CN216012750U - 转向测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及电动助力转向技术领域，特别是涉及一种转向测试系统。该转向测试系统，包括机架、转向系统、光学传感器、模拟负载器和计算机。转向系统安装于机架，转向系统包括方向盘、连接件和转向管柱，连接件用于在方向盘与转向管柱之间传递扭矩，并可在传递扭矩时产生线性形变。光学传感器包括第一盘体、第二盘体、光源以及接收器，第一盘体具有若干围绕其轴心分布的第一透光部，第二盘体具有若干围绕其轴心分布的第二透光部。计算机与接收器电性连接，计算机还与模拟负载器电性连接。即是，本实用新型实施例采用上述结构改善了目前测试系统测试结果的精确度。

Description

转向测试系统

技术领域

本实用新型实施例涉及电动助力转向技术领域，特别是涉及一种转向测试系统。

背景技术

电动助力转向(Electric Power Steering，EPS)系统是汽车转向系统的发展方向。该系统由电动助力机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境。

电动助力转向系统的工作稳定性和方便操纵性关乎到驾驶的安全和整车性能，因此必须对各项性能和可靠性进行有效的检测。现有的做法是提供一种汽车转向测试系统，该系统能在室内完成对电动助力转向系统的性能测试，从而省去实车实验。

针对方向盘扭矩的测量，目前的测试系统采用应变片式扭矩传感器。但是，应变片式扭矩传感器在测量过程中容易对方向盘的实时动作造成干扰，其结果就是测量数据与方向盘实际工况数据不一致，测试系统的数据不精确。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种转向测试系统，以改善目前测试系统测试结果的精确度。

本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种转向测试系统，包括：机架、转向系统、光学传感器、模拟负载器和计算机。其中，转向系统安装于所述机架，所述转向系统包括方向盘、连接件和转向管柱，所述方向盘和所述转向管柱同轴，所述连接件一端连接所述方向盘，所述连接件另一端连接所述转向管柱，所述连接件用于在所述方向盘与所述转向管柱之间传递扭矩，并可在传递扭矩时产生线性形变。光学传感器包括第一盘体、第二盘体、光源以及接收器，所述第一盘体固定于所述转向管柱上并与之同轴，所述第二盘体固定于所述方向盘上并与之同轴，且所述第一盘体与所述第二盘体相对设置，所述第一盘体具有若干围绕其轴心分布的第一透光部，所述第二盘体具有若干围绕其轴心分布的第二透光部，所述光源设于所述第一盘体背向所述第二盘体的一侧，用于提供光线，所述接收器设于所述第二盘体背向所述第一盘体的一侧，用于接收所述光线穿过所述第一透光部和所述第二透光部后所形成的影像。模拟负载器用于向所述转向管柱提供模拟实际工况的负载。计算机与所述接收器电性连接，用于根据所述接收器的电信号计算所述方向盘与所述转向管柱之间的扭矩，所述计算机还与所述模拟负载器电性连接，用于控制所述模拟负载器。

可选地，所述第一透光部与所述第二透光部数量相等，且二者均为圆弧条形，但所述第一透光部的弧长与所述第二透光部的弧长不相等。

可选地，当所述方向盘位于初始位置时，所述第一透光部与所述第二透光部在周向上错开一定角度。

可选地，还包括机械手，所述机械手与计算机电连接，所述机械手用于为所述方向盘提供初始扭矩。

可选地，所述机械手包括离合器，所述离合器用于控制所述机械手向给所述方向盘提供间歇式扭矩。

可选地，所述转向系统还包括方向机和转向传动轴，所述转向管柱背离方向盘的一端与所述方向机连接，所述方向机还与所述转向传动轴的一端连接，所述转向传动轴背离所述方向机的一端与所述模拟负载器连接。

可选地，所述模拟负载器包括线性模组、力传感器和位移传感器，所述线性模组、力传感器和位移传感器分别与所述计算机电连接。

可选地，还包括方向盘高度调节装置，所述方向盘高度调节装置包括导轨、滚珠丝杠和活动杆。所述滚珠丝杠包括螺杆和螺母，所述螺杆与所述机架活动连接，所述螺母与所述活动杆固定。所述导轨固定于所述机架。所述活动杆设有滑块，所述滑块与所述导轨滑动连接，所述活动杆与所述转向管柱固定。

