 2020-06-16 | 2020-10-16 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种基于汽车电子换挡系统的自动化测试装置 |
| CN112270040A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-01-26 | 杭州世宝汽车方向机有限公司 | 一种基于主动容错的c-eps控制策略硬件在环仿真开发平台 |
| CN113341937A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-09-03 | 安徽江淮汽车集团股份有限公司 | 用于电子换挡系统硬件在环测试的信号注入方法 |
| CN115246412A (zh) * | 2021-02-01 | 2022-10-28 | 辽宁省交通高等专科学校 | 一种新能源汽车数字化模拟动态展示系统及装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1595091A (zh) * | 2004-06-29 | 2005-03-16 | 华中科技大学 | 汽车电动助力转向系统仿真测试装置 |
| CN101393081A (zh) * | 2007-09-12 | 2009-03-25 | 中国第一汽车集团公司 | 电动助力转向试验台 |
| CN101699224A (zh) * | 2009-10-19 | 2010-04-28 | 中国汽车技术研究中心 | 基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测试系统 |
| CN102114867A (zh) * | 2009-12-30 | 2011-07-06 | 上海汽车集团股份有限公司 | 电动助力转向系统及其电动和/或电动液压式转向系统 |
| CN103345163A (zh) * | 2013-07-11 | 2013-10-09 | 哈尔滨工业大学 | 基于半实物仿真的电池管理系统性能测试平台及测试方法 |
| CN105136486A (zh) * | 2015-09-23 | 2015-12-09 | 安徽江淮汽车股份有限公司 | 一种电动助力转向系统综合性能测控台及测控方法 |
-
2015
- 2015-12-25 CN CN201510996371.4A patent/CN105652688A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1595091A (zh) * | 2004-06-29 | 2005-03-16 | 华中科技大学 | 汽车电动助力转向系统仿真测试装置 |
| CN101393081A (zh) * | 2007-09-12 | 2009-03-25 | 中国第一汽车集团公司 | 电动助力转向试验台 |
| CN101699224A (zh) * | 2009-10-19 | 2010-04-28 | 中国汽车技术研究中心 | 基于LabVIEW和PXI的汽车数字仪表测试系统 |
| CN102114867A (zh) * | 2009-12-30 | 2011-07-06 | 上海汽车集团股份有限公司 | 电动助力转向系统及其电动和/或电动液压式转向系统 |
| CN103345163A (zh) * | 2013-07-11 | 2013-10-09 | 哈尔滨工业大学 | 基于半实物仿真的电池管理系统性能测试平台及测试方法 |
| CN105136486A (zh) * | 2015-09-23 | 2015-12-09 | 安徽江淮汽车股份有限公司 | 一种电动助力转向系统综合性能测控台及测控方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张玉洁: "基于CarSim的电动助力转向系统仿真与硬件在环验证", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技II辑》 * |
| 彭忆强: "《汽车电子及控制技术基础》", 31 July 2014 * |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106054782A (zh) * | 2016-08-05 | 2016-10-26 | 太仓宏光自控电器设备有限公司 | 一种列车用电设备能耗数据采集分析系统 |
| CN106292333A (zh) * | 2016-09-13 | 2017-01-04 | 浙江吉利控股集团有限公司 | Esc硬件在环测试系统及esc硬件在环测试方法 |
| CN106527400A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-03-22 | 合肥工业大学 | 一种车身电子稳定系统实时硬件在环仿真平台及仿真方法 |
| CN106706345A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-05-24 | 合肥工业大学 | 一种线控转向系统路感模拟硬件在环仿真平台及仿真方法 |
| CN106774263A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-31 | 海特汽车科技（苏州）有限公司 | 一种eps控制器测试系统装置 |
| CN107065818A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-08-18 | 海特汽车科技（苏州）有限公司 | 一种eps控制器诊断仪 |
| CN107402138A (zh) * | 2017-06-26 | 2017-11-28 | 吉利汽车研究院（宁波）有限公司 | 电动助力转向装置的测试系统及方法 |
| CN107402138B (zh) * | 2017-06-26 | 2019-07-26 | 吉利汽车研究院（宁波）有限公司 | 电动助力转向装置的测试系统及方法 |
| CN107943004B (zh) * | 2017-12-06 | 2019-12-06 | 北京交通大学 | 拖拉机动力换挡控制器的测试系统 |
| CN107943004A (zh) * | 2017-12-06 | 2018-04-20 | 北京交通大学 | 拖拉机动力换挡控制器的测试系统 |
