CN202024896U - 闭环式汽车转向系统阻力矩模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种闭环式汽车转向系统阻力矩模拟装置，包括试验台座、测控系统和设置于试验台座的汽车转向系统及转向阻力矩加载系统；本实用新型采用闭环的测控系统，使转向系统、加载系统和测控系统之间互相协同，能够保证实验过程中加载力及力矩具有足够的精确性，且实现动态实时跟踪，有效的模拟实际情况下转向系统的受力状况；由于采用直接的闭环数据检测和自动控制，排除由于加工误差和安装误差所导致的转向系统运动副之间的间隙对转向系统试验造成的不利影响，利于完成转向系统在模拟实际运行状态条件下的综合性能测试；并且，本实用新型相对与现有技术的试验台架来说，具有结构简单、操作简便的优点。

Description

闭环式汽车转向系统阻力矩模拟装置

技术领域

本实用新型涉及一种对汽车部件进行测试的试验系统，特别涉及一种对汽车助力转向性能进行综合性能测试的试验系统。 

背景技术

在汽车行驶的过程中，汽车转向系统的受力状况对整车的操纵稳定性影响很大，要对整车的操纵稳定性进行测试和评价，必须对汽车转向系统的实际受力情况进行深入的研究。研究整车转向系统受力状况一般有两种方法：实车试验法和台架试验法。但是由于实车试验需要耗费大量的成本且试验的重复性较差，所以使用台架试验来模拟汽车行驶过程中的转向力矩是一种较好的选择。 

现有技术中，转向力矩模拟实验装置均不能够精确且实时的模拟汽车实际行驶工况下转向系统的阻力矩和回正力矩，具体如下： 

1、现有的转向阻力矩的加载系统(如：专利号为200720044965.6的实用新型专利)均为假定在一定附着系数的路面上或者在某几种附着系数的路面上行驶，没有考虑到汽车行驶过程中(能够)路面附着系数的变化对转向阻力的影响，没有能够对实际的路面附着系数进行实时的辨识，这就使的模拟装置中所采用的汽车行驶路面与真实路面状况不符。 

2、现有的转向阻力模拟装置对于转向阻力矩的加载方法中多采用弹簧、液压缸等进行加载，装置设计的过于简单，精度较低，不能够模拟真实情况下汽车的转向阻力。 

3、为解决低2点中的技术问题，出现了一种较为完整的以车辆动力学模型为基础，通过控制电动缸(直线电机)来给齿条施加相应的阻力(国家实用新型专利200720094337.6)，但是却没有对实际施加在转向系统上的力和力矩进行 反馈，使阻力加载系统是一个开环的系统，不能对所加载的转向阻力有足够的精确性和实时跟踪性，因此不能够有效的模拟实际情况下转向系统所受的阻力。 

4、现有的转向阻力矩模拟装置中一般都将转向齿条到左右前轮传动比看为一个定值，但传动比是一个随齿条的运动位置的变化而不断变化的值。所以当转向盘转过较大的角度，而此时齿条的位置偏离转向盘位于中间位置较远时，利用定传动比计算出来的转向阻力与实际值相差较大。 

5、转向阻力计算中没有考虑由于加工误差和安装误差所造成的转向系统运动副之间的间隙对转向系统的影响，所以得到的转向系统的动态响应特性与实车试验状态下转向系统的动态响应相比存在一定的偏差。 

因此，需要对现有的汽车转向力矩模拟装置进行改进，使实验过程中对转向力矩的加载具有足够的精确性，且实现动态实时跟踪，有效的模拟实际情况下转向系统的受力状况。 

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种闭环式汽车转向系统阻力矩模拟装置，使实验过程中对转向力矩的加载具有足够的精确性，且实现动态实时跟踪，有效的模拟实际情况下转向系统的受力状况。 