可选地，所述活动杆还包括横杆，所述滑块绕所述横杆轴线转动连接，所述横杆与所述转向管柱固定。

本实用新型实施例的转向测试系统与现有技术相比，具有以下有益效果：

在测试系统未执行任何信号时，光穿过第一透光部、第二透光部，在接收器成像，光学传感器对初始影像进行标定。计算机预设初始方向盘角度，且根据初始方向盘角度匹配模拟负载器的模拟载荷。进一步地，拨动方向盘角度，扭矩经连接件传递到转向管柱。转向管柱滞后于方向盘转动，转向管柱相对于方向盘有转角。接收器再次接收影像，光学传感器分析第一透光部和第二透光部的角度变化，计算机结合角度变化和连接件的特性，换算得出方向盘与转向管柱之间的扭矩。即，光学传感器采用非接触式的测量方式，从而在测量过程中不会对方向盘的实时动作造成干扰，进而可确保测量数据与方向盘的实际工况数据相一致，提高了测试结果的准确度和可信度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施例或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施例作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本实用新型实施例提供的转向测试系统的示意图。

图2是本实用新型实施例提供的转向测试系统的转向测试系统另一视角的示意图。

图3是图2中A区域的局部放大图。

图4是本实用新型实施例中的第一盘体的示意图。

图5是本实用新型实施例中的第二盘体的示意图。

图6是本实用新型实施例中的光学传感器在初始状态下的叠加像图。

图7是本实用新型实施例中的光学传感器在工作状态下的叠加像图。

图8是本实用新型实施例提供的转向测试系统的工作流程图。

图中：

100、机架；

200、转向系统；210、方向盘；220、连接件；230、转向管柱；240、方向机；250、转向传动轴；

300、光学传感器；310、第一盘体；311、第一透光部；320、第二盘体；321、第二透光部；

400、模拟负载器；410、线性模组；420、力、位移传感器；

500、计算机；

600、方向盘高度调节装置；610、导轨；620、滚珠丝杆；630、活动杆；631、滑块；632、横杆。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请一并参考图1、图2和图3，其分别给出了一种电动助力转向系统200的测试系统的示意图、另一视角的示意图和光学传感器的局部放大图，该一种电动助力转向系统200的测试系统包括：机架100、转向系统200、光学传感器300、模拟负载器400和计算机500。其中，机架100是上述测试系统的承载基座。转向系统200安装于上述机架100。光学传感器300安装于转向系统200。模拟负载器400与转向系统200连接。计算机500与光学传感器300、模拟负载器400电性连接。

关于转向系统200，请继续参考图1、图2和图3，转向系统200包括方向盘210、连接件220和转向管柱230，方向盘210和转向管柱230同轴，连接件220一端连接方向盘210，连接件220另一端连接转向管柱230。连接件220用于在方向盘210与转向管柱230之间传递扭矩，并可在传递扭矩时产生线性形变。值得一提的是，连接件220产生的周向线性形变幅度很小，肉眼不易察觉，故需光学传感器才能准确测量形变角度。连接件可以是弹簧钢柱或者以低碳钢为材料的杆。在测试系统正式工作之前，需对连接件220进行标定。连接件220的一大特点就是根据外界输入的扭矩发生正相关形变。可以理解的是，方向盘210和转向管柱230轴向距离固定，故连接件220只在周向上扭曲，轴向上不会拉长。当拨动方向盘210时，因连接件220的存在，导致转向管柱230随方向盘210转动有一定滞后，故方向盘210和转向管柱230在轴线方向上错开一定转角。

进一步地，转向系统200还包括方向机240和转向传动轴250，转向管柱230背离方向盘210的一端与方向机240连接，方向机240还与转向传动轴250的一端连接，转向传动轴250背离方向机240的一端与模拟负载器400连接。实际测试进行时，请参考图8，由计算机500给定方向盘210的转动信号作为输入条件，动力流作为传递路径：方向盘210——转向管柱230——方向机240——转向传动轴250——模拟负载器400，方向盘210与转向管柱230之间设置的光学扭矩传感器输出转向角度，实现对于转向部件作动的在环测试。

