CN203116978U

CN203116978U - 电动助力转向系统硬件在环测试实验台

Info

Publication number: CN203116978U
Application number: CN 201220674919
Authority: CN
Inventors: 赵盼; 张明; 万亮; 薛俊亮
Original assignee: Beijing Jingwei Hirain Tech Co Ltd
Current assignee: Beijing Jingwei Hirain Tech Co Ltd
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2022-12-07

Abstract

本实用新型提供了一种EPS系统硬件在环测试实验台，包括与待测的EPS控制器相连的、传送方向盘扭矩信号和车速信号给待测的EPS控制器的处理器；与所述处理器相连的、接收所述处理器传送的阻力电机转角信号的伺服控制器；与所述伺服控制器相连的、接收所述伺服控制器的PWM控制信号的阻力电机；与所述阻力电机相连的、传送扭矩信号给所述处理器的扭矩传感器；与所述扭矩传感器及所述待测的EPS控制器相连的、接收所述待测的EPS控制器传送的PWM控制信号的助力电机。本申请提供的系统为公众提供了一种可对多种类型EPS系统进行硬件在环测试的通用实验平台。

Description

电动助力转向系统硬件在环测试实验台

技术领域

本实用新型涉及汽车电动助力转向(Electrical Power Steering，简称EPS)系统实验台领域，尤其涉及一种EPS硬件在环（hardware-in-the-loop，简称HIL）测试实验台。

背景技术

作为汽车底盘电子控制系统的一部分，电动助力转向(Electrical PowerSteering，简称EPS)系统是全球著名汽车公司目前重点研究的领域之一，它具有部件少、体积小、维修方便等特点，并大幅度提高汽车经济性、动力性和机动性，同时增加驾驶人员的操纵舒适性和安全性。因此，EPS越来越受到消费者的青睐。

对于开发电动助力转向系统而言，试验测试是必不可少的环节，而硬件在环测试（hardware-in-the-loop）技术由于能够在产品开发的早期阶段，特别是在尚无样车可供支配的情况下，即为控制系统的性能测试与验证提供一个接近实际的试验环境，而成了产品开发过程中的一件重要工具。通过充分的HIL测试后，EPS系统再进行实车试验，一方面可以节省开发时间，另一方面可以保证其可靠性。但是目前测试采用的测试实验台具有特定的硬件、机械结构，只能对某种特定类型的EPS系统进行测试，如果要对其他种类EPS系统进行测试时，则需要对硬件、机械结构作较大改变，费时费力。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供了一种可对多种类型EPS系统进行硬件在环测试的通用实验台，用于解决现有技术中EPS系统实验台只能用于测试一种EPS系统的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种EPS系统硬件在环测试实验台，包括：

与待测的EPS控制器相连的、传送方向盘扭矩信号和车速信号给待测的EPS控制器的处理器；与所述处理器相连的、接收所述处理器传送的阻力电机转角信号的伺服控制器；

与所述伺服控制器相连的、接收所述伺服控制器的PWM控制信号的阻力电机；

与所述阻力电机相连的、传送扭矩信号给所述处理器的扭矩传感器；

与所述扭矩传感器及所述待测的EPS控制器相连的、接收所述待测的EPS控制器传送的PWM控制信号的助力电机。

优选的，连接所述待测的EPS控制器、所述伺服控制器、所述阻力电机、所述助力电机以及所述扭矩传感器并传输信号的板卡。

优选的，所述板卡包括：

CAN卡和模拟输出板卡。

优选的，所述待测的EPS控制器包括：

转向轴助力式EPS控制器。

优选的，所述待测的EPS控制器包括：

齿轮助力式EPS控制器。

优选的，所述待测的EPS控制器包括：

齿条助力式EPS控制器。

相对于现有技术，本实用新型具有的有益效果是处理器、伺服控制器、阻力电机、扭矩传感器等构成的系统可与各种EPS系统进行闭环，并对其工作环境和工况进行模拟，从而使得该实验台可以方便实现各种EPS系统的硬件在环测试。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的EPS系统HIL测试实验台结构图；