本实用新型的闭环式汽车转向系统阻力矩模拟装置，包括试验台座、汽车转向系统、转向阻力矩加载系统和测控系统； 

所述汽车转向系统和转向阻力矩加载系统设置于试验台座上； 

汽车转向系统包括转向盘和依次传动连接于转向盘的转向柱、转向中间轴以及转向器，所述中间转向轴两端分别通过对应的万向节传动连接于转向柱和转向器； 

转向阻力矩加载系统为向转向器提供转向阻力的加载动力设备； 

所述自动测控系统包括： 

矩转角传感器I，设置于转向柱用于采集转向柱在转向盘作用下的转矩转角数据； 

转矩转角传感器II，设置于转向器用于检测转向器转矩转角数据； 

线位移传感器，用于检测转向器转动的线位移； 

拉压力传感器，用于检测加载动力设备对转向器施加的的正反向阻力； 

自动控制单元，用于接收转矩转角传感器I、转矩转角传感器II、线位移传感器、拉压力传感器的数据信号并根据该信号向加载动力设备的控制电路发出命令信号。 

进一步，所述自动控制单元为工控机； 

进一步，所述汽车转向系统设有电动助力系统，所述电动助力系统包括： 

助力电机，用于驱动转向柱进行助力转动； 

ECU，接收转矩转角传感器I的转角转矩数据并向助力电机发出命令信号，同时接收助力电机反馈信号； 

所述自动控制单元与ECU互传数据信号； 

进一步，所述转向器包括齿轮和与齿轮啮合的齿条，所述齿轮的齿轮轴与中间转向轴通过万向节传动连接；所述加载动力设备设置有直线动力输出端且与齿条通过拉压力传感器直线传动配合；所述转矩转角传感器II设置于齿轮轴上用于采集齿轮轴的转矩和转角； 

进一步，所述助力电机的动力输出端通过蜗轮蜗杆副驱动转向柱助力转动； 

进一步，所述加载动力设备为直线电机，所述工控机的命令信号发送至直线电机的控制电路并实现对直线电机的控制。 

本实用新型的有益效果：本实用新型的闭环式汽车转向系统阻力矩模拟装置，采用闭环的测控系统，使转向系统、加载系统和测控系统之间互相协同，能够保证实验过程中加载力及力矩具有足够的精确性，且实现动态实时跟踪，有效的模拟实际情况下转向系统的受力状况；由于采用直接的闭环数据检测和自动控制，排除由于加工误差和安装误差所导致的转向系统运动副之间的间隙对转向系统试验造成的不利影响，利于完成转向系统在模拟实际运行状态条件下的综合性能测试；并且，本实用新型相对与现有技术的试验台架来说，具有结构简单、操作简便的优点。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。 

附图1为本实用新型结构原理示意图。 

具体实施方式

附图1为本实用新型结构原理示意图，如图所示，本实施例的闭环式汽车转向系统阻力矩模拟装置，包括试验台座13、汽车转向系统、转向阻力矩加载系统和测控系统； 

如图所示，所述汽车转向系统和转向阻力矩加载系统设置于试验台座13上； 

汽车转向系统包括转向盘1和依次传动连接于转向盘1的转向柱2、转向中间轴5以及转向器，所述中间转向轴5两端分别通过对应的万向节传动连接于转向柱2和转向器；本实施例采用十字轴万向节连接； 

转向阻力矩加载系统为向转向器提供转向阻力的加载动力设备15；该加载动力设备15可以为现有技术能够实现对转向器加载提供转向阻力的任何动力设备，均能实现本实用新型的目的；加载动力设备设置有控制电路12； 

所述自动测控系统包括： 

矩转角传感器I 3，设置于转向柱2用于采集转向柱2在转向盘1作用下的转矩转角数据；根据转向柱2的扭矩和转角，得到转向盘的转动参数； 

转矩转角传感器II7，设置于转向器用于检测转向器转矩转角数据；也就是转向器最终反应的转矩和转角； 

线位移传感器9，用于检测转向器转动的线位移；线位移设置位置能够保证测得转向器的最终线位移； 

拉压力传感器16，用于检测加载动力设备对转向器施加的的正反向阻力；一般设置于加载动力设备15与转向器之间，测得直接阻力； 

自动控制单元14，用于接收转矩转角传感器I 3、转矩转角传感器II7、线位移传感器9、拉压力传感器16的数据信号并根据该信号向加载动力设备15的控制电路12发出命令信号。 

本实施例中，所述自动控制单元14为工控机； 

本实施例中，所述汽车转向系统设有电动助力系统，所述电动助力系统包括： 

助力电机10，用于驱动转向柱2进行助力转动； 

ECU11，接收转矩转角传感器I 3的转角转矩数据并向助力电机10发出命令信号，同时接收助力电机10反馈信号； 

所述自动控制单元14与ECU11互传数据信号； 

设置电控助力系统，利于完成转向系统在模拟实际运行状态条件下的电动助力状态下的综合性能测试。 

本实施例中，所述转向器包括齿轮17和与齿轮17啮合的齿条8，所述齿轮17的齿轮轴6与中间转向轴5通过万向节传动连接；所述加载动力设备15设置有直线动力输出端且与齿条8通过拉压力传感器16直线传动配合；所述转矩转角传感器II7设置于齿轮轴6上用于采集齿轮轴6的转矩和转角；齿轮齿条结构的转向器，结构简单紧凑，反应灵敏，制作成本低；通过采集齿轮轴的转矩和转角，得出齿轮的转角和输入转向器的转矩。 