关于光学传感器300，请主要参考图3、图4、图5、图6和图7，其次参考图1和图2，光学传感器300包括第一盘体310、第二盘体320、光源(图未示)以及接收器(图未示)。第一盘体310固定于转向管柱230上并与之同轴，第二盘体320固定于方向盘210上并与之同，且第一盘体310与第二盘体320相对设置。如图4和图5所示，第一盘体310设有若干围绕其轴心分布的第一透光部311，第二盘体320具有若干围绕其轴心分布的第二透光部321。在本实用新型实施例中，第一透光部311和第二透光部321呈弧形。光源设于第一盘体310背向第二盘体320的一侧，接收器设于第二盘体320背向第一盘体310的一侧。可以理解的是，光源与接收器固定于机架100上，不随方向盘210和转向管柱230转动。光源的光穿过第一盘体310的第一透光部311，接着穿过第二盘体320的第二透光部321，在接收器呈现的是两条弧叠加的像，如图6和图7所示。对比初始状态下的叠加像(图6)和方向盘210转到一定角度的叠加像(图7).第二盘体320相对第一盘体310的转动角度，即方向盘210相对于转向管柱230的转动角度。随后，光学传感器300将此转向角度以电信号方式传输至计算机500，计算机500对应换算扭矩值。

当然，为了方便比较第二盘体320相对第一盘体310的转动角度，优选地，第一透光部311与第二透光部321数量相等，且二者均为圆弧条形。为了区别第一透光部311和第二透光部321的投影像，第一透光部311的弧长与第二透光部321的弧长不相等，即遮光处的弧长亦不等。进一步地，为了方便初始状态下标定，当方向盘210位于初始位置时，第一透光部311与第二透光部321在周向上错开一定角度。在本实用新型实施例中，请参考图4和图5，单体状态下，第一透光部311的第一透光部311的弧长短于第二透光部321的弧长。

本测试系统为了准确模拟真实情况下的转向系统200状态，可以采用真人拨动方向盘210。更精确地，安装一种机械手。该机械手与计算机500电性连接，机械手用于为方向盘210提供初始扭矩。为了应对测试系统更多情况下的需求，机械手还可以设有离合器，离合器用于控制机械手向给方向盘210提供间歇式扭矩。

关于模拟负载器400，请参阅图1，模拟负载器400用于向转向管柱230提供模拟实际工况的负载。模拟负载器400包括线性模组410、力、位移传感器420，线性模组410、力、位移传感器420分别与计算机500电性连接。力、位移传感器420用于向计算机500实时反馈数据。力、位移传感器420是反馈力和位移两种要素的传感器，亦可以分设为力传感器和位移传感器。所谓线性模组410，也叫电动模组、单轴机械手、数控滑台。虽然相比于其他多轴机械手，线性模组410功能很单调，但是它也是实现自动化的重要产品。线性模组410通常包括驱动系统、传动系统和负荷。常见的驱动系统有伺服电机或步进电机驱动。常见的传动系统有同步带轮传动和滚珠丝杆传动两种。负荷可根据需要匹配机型。现有的线性模组410精度可达0.01mm。

关于计算机500，请参考图1和图8，在测试系统中起到控制测试过程和导出测试结果的作用。在本申请实施例中，计算机500与光学传感器300中的接收器电性连接，用于根据接收器的电信号计算方向盘210与转向管柱230之间的扭矩。计算机500还与模拟负载器400电性连接，用于控制模拟负载器400。在本实用新型其中一个实施例的测试过程中，计算机500先对模拟负载器400发出指令：预设负载；接着计算机500对机械手发出指令，机械手拨动方向盘210至某角度，离合器分离机械手与方向盘210；光学传感器300传递方向盘210相对转向管柱230转角信号至计算机500，计算机500依光学传感器300信号计算扭矩。计算机500储存以上数据，是为分析电子助力转向系统200的测试系统。

上述测试系统还包括方向盘高度调节装置600，请参考图1，方向盘210高度调节装置包括导轨610、滚珠丝杠620和活动杆630。滚珠丝杠620包括螺杆(图未示)和螺母(图未示)，螺杆与机架100活动连接，螺母与活动杆630固定。导轨610固定于机架100。活动杆630设有滑块631，滑块631与导轨610滑动连接，活动杆630与转向管柱230固定。如此，实现方向盘210高度可调。活动杆630还包括横杆632，滑块631绕横杆632轴线转动连接，横杆632与转向管柱230固定。如此，实现方向盘210面向使用者的倾角可调。

