循環球動力轉向器性能測試系統設計與實現

游專，李仁和，劉瓊瓊，許強

（淮安信息職業技術學院汽車工程系，江蘇 淮安 223003）

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循環球動力轉向器性能測試系統設計與實現

游專，李仁和，劉瓊瓊，許強

（淮安信息職業技術學院汽車工程系，江蘇 淮安 223003）

摘 要：針對循環球動力轉向器性能試驗臺架的功能要求，設計了循環球動力轉向器性能測試系統。該系統選用伺服電機驅動轉向器的輸入端，電動伺服液壓擺動缸對輸出端加載模擬阻力，通過VB編程調取采集卡相關驅動函數進行試驗臺的數據采集。系統能實時監控數據，實時繪制曲線，并能依據評價標準對測試結果做出合格與否判斷。試驗結果表明：該系統性能良好、工作可靠，軟硬件設計符合設計規范，其精度及實時性能達到了設計目標，避免了盲目進行實車試驗造成的安全隱患。

關鍵詞：循環球動力轉向器；性能測試系統；伺服電機；液壓擺動缸

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.03.046

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)03-138-03

前言

轉向器作為汽車主動安全的關鍵組成部件，已隨著汽車工業的迅猛崛起而快速發展[1]。循環球轉向器操作輕便，工作平穩可靠，使用壽命長，廣泛的應用于商用車和越野車，其基本性能也更受重視。因此，搭建一個高精度、低成本的試驗臺對循環球轉向器進行實際車況模擬和基本性能檢測顯得尤為重要[2]。參照我國汽車行業的標準QC/T529-2000《汽車動力轉向器總成臺架試驗方法》，QC/T530-2000《汽車動力轉向器總成技術條件》和QC/T29096-92《汽車轉向器總成臺架試驗方法》規定，考慮經濟成本以及控制精度，采用交流伺服技術、智能集成技術與微機測控技術，建立了循環球動力轉向器性能測試試驗臺，為循環球批量化制造生產，整車裝配提供技術支持[3]。

1、系統功能描述

系統具備參數設置、單項測試、元件測試、零點標定、實時測試、過程直觀、一鍵停機等功能。

參數設置：可以對各項試驗過程的運動參數、曲線形式、合格標準等參數進行設置；單項測試：系統對單個項目進行試驗，試驗項目具有完全的任意選擇權，可以根據技術要求，選擇任何一個項目進行試驗；元件測試：對試驗臺關鍵零部件進行測試，可隨時掌握關鍵零部件的性能狀況，一般故障自行解決。同時，該功能還可完成手動工況調整；零點標定：對系統所使用的傳感器進行在線零點標定，不必用復雜專業的放大電路調整；實時測試：試驗過程中對各參數數據進行實時顯示，同時對試驗過程進行實時輸出；過程直觀：試驗過程中曲線同步顯示，直觀、實時、動態的展現試驗結果；一鍵停機：無論在什么狀態下，均可做到一鍵停機復位，提高了系統的安全系數[4]。

2、測試系統設計

2.1 硬件設計

試驗臺硬件設計包括助力泵站模塊、加載泵站模塊、伺服正向輸入驅動模塊、伺服逆向輸入驅動模塊和液壓擺缸輸出加載模塊五個核心模塊[5]，如圖1所示。其中，伺服正向輸入驅動模塊由動力源模塊（伺服電機、減速機）和功能檢測模塊（角度編碼器、扭矩傳感器），通過同步帶并聯而成。

圖1　硬件模塊結構示意圖

2.2 軟件設計

試驗臺系統軟件采用VB作為主要編程語言。軟件采用模塊化設計，系統主要由數據采集、數據處理、曲線繪制、數據存儲、報告打印及人機交互界面等幾部分組成。試驗主界面如圖2所示，分為上、中、下、左四大區域，下面對各個區域及其功能作詳細說明[6]。

上面區域為菜單欄，包括文件、編輯、模塊、報告、退出五個菜單，主要對用戶、產品型號、試驗過程參數、數據查詢、打印報告等進行自定義設置。

中間區域為信息輸出區，包括實時數據、實時曲線、型號信息、試驗結果數據，主要對各試驗過程數據、曲線、狀態進行實時監控和顯示。顯示型號信息，判定試驗結果并顯示是否合格。

下面區域為狀態區，實時顯示試驗過程中的試驗狀態和試驗臺狀態信息。

左面區域為功能區，采用卷展欄式，包括試驗項目、功能項目、歷史曲線，可以對試驗過程進行自定義選擇，同時可以查看試驗歷史曲線。

圖2　試驗主界面圖

在試驗過程中，所有的壓力、轉矩、轉角等數據都是按照真實的物理時間進行實時采集，并記錄在數據文件和數據庫中[7]。數據采集采用軟件觸發和硬件觸發方式，結合采集單元提供的采集方式，可通過兩種方式控制啟動信號，一是通過軟件來控制這個啟動信號，二是采用板卡內部的專門時鐘自動控制這個啟動信號。