本实施例中，所述助力电机10的动力输出端通过蜗轮蜗杆副4驱动转向柱2助力转动； 

本实施例中，所述加载动力设备15为直线电机，所述工控机的命令信号发送至直线电机的控制电路并实现对直线电机的控制；所述工控机14的命令信号发送至直线电机驱动器从而实现对直线电机的控制，具有控制精度高、操作简单的优点。 

如图所示，拉压力传感器16位于齿条8与直线电机的动力输出轴的中间，可通过螺纹与齿条8和直线电机动力输出轴相联接，用于检测转向阻力加载系统对齿条8施加的拉力或压力；而直线位移传感器9用于测量齿条8的直线位移，；工控机接收转矩转角传感器I 3、转矩转角传感器II7、拉压力传感器16和直线位移传感器9的信号，并经过低通滤波处理和相位补偿后，根据这些信号通过编写的软件计算出转向系统的受力状况并产生控制信号，进而发送给转向力矩加载系统，同时采集拉压力传感器16信号确定转向力矩的加载情况是否 达到预期，从而实现闭环控制；上述过程中，如果设有电动助力系统，则工控机同时通过ECU采集电动助力情况并发出电动助力命令；转向阻力矩的模拟和控制中考虑了路面附着系数、转向系统传动比、转向系统各个运动副间隙等实际因素的影响，实时的跟踪转向系统的受力状况，避免了一般的模拟装置中转向阻力与实际值相差较大，不能完全真实情况的问题；图中虚线为数据信号和命令信号传输线路。 

本实施例中，工控机中设有数据采集控制多功能卡，采集转角转矩传感器I3、转角转矩传感器II7、直线位移传感器9和拉压力传感器16的数据信号，同时将控制信号发送给转向阻力矩加载系统均由数据采集控制多功能卡完成；工控机使用Visual C++2010集成开发系统进行数据采集和处理软件的开发以及进行转向阻力矩加载系统控制信号产生和发送软件的开发；转矩转角传感器I和转矩转角传感器II均为高精度电位计式的传感器，且输出的信号均为输出模拟信号，能够同时采集相应位置的转矩和转角。 

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

Claims (6)

1.一种闭环式汽车转向系统阻力矩模拟装置，其特征在于：包括试验台座、汽车转向系统、转向阻力矩加载系统和测控系统；

所述汽车转向系统和转向阻力矩加载系统设置于试验台座上；

汽车转向系统包括转向盘和依次传动连接于转向盘的转向柱、转向中间轴以及转向器，所述中间转向轴两端分别通过对应的万向节传动连接于转向柱和转向器；

转向阻力矩加载系统为向转向器提供转向阻力的加载动力设备；

所述自动测控系统包括：

矩转角传感器I，设置于转向柱用于采集转向柱在转向盘作用下的转矩转角数据；

转矩转角传感器II，设置于转向器用于检测转向器转矩转角数据；

线位移传感器，用于检测转向器转动的线位移；

拉压力传感器，用于检测加载动力设备对转向器施加的的正反向阻力；

自动控制单元，用于接收转矩转角传感器I、转矩转角传感器II、线位移传感器、拉压力传感器的数据信号并根据该信号向加载动力设备的控制电路发出命令信号。

2.根据权利要求1所述的闭环式汽车转向系统阻力矩模拟装置，其特征在于：所述自动控制单元为工控机。

3.根据权利要求2所述的闭环式汽车转向系统阻力矩模拟装置，其特征在于：所述汽车转向系统设有电动助力系统，所述电动助力系统包括：

助力电机，用于驱动转向柱进行助力转动；

ECU，接收转矩转角传感器I的转角转矩数据并向助力电机发出命令信号，同时接收助力电机反馈信号；

所述自动控制单元与ECU互传数据信号。

4.根据权利要求3所述的闭环式汽车转向系统阻力矩模拟装置，其特征在于：所述转向器包括齿轮和与齿轮啮合的齿条，所述齿轮的齿轮轴与中间转向轴通过万向节传动连接；所述加载动力设备设置有直线动力输出端且与齿条通过拉压力传感器直线传动配合；所述转矩转角传感器II设置于齿轮轴上用于采集齿轮轴的转矩和转角。

5.根据权利要求4所述的闭环式汽车转向系统阻力矩模拟装置，其特征在于：所述助力电机的动力输出端通过蜗轮蜗杆副驱动转向柱助力转动。

6.根据权利要求3所述的闭环式汽车转向系统阻力矩模拟装置，其特征在于：所述加载动力设备为直线电机，所述工控机的命令信号发送至直线电机的控制电路并实现对直线电机的控制。

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