液壓動力轉向器性能測試系統

尤田， 姜濤， 李會明， 張桂林

（長春理工大學機電工程學院，長春130022）

0 引言

隨著汽車保有量的不斷增加，以及環保和良好的操縱特性要求，成為動力轉向技術研究的焦點。液壓動力轉向器是汽車轉向系統的重要組成部分，其綜合性能的好壞直接關系到汽車的行駛的安全性［1-2］。但一直以來對轉向器的檢測方式大部分采用人工檢測方式，受環境和人為因素影響較大，很難達到對轉向器性能的精確檢測。本文根據QC/T529-2000《汽車動力轉向器總成臺架試驗方法》的相關規定［3］，設計了一種液壓動力轉向器性能測試系統。通過對轉向器進行力的特性測試、靈敏度測試、壓力降測試、泄漏測試，同時以LabVIEW為開發平臺，設計系統人機交互界面，將采集到的數據實時輸出顯示，滿足對液壓動力轉向器產品的年增長需求，和對汽車的性能和穩定性越來越嚴格的要求。液壓動力轉向系統測試作為一項汽車在出廠前的綜合性能檢測和新產品的試驗測試環節，新測試系統的采用可有效地提高工作效率。

1 檢測系統總體設計

根據《汽車動力轉向器總成臺架試驗方法》對液壓動力轉向器檢測要求，該試驗臺共包含以下4個測試試驗：轉向器力的特性測試試驗、靈敏度測試試驗、轉向器壓力測試試驗、泄漏測試試驗。測試系統總體組成框圖如圖1所示。系統由轉向器試驗臺夾具及加載系統、系統驅動裝置、數據采集系統、傳感器及信號處理、工控計算機5部分組成。檢測系統以工控機為中心，將采集到的傳感器信號分析處理后，控制液壓測試驅動系統及試驗臺總成系統的動作。

圖1 系統總體組成框圖

轉向器靈敏度特性試驗時，緩慢平穩驅動控制閥運動，速度約為0.5 r/min，控制轉向器進出口油溫達到50±5℃，使兩側油壓分別達到最大值，記錄轉向盤轉角ai、bi和工作油壓P，通過比較ai與bi取其中的最小值可得Li，則檢測系統的曲線對稱性Ke：

式中n為檢測次數，不小于5。

轉向器操縱力特性試驗時，將轉向器安放在機械夾具上，在轉向器輸入端施加阻力，在油壓的工作狀態下，將轉向器運動到左右極限位置，測量驅動轉向器輸出扭矩與轉角之間的變化關系。

轉向器泄漏性能試驗時，分別將轉向器兩端的閥芯運動到極限位置，將轉向器工作油壓調到最大值，在油壓的作用下，在輸入軸端施加扭矩，使轉向器在10 MPa壓力的工作條件下保持5 min，測量兩側泄油量，轉向器系統壓力降性能試驗時，將轉向器安裝在試驗臺機械夾具上，當液壓油泵達到最大轉速V時，測量轉向器各點和進出口油壓的壓力差ΔP，檢測系統壓力降性能指標。

2 系統結構設計

2.1 機械夾具結構設計

液壓動力轉向器測試系統機械總成是將待測轉向器進行初步定位、裝夾、對轉向器加載機構的機械設計［4］。對于轉向器系統，通常轉向器與轉向控制閥是一體的，所以轉向器測試系統試驗臺采用夾取整體轉向控制閥來測量轉向器的裝夾方式，其夾具部分如圖2所示。

圖2 轉向夾具示意圖

轉向器底面靠緊夾具底面，對轉向搖臂軸穿過夾具立板，由另一側的液壓夾具固定轉向搖臂軸，兩個定位銷裝入轉向器上方的孔中，對于半整體及整體式動力轉向裝置應將轉向器及搖臂固定，從而完成對試驗臺待測轉向器的固定夾緊工作。