可對傳感器進行定期的標定，適用于用戶進行傳感器的零點標定[8]。數據采集系統的模擬信號一般含有多種噪音和干擾，為了對信號進行準確測量，除了對零點進行校準，采用了數字濾波技術，不增加硬件，而且可靠性好。通過反復試驗，對不同的信號類型采用不同的濾波方法。如有限幅濾波法、中位值濾波法、算術平均值法等方法[9]。

3、測試系統實現

3.1 試驗內容

根據試驗設計要求，應能自動進行以下試驗項目，生成試驗報告并可根據給定指標對合格與否進行判定[10]。試驗項目包括：空載轉動力矩、方向盤總圈數；轉向力特性試驗、剛度試驗；油壓試驗；輸入輸出特性試驗；靈敏度試驗；自由間隙試驗；功能試驗；內泄漏試驗；逆向空載試驗；空載流量特性試驗；加載流量特性試驗；流量跟隨特性試驗；手感試驗等項目。以逆向空載試驗生成的試驗報告，如圖3所示。

圖3　試驗報告圖

3.2 試驗運行

通過試樣安裝→試樣置位→零點標定→元件測試→參數設置→試驗啟動的流程完成各項試驗，試驗運行現場圖，如圖4所示。

圖4　試驗運行現場圖

4、結論

循環球動力轉向器性能試驗系統的設計、調試與試驗表明，筆者設計的試驗臺操作方便、快捷、可靠、安全。軟件系統采用按鈕式菜單操作，簡單明了，方便易用，能使操作人員在短短的十幾分鐘內迅速掌握使用方法，全程圖形界面，中文提示信息，交互式菜單操作，操作員不必記憶任何命令。系統轉向軸驅動采用伺服無級調速系統，試驗過程中實時顯示性能曲線，試驗結果屏幕同步顯示。傳感器供電采用高精度線性電源，保證傳感器采集數據的真實性。試驗臺可以完成各項試驗項目，滿足性能試驗要求。根據設計要求，能自動進行各項試驗項目，生成試驗報告并可根據給定指標對合格與否進行判定。

參考文獻

[1] 趙萬忠,施國標,林逸,等．循環球式EPS系統助力特性控制策略研究[J]，北京理工大學學報，2008，28(8):702-706.

[2] 歐陽光明,李曉梯,才維富,等.新型汽車轉向器總成性能試驗臺的開發[J].長春工程學院學報(自然科學版),2014/(2):62-65.

[3] 武志明.電動助力轉向控制器基本性能試驗臺研究[D].東北林業大學,2014.

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

[5] 雷龍超.基于齒輪齒條轉向器試驗臺的研究[D].長春理工大學,2013.

[6] 鄧娥,趙燕,呂旺.汽車電動助力轉向器性能試驗臺測控系統設計[J].重型汽車,2013(6):27-29.

[7] 諶發坤,胡宏,章士華.齒輪齒條式轉向系統五軸試驗臺的設計與研究[J].汽車技術,2015(6):40-44.

[8] 趙世強.商用車循環球EPS試驗臺開發與研究[D].吉林大學,2011.

[9] 鄧娥,趙燕,呂旺.汽車電動助力轉向器性能試驗臺測控系統設計[J].汽車工程師,2014(3):31-34.

[10] 仇屹玨,陳靖芯.汽車電動助力轉向系統實驗臺架的設計[J].揚州大學學報(自然科學版),2010,13(1):71-74.

Design and Implementation For Performance Test System of Recirculating Ball Power Steering

You Zhuan, Li Renhe, Liu Qiongqiong, Xu Qiang
（Department of Automobile Engineering, Huaian College of Information Technology, Anhui Huaian 223003）

Abstract:According to the functional requirements for the performance test bench of the recirculating ball power steering, the performance test system of the circular ball power steering gear is designed.The steering input is driven by servo motor.The load resistance on the output is simulated by the electric servo hydraulic swing cylinder.Using VB to obtain the acquisition card driver function in the data acquisition of the test bench, to collect the sensor output signal.The system can monitor real-time data, render real-time curves, and can make the test results according to the evaluation criteria to judge.Test results show that the system has good performance and reliable operation，the design of hardware and software of the system can meet the design specifications，accuracy and real-time of the system can meet the design standards, security risks of the actual vehicle test result blindly can been avoided.

Keywords:Recirculating ball power steering; Performance Test System; servo motor; hydraulic swing cylinder

基金項目：江蘇省自然科學基金資助項目（BK20131217），淮安市科技計劃資助項目（HAG2013050）。

作者簡介：游專，副教授，博士，就職于淮安信息職業技術學院汽車工程系。主要從事汽車機電一體化研究。

中圖分類號：U467.3

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)03-138-03