| CN110058532A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-07-26 | 合肥工业大学 | 一种智能汽车底盘纵横向集成控制实验平台及其实验方法 |
| CN110161876A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-08-23 | 南京航空航天大学 | 一种电动助力制动系统制动踏板反馈的优化方法 |
| CN111474865A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-07-31 | 北京经纬恒润科技有限公司 | 智能车载终端控制器休眠唤醒测试系统 |
| CN111474865B (zh) * | 2020-03-31 | 2024-03-12 | 北京经纬恒润科技股份有限公司 | 智能车载终端控制器休眠唤醒测试系统 |
| CN111781910A (zh) * | 2020-06-16 | 2020-10-16 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种基于汽车电子换挡系统的自动化测试装置 |
| CN112270040A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-01-26 | 杭州世宝汽车方向机有限公司 | 一种基于主动容错的c-eps控制策略硬件在环仿真开发平台 |
| CN112270040B (zh) * | 2020-10-23 | 2023-09-19 | 杭州世宝汽车方向机有限公司 | 一种基于主动容错的c-eps控制策略硬件在环仿真开发平台 |
| CN115246412A (zh) * | 2021-02-01 | 2022-10-28 | 辽宁省交通高等专科学校 | 一种新能源汽车数字化模拟动态展示系统及装置 |
| CN115246412B (zh) * | 2021-02-01 | 2024-05-24 | 辽宁省交通高等专科学校 | 一种新能源汽车数字化模拟动态展示系统及装置 |
| CN113341937A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-09-03 | 安徽江淮汽车集团股份有限公司 | 用于电子换挡系统硬件在环测试的信号注入方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105652688A (zh) | 一种转向系统实时硬件在环仿真平台及试验方法 | |
| CN103792098B (zh) | 汽车电动助力转向系统综合性能试验台 | |
| US10489993B2 (en) | Emulator hardware-in-loop architecture and control logic for vehicle steer-by-wire test system | |
| CN103308325B (zh) | 电动汽车驱动系统半实物仿真平台 | |
| CN101393081B (zh) | 电动助力转向试验台 | |
| CN105136486A (zh) | 一种电动助力转向系统综合性能测控台及测控方法 | |
| Lee et al. | Development of a hardware in the loop simulation system for electric power steering in vehicles | |
| CN111896269B (zh) | 一种电机台架测试方法及系统 | |
| CN206258262U (zh) | 一种电动助力转向装置总成性能试验台 | |
| CN106706345A (zh) | 一种线控转向系统路感模拟硬件在环仿真平台及仿真方法 | |
| CN203116978U (zh) | 电动助力转向系统硬件在环测试实验台 | |
| CN201163239Y (zh) | 电动助力转向试验台 | |
| CN203745211U (zh) | 转向系统试验台 | |
| CN103838232A (zh) | 汽车底盘多ecu协调控制试验台 | |
| CN202420846U (zh) | 一种汽车换档系统性能测试装置 | |
| CN111208801B (zh) | 汽车线控转向系统经济型硬件在环平台及测试方法 | |
| CN102435948A (zh) | 一种动负荷模拟测试仪及模拟测试方法 | |
| CN103217285A (zh) | 一种汽车换档系统性能测试装置及测试方法 | |
| CN103645046B (zh) | 中央回转接头性能试验检测方法、装置 | |
| CN206399671U (zh) | 一种汽车线控转向道路阻力模拟实验台 | |
| CN103135545A (zh) | 一种自动变速器控制器半实物仿真测试系统 | |
| CN103353404A (zh) | 一种汽车线控转向路面阻力模拟试验台 | |
| CN100465826C (zh) | 汽车自动变速器电控单元仿真试验台 | |
| CN206400349U (zh) | 一种适用于汽车线控转向的硬件在环试验台 | |
| CN201673404U (zh) | 一种汽车电子控制系统的测试设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhao Linfeng Inventor after: Chen Wuwei Inventor after: Jiang Wuhua Inventor after: Wang Qidong Inventor after: Huang He Inventor after: Wang Huiran Inventor after: Luo Jialiang Inventor after: Yuan Lei Inventor before: Huang He Inventor before: Zhao Linfeng Inventor before: Chen Wuwei Inventor before: Jiang Wuhua Inventor before: Wang Qidong Inventor before: Wang Huiran Inventor before: Luo Jialiang Inventor before: Yuan Lei |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160608 |