2.2 系統輸入結構設計

由于轉向器的外形和型式差別較大，且試驗臺采用輸出軸位置固定的形式，要求輸入軸驅動部分在上下，前后以及左右三個方向上位置可調。系統的輸入結構如圖3所示。輸入由步進電機1驅動，步進電機安裝在導軌上，通過轉輪1帶動絲杠轉動，控制輸入軸步進電機X方向移動。步進電機機架裝有齒條，步進電機2帶動齒輪轉動，通過齒輪齒條轉動，控制步進電機Z方向移動，從而通過兩個步進電機的運動完成系統的輸入。同時，在軸上裝有空心軸編碼器和扭矩傳感器，用于試驗過程中記錄輸入軸轉過的角度和轉矩。輸入部分和轉向器輸入軸用聯軸套連接。轉向器的進油口和出油口由兩根油管手動連接，油管接有流量傳感器和油壓傳感器，用來采集試驗數據。

圖3 系統輸入結構圖

2.3 硬件結構設計

液壓動力轉向器測試系統由傳感器、信號調理、數據采集卡和工控機組成［5］，系統的硬件結構組成如圖4所示。檢測系統中轉向器的進油口和出油口由兩根油管聯接，油管接有流量傳感器和油壓傳感器，用來采集試驗數據。傳感器輸出的模擬量經過信號調理后送到數據采集卡，經過A/D轉換輸入計算機。實現對數據采集、電機控制、液壓系統控制盒信號數字量輸入輸出部分的控制功能。

圖4 系統硬件結構組成

2.4 系統液壓部分設計

為了使系統試驗具有真實可靠性，該試驗臺建立了一套液壓系統模擬汽車液壓動力轉向系統，同時系統實現機械夾具部分的裝夾動作［6］。根據轉向器性能要求通過對加載系統的控制，實現轉向器的液壓加載，同時根據壓力大小的要求選擇合適的液壓泵和電機作為系統的液壓配件。

3 檢測系統軟件設計

測試系統的軟件部分由LabVIEW實現，LabVIEW是美國國家儀器（NI）公司研制的開發環境，集成了構建應用所需的所有工具，是開發測量或控制系統的理想選擇［7-8］。LabVIEW功能主要在于完成系統數據采集、數據分析、數據顯示及數據存儲。具體的系統程序流程如圖5所示。

通過系統軟件實現對檢測試驗臺的控制系統操作，利用LabVIEW軟件可以做出良好的人機交互界面。通過操作界面對試驗系統的操作，選擇試驗項目，設定參數，控制電機的轉速與開關，以及對液壓系統的操作，實現對檢測系統的精確試驗。通過實時數據圖像能夠清楚地觀測待測轉向器的實時動態，分析力以及扭矩的圖像能夠清楚地分析出轉向器的各種性能指標。通過與轉向器標準相比較，分揀出合格與不合格品，并將數據處理的檢測結果生成數據并保存起來，以方便查看。

4 結論

液壓動力轉向器性能測試系統是一種集光、機、電、算為一體的測試系統，通過對傳感器數據采集、數據分析，可準確地檢測出轉向器的各種性能指標，且具有良好的精度。同時通過LabVIEW建立的人機界面，使測試系統的操作變得更加簡單，能夠直接地顯示采集的實驗數據，降低了工人的勞動時間和勞動強度，提高了生產效率。

圖5 系統程序流程圖

［1］ 王倩，藺毅.汽車動力轉向系統的發展［J］.汽車工業，2009,19（7）：79-80.

［2］ 王若平，蔣軍.汽車轉閥式液壓動力轉向器性能測試與試驗［J］.農業機械學報，2006，37（11）：16-19.

［3］ QC/T529-2000 汽車動力轉向器總成臺架試驗方法［S］.

［4］ 牛繼高.汽車電動助力轉向系統測試平臺的開發與研究［D］.重慶：重慶交通大學，2009.

［5］ 譚福年.常用傳感器應用電路［M］.成都：電子科技大學出版社,1996.

［6］ 章宏甲，黃誼.液壓傳動［M］.北京：機械工業出版社，2008.

［7］ 何志鋒.齒輪齒條式動力轉向器性能測試系統研究［D］.長春：長春理工大學，2014.

［8］ 陳錫輝，張銀鴻.LabVIEW8.20程序設計從入門到精通［M］.北京：清華大學出版社，2008.