電動助力轉向器阻力模擬實驗臺設計

郭艷玲　寧禮佳　李志鵬　王天琪

摘要介紹了電動助力轉向器阻力模擬實驗臺設計方法，并根據實際汽車運行過程中路面產生的阻力特點，采用伺服電機驅動，單片機分析控制磁粉制動器加載方式，來模擬駕駛員操作方向盤手力和轉向路面阻力，達到實際模擬仿真的效果，通過采集卡與上位機檢測及顯示輸出狀態。介紹了模擬實驗臺的結構、工作原理、硬件設計，并通過實際搭建的實驗臺，驗證了該控制系統的可行性。認為農用機械也將逐漸使用電動助力轉向器，此實驗臺的設計可為以后農用機械電動助力轉向器的設計制造做準備。

關鍵詞電動助力轉向器；阻力模擬；伺服電機；磁粉制動器；農用機械

中圖分類號S24文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）22-07670-02

EPS（Electric Power Steer）電動助力轉向系統是一種直接依靠電機提供輔助扭矩的動力轉向系統，通過使用電機產生助力，免去使用液壓結構的復雜結構，更能體現環保節能的理念[1-2]。現在對電動助力轉向器的研究已經成為熱門[3]，但是針對其測試系統的研究卻很匱乏，電動助力轉向阻力模擬實驗臺是為進行電動助力轉向器測試時提供阻力，利用此實驗臺可以模擬汽車在道路運行時真實阻力狀態，提供阻力源[4-5]。

通過對模擬實驗臺的設計，使得對電動助力轉向器的測試更實際化、安全化、準確化，為電動助力轉向器可以在實際汽車使用方面提供有利數據及保障。

1電動助力轉向器阻力模擬實驗臺結構設計

實驗臺的總體結構設計如圖1所示。實驗臺所需要的實驗設備包括伺服驅動電機、減速器、扭矩傳感器、聯軸器、EPS助力電機的裝卡槽以及磁粉制動器組成。圖1實驗臺總體結構示意圖由圖1可知，輸入端包括伺服驅動電機，減速器，扭矩傳感器，光電軸角編碼器以及聯軸器，用來加載和驅動輸入軸，來模擬駕駛員轉動方向盤的手力。輸出端包括扭矩傳感器、磁粉制動器、聯軸器、以及磁粉制動器控制器，用于加載和驅動輸出軸，來模擬汽車轉向時路面對其阻力矩[6-9]。這里主要對磁粉制動器的控制過程進行詳細的介紹，實驗臺采用磁粉制動器控制系統來模擬路面轉向阻力，按照汽車實際行駛轉向時路面提供的阻力來控制磁粉制動器輸出力矩[10-14]。主要硬件包括磁粉制動器、WLK程控電源、單片機及角度傳感器等。單片機采集角度信號，按照轉向阻力的數學關系來調節程控電源輸出電流的大小，最終實現磁粉制動器的輸出需要的負載類型。

2磁粉制動器控制電路設計

阻力模擬實驗臺的工作原理框圖如圖2所示，單片機通過檢測角度傳感器傳來的脈沖信號進行分析并輸出，由于磁