本实用新型实施例的转向测试系统与现有技术相比，具有以下有益效果：

在测试系统未执行任何信号时，光穿过第一透光部、第二透光部，在接收器成像，光学传感器对初始影像进行标定。计算机预设初始方向盘角度，且根据初始方向盘角度匹配模拟负载器的模拟载荷。进一步地，拨动方向盘角度，扭矩经连接件传递到转向管柱。转向管柱滞后于方向盘转动，转向管柱相对于方向盘有转角。接收器再次接收影像，光学传感器分析第一透光部和第二透光部的角度变化，计算机结合角度变化和连接件的特性，换算得出方向盘与转向管柱之间的扭矩。即，光学传感器采用非接触式的测量方式，从而在测量过程中不会对方向盘的实时动作造成干扰，进而可确保测量数据与方向盘的实际工况数据相一致，提高了测试结果的准确度和可信度。

需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施例，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种转向测试系统，其特征在于，包括：

机架；

转向系统，安装于所述机架，所述转向系统包括方向盘、连接件和转向管柱，所述方向盘和所述转向管柱同轴，所述连接件一端连接所述方向盘，所述连接件另一端连接所述转向管柱，所述连接件用于在所述方向盘与所述转向管柱之间传递扭矩，并可在传递扭矩时产生线性形变；

光学传感器，其包括第一盘体、第二盘体、光源以及接收器，所述第一盘体固定于所述转向管柱上并与之同轴，所述第二盘体固定于所述方向盘上并与之同轴，且所述第一盘体与所述第二盘体相对设置，所述第一盘体具有若干围绕其轴心分布的第一透光部，所述第二盘体具有若干围绕其轴心分布的第二透光部，所述光源设于所述第一盘体背向所述第二盘体的一侧，用于提供光线，所述接收器设于所述第二盘体背向所述第一盘体的一侧，用于接收所述光线穿过所述第一透光部和所述第二透光部后所形成的影像；

模拟负载器，所述模拟负载器用于向所述转向管柱提供模拟实际工况的负载；

计算机，与所述接收器电性连接，用于根据所述接收器的电信号计算所述方向盘与所述转向管柱之间的扭矩，所述计算机还与所述模拟负载器电性连接，用于控制所述模拟负载器。

2.根据权利要求1所述的转向测试系统，其特征在于，所述第一透光部与所述第二透光部数量相等，且二者均为圆弧条形，但所述第一透光部的弧长与所述第二透光部的弧长不相等。

3.根据权利要求1所述的转向测试系统，其特征在于，当所述方向盘位于初始位置时，所述第一透光部与所述第二透光部在周向上错开一定角度。

4.根据权利要求1-3任一项所述的转向测试系统，其特征在于，还包括机械手，所述机械手与计算机电连接，所述机械手用于为所述方向盘提供初始扭矩。

5.根据权利要求4所述的转向测试系统，其特征在于，所述机械手包括离合器，所述离合器用于控制所述机械手向给所述方向盘提供间歇式扭矩。

6.根据权利要求4所述的转向测试系统，其特征在于，所述转向系统还包括方向机和转向传动轴，所述转向管柱背离方向盘的一端与所述方向机连接，所述方向机还与所述转向传动轴的一端连接，所述转向传动轴背离所述方向机的一端与所述模拟负载器连接。

7.根据权利要求4所述的转向测试系统，其特征在于，所述模拟负载器包括线性模组、力传感器和位移传感器，所述线性模组、力传感器和位移传感器分别与所述计算机电连接。

8.根据权利要求4所述的转向测试系统，其特征在于，还包括方向盘高度调节装置，所述方向盘高度调节装置包括导轨、滚珠丝杠和活动杆；

所述滚珠丝杠包括螺杆和螺母，所述螺杆与所述机架活动连接，所述螺母与所述活动杆固定；

所述导轨固定于所述机架；

所述活动杆设有滑块，所述滑块与所述导轨滑动连接，所述活动杆与所述转向管柱固定。

9.根据权利要求8所述的转向测试系统，其特征在于，所述活动杆还包括横杆，所述滑块绕所述横杆轴线转动连接，所述横杆与所述转向管柱固定。

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