图2为转向轴助力式EPS系统HIL测试实验台结构示意图；

图3为齿轮助力式EPS系统HIL测试实验台结构示意图；

图4为齿条助力式EPS系统HIL测试实验台结构示意图；

图5为本实用新型的EPS系统HIL测试流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

本实用新型实施例一提供了一种EPS系统硬件在环测试实验台，如图1所示，包括：与待测的EPS控制器600相连的、传送方向盘扭矩信号和车速信号给待测的EPS控制器600的处理器100；与所述处理器100相连的、接收所述处理器100传送的阻力电机转角信号的伺服控制器200；与所述伺服控制器200相连的、接收所述伺服控制器200的PWM控制信号的阻力电机300；与所述阻力电机300相连的、传送助力扭矩信号给所述处理器100的扭矩传感器400；与所述扭矩传感器400及所述待测的EPS控制器600相连的、接收所述待测的EPS控制器600传送的PWM控制信号的助力电机500。该实验台还包括连接所述待测的EPS控制器600、所述伺服控制器200、所述阻力电机300、所述助力电机500以及所述扭矩传感器400并传输信号的板卡，其中，所述板卡包括：CAN卡和模拟输出板卡，CAN卡用来向待测的EPS控制器600传送车辆动力学模型110输出的车速信号并向伺服控制器200传送转向系统模型120计算出的阻力电机转角信号。模拟输出板卡用来向待测的EPS控制器600传送方向盘扭矩信号。

本实施例中，处理器100中可以预先设置车辆动力学模型110和转向系统模型120，车辆动力学模型110一般包括道路模型、驾驶员模型等，其作用是计算车辆运行姿态，并将车速信号通过CAN卡传送给待测的EPS控制器600，转向系统模型120根据方向盘转角信号计算出方向盘扭矩信号并将该信号通过模拟输出板卡传输给待测的EPS控制器600，该实验台对待测EPS系统的测试过程为：向转向系统模型120输入方向盘转角信号，该输入信号既可以是信号输入装置预先设定的方向盘转角信号，也可以是通过处理器100上运行的车辆动力学模型110中的驾驶员模型输出的信号，转向系统模型120根据输入的方向盘转角信号计算出方向盘扭矩信号和助力电机转角信号（阻力电机转角信号值与助力电机转角信号值相等）。待测的EPS控制器600根据车速信号和方向盘扭矩信号决定助力扭矩信号的大小，进而输出PWM控制信号控制助力电机500输出相应的助力扭矩信号，其中计算用到的车速信号来自于车辆动力学模型110。转向系统模型120同时接受助力扭矩信号和车辆动力学模型110输出的车速信号计算出前轮转角信号，并将该转角信号反馈给车辆动力学模型110用于计算车辆运动姿态。而阻力电机转角信号通过CAN卡传送给伺服控制器200，伺服控制器200接受阻力电机转角信号，并输出PWM控制信号控制阻力电机300输出相应的转角信号，以完成对方向盘转角的模拟。

该实验台的助力电机500与阻力电机300通过扭矩传感器400相连，助力电机500在待测的EPS控制器600传送的PWM控制信号控制下输出相应的助力扭矩信号，扭矩传感器400传送助力扭矩信号给处理器100。处理器100、伺服控制器200、阻力电机300、扭矩传感器400等构成的系统可与各种EPS系统进行闭环，并对其工作环境和工况进行模拟，从而使得该实验台可以方便实现各种EPS系统的硬件在环测试。

该实验台中的转向系统模型120的作用是根据驾驶员的方向盘转角信号要求计算方向盘扭矩信号和前轮转角信号。对于采用车辆动力学模型110且不具有实际方向盘结构的EPS系统测试实验台，如果要模拟测试中的方向盘转角这一参量，只能通过对阻力电机300进行转角控制来实现，因此该实验台对阻力电机300采用转角控制。由于转角控制是在模型中直接设定或者通过驾驶员模型控制，而并非采用实际的方向盘控制，因此该实验台便于实现各种特定工况的测试（比如双移线测试、鱼钩试验等），且能保证良好的重复性。

该实验台将助力电机500与阻力电机300通过扭矩传感器400直接相连，省略了传统实验台中一般存在的方向盘、转向轴等部件，大大简化了实验台结构，降低了成本，增加了维护性。

该实验台与一般实验台所选择的工控机和单片机不同，该实验台选择的处理器100可以为实时处理器，车辆动力学模型110和转向系统模型120也可以为实时模型，因此该实验台从硬件和软件上保证了平台的实时性，可对待测的EPS控制器600进行最接近实际工况的实时HIL测试。

实施例二

本实用新型实施例二提供了一种EPS系统硬件在环测试实验台，如图2所示，所述待测的EPS控制器600可以为转向轴助力式EPS控制器，下面根据图2具体描述该试验台的工作过程，图中点化线框内的内容为转向系统模型1201，该转向系统模型1201为实施例一中的转向系统模型120的一个具体实施方式。该实验台输入方向盘转角信号到转向系统模型1201中，该输入信号一方面输入到转向轴模型中，转向轴模型根据输入的方向盘转角信号计算得到方向盘扭矩信号，方向盘扭矩信号一方面作为输入信号传递到转向轴助力式EPS控制器，另一方面和经过减速器增扭后的助力扭矩信号叠加后经中间机构传递后传输给车轮转角计算模块。中间结构为转向轴和车轮转角计算模块之间的转向系统结构，包括齿轮齿条式转向器、转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂、转向节等。车轮转角计算模块根据经中间结构输入的转向力矩和车辆动力学模型110反馈的车速信号计算得到前轮转角信号，并将该信号传送给车辆动力学模型110。该实验台输入的方向盘转角信号另一方面通过传动比模块，传动比模块根据输入的方向盘转角信号计算出对应的阻力电机转角信号，而阻力电机转角信号通过CAN卡发送给伺服控制器200。阻力电机转角信号由传动比模块根据方向盘转角信号计算得到，计算公式为：

θ_m=θ_s×i_r

式中，θ_s为方向盘转角指令，i_r为EPS减速器的传动比，其中传动比为输入轴转速和输出轴转速的比值。

实施例三

本实用新型实施例三提供了一种EPS系统硬件在环测试实验台，如图3所示，所述待测的EPS控制器600可以为齿轮助力式EPS控制器，下面根据图3具体描述该试验台的工作过程，图中点化线框内的内容为转向系统模型1202，该转向系统模型1202为实施例一中得转向系统模型120的又一个具体实施方式。该实验台输入方向盘转角信号到转向系统模型1202中，该输入信号一方面输入到转向轴模型中，转向轴模型根据输入的方向盘转角信号计算得到方向盘扭矩信号，方向盘扭矩信号一方面作为输入信号传递到齿轮助力式EPS控制器，另一方面传输给中间结构1，中间结构1为转向轴和齿轮之间的转向系统结构，包括转向传动轴、转向方向节等。经过中间结构1后的方向盘扭矩信号和助力电机500输出的经减速器增扭后的助力扭矩信号叠加后作用在转向器的齿轮上，该叠加后的信号继续经中间结构2输入到车轮转角计算模块，中间结构2为转向器的齿轮和车轮转角计算模块之间的转向系统结构，包括齿条、转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂、转向节等。车轮转角计算模块根据经中间结构2输入的转向力矩信号和车辆动力学模型110反馈的车速信号计算得到前轮转角信号，并将该前轮转角信号传送给车辆动力学模型110。该实验台输入的方向盘转角信号另一方面通过传动比模块，传动比模块根据输入的方向盘转角信号计算出对应的阻力电机转角信号，而阻力电机转角信号通过CAN卡发送给伺服控制器200。阻力电机转角信号由传动比模块根据方向盘转角信号计算得到，计算公式为：

θ_m＝θ_s×i_r

实施例四

本实用新型实施例四提供了一种EPS系统硬件在环测试实验台，如图4所示，所述待测的EPS控制器600可以为齿条助力式EPS控制器，下面根据图4具体描述该试验台的工作过程，图中点化线框内的内容为转向系统模型1203，该转向系统模型1203为实施例一中的转向系统模型120的又一个具体实施方式。该实验台输入方向盘转角信号到转向系统模型1203中，该输入信号一方面输入到转向轴模型中，转向轴模型根据输入的方向盘转角信号计算得到方向盘扭矩信号，方向盘扭矩信号一方面作为输入信号传递到齿条助力式EPS控制器，另一方面传输给中间结构1，中间结构1为转向轴和转向器的齿条之间的转向系统结构，包括转向方向节、转向传动轴、转向器齿轮等。经过中间结构1后的方向盘扭矩信号和助力电机500输出的经减速器增扭后的助力扭矩信号叠加后作用在转向器的齿条上，该叠加后的信号继续经中间结构2输入到车轮转角计算模块，中间结构2为转向器的齿条和车轮转角计算模块之间的转向系统结构，包括转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂、转向节等。车轮转角计算模块根据经中间结构2输入的转向力矩信号和车辆动力学模型110反馈的车速信号计算得到前轮转角信号，并将该前轮转角信号传送给车辆动力学模型110。该实验台输入的方向盘转角信号另一方面通过传动比模块，传动比模块根据输入的方向盘转角信号计算出对应的阻力电机转角信号，而阻力电机转角信号通过CAN卡发送给伺服控制器200。阻力电机转角信号由传动比模块根据方向盘转角信号计算得到，计算公式为：

θ_{m} = θ_{s} \frac{i_{r}}{i_{pr}}

式中，θ_s为方向盘转角指令，i_r为EPS减速器的传动比，i_pr为齿轮齿条式转向器的传动比，该处的传动比为输入转角和输出位移之间的比值。

为进一步说明采用该实验台对EPS系统HIL测试的流程，根据图5对该工作流程具体描述。开机后，处理器100上同时运行车辆动力学模型110和转向系统模型120。车辆动力学模型110一方面输出方向盘转角信号和车速信号，另一方面接收转向系统模型120发出的前轮转角信号，转向系统模型120根据车辆动力学模型110输出的方向盘转角信号分别计算出前轮转角信号、助力电机转角信号（阻力电机转角信号值与助力电机转角信号值相等）和方向盘扭矩信号。阻力电机转角信号通过板卡传输给伺服控制器200，伺服控制器200控制阻力电机300输出相应转角信号，从而对助力电机500的位置进行限制。而方向盘扭矩信号和车辆动力学模型110输出的车速信号则一并通过板卡输入给待测的EPS控制器600，待测的EPS控制器600根据车速信号和方向盘扭矩信号控制助力电机500输出相应助力扭矩信号。扭矩传感器400测得的助力扭矩值通过板卡传送给转向系统模型120。转向系统模型120根据方向盘扭矩信号和助力扭矩信号继续计算前轮转角信号，如此形成一个闭环系统。

本实用新型中的处理器100可采用美国NI公司的PXI8110，发送车速信号和阻力电机转角信号的CAN卡采用美国NI公司的PXI8512/2，阻力电机300和伺服控制器200可采用德国路斯特公司的直流伺服电机LSH-097-3-30-320和伺服控制器SO84.012.0040.0001.2。

本说明书中各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

Claims

1.一种电动助力转向系统硬件在环测试实验台，其特征在于，包括：

与待测的EPS控制器相连的、传送方向盘扭矩信号和车速信号给待测的EPS控制器的处理器；

与所述处理器相连的、接收所述处理器传送的阻力电机转角信号的伺服控制器；

2.根据权利要求1所述的电动助力转向系统硬件在环测试实验台，其特征在于，还包括：

连接所述待测的EPS控制器、所述伺服控制器、所述阻力电机、所述助力电机以及所述扭矩传感器并传输信号的板卡。

3.根据权利要求2所述的电动助力转向系统硬件在环测试实验台，其特征在于，所述板卡包括：

CAN卡和模拟输出板卡。

4.根据权利要求1所述的电动助力转向系统硬件在环测试实验台，其特征在于，所述待测的EPS控制器包括：

转向轴助力式EPS控制器。

5.根据权利要求1所述的电动助力转向系统硬件在环测试实验台，其特征在于，所述待测的EPS控制器包括：

齿轮助力式EPS控制器。

6.根据权利要求1所述的电动助力转向系统硬件在环测试实验台，其特征在于，所述待测的EPS控制器包括：

齿条助力式EPS控制器。