循环球动力转向器性能测试系统设计与实现

游专，李仁和，刘琼琼，许强

（淮安信息职业技术学院汽车工程系，江苏 淮安 223003）



循环球动力转向器性能测试系统设计与实现

游专，李仁和，刘琼琼，许强

（淮安信息职业技术学院汽车工程系，江苏 淮安 223003）

摘 要：针对循环球动力转向器性能试验台架的功能要求，设计了循环球动力转向器性能测试系统。该系统选用伺服电机驱动转向器的输入端，电动伺服液压摆动缸对输出端加载模拟阻力，通过VB编程调取采集卡相关驱动函数进行试验台的数据采集。系统能实时监控数据，实时绘制曲线，并能依据评价标准对测试结果做出合格与否判断。试验结果表明：该系统性能良好、工作可靠，软硬件设计符合设计规范，其精度及实时性能达到了设计目标，避免了盲目进行实车试验造成的安全隐患。

关键词：循环球动力转向器；性能测试系统；伺服电机；液压摆动缸

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

转向器作为汽车主动安全的关键组成部件，已随着汽车工业的迅猛崛起而快速发展[1]。循环球转向器操作轻便，工作平稳可靠，使用寿命长，广泛的应用于商用车和越野车，其基本性能也更受重视。因此，搭建一个高精度、低成本的试验台对循环球转向器进行实际车况模拟和基本性能检测显得尤为重要[2]。参照我国汽车行业的标准QC/T529-2000《汽车动力转向器总成台架试验方法》，QC/T530-2000《汽车动力转向器总成技术条件》和QC/T29096-92《汽车转向器总成台架试验方法》规定，考虑经济成本以及控制精度，采用交流伺服技术、智能集成技术与微机测控技术，建立了循环球动力转向器性能测试试验台，为循环球批量化制造生产，整车装配提供技术支持[3]。

1、系统功能描述

系统具备参数设置、单项测试、元件测试、零点标定、实时测试、过程直观、一键停机等功能。

参数设置：可以对各项试验过程的运动参数、曲线形式、合格标准等参数进行设置；单项测试：系统对单个项目进行试验，试验项目具有完全的任意选择权，可以根据技术要求，选择任何一个项目进行试验；元件测试：对试验台关键零部件进行测试，可随时掌握关键零部件的性能状况，一般故障自行解决。同时，该功能还可完成手动工况调整；零点标定：对系统所使用的传感器进行在线零点标定，不必用复杂专业的放大电路调整；实时测试：试验过程中对各参数数据进行实时显示，同时对试验过程进行实时输出；过程直观：试验过程中曲线同步显示，直观、实时、动态的展现试验结果；一键停机：无论在什么状态下，均可做到一键停机复位，提高了系统的安全系数[4]。

2、测试系统设计

2.1 硬件设计

试验台硬件设计包括助力泵站模块、加载泵站模块、伺服正向输入驱动模块、伺服逆向输入驱动模块和液压摆缸输出加载模块五个核心模块[5]，如图1所示。其中，伺服正向输入驱动模块由动力源模块（伺服电机、减速机）和功能检测模块（角度编码器、扭矩传感器），通过同步带并联而成。

图1　硬件模块结构示意图

2.2 软件设计

试验台系统软件采用VB作为主要编程语言。软件采用模块化设计，系统主要由数据采集、数据处理、曲线绘制、数据存储、报告打印及人机交互界面等几部分组成。试验主界面如图2所示，分为上、中、下、左四大区域，下面对各个区域及其功能作详细说明[6]。

上面区域为菜单栏，包括文件、编辑、模块、报告、退出五个菜单，主要对用户、产品型号、试验过程参数、数据查询、打印报告等进行自定义设置。

中间区域为信息输出区，包括实时数据、实时曲线、型号信息、试验结果数据，主要对各试验过程数据、曲线、状态进行实时监控和显示。显示型号信息，判定试验结果并显示是否合格。

下面区域为状态区，实时显示试验过程中的试验状态和试验台状态信息。

左面区域为功能区，采用卷展栏式，包括试验项目、功能项目、历史曲线，可以对试验过程进行自定义选择，同时可以查看试验历史曲线。

图2　试验主界面图

在试验过程中，所有的压力、转矩、转角等数据都是按照真实的物理时间进行实时采集，并记录在数据文件和数据库中[7]。数据采集采用软件触发和硬件触发方式，结合采集单元提供的采集方式，可通过两种方式控制启动信号，一是通过软件来控制这个启动信号，二是采用板卡内部的专门时钟自动控制这个启动信号。

可对传感器进行定期的标定，适用于用户进行传感器的零点标定[8]。数据采集系统的模拟信号一般含有多种噪音和干扰，为了对信号进行准确测量，除了对零点进行校准，采用了数字滤波技术，不增加硬件，而且可靠性好。通过反复试验，对不同的信号类型采用不同的滤波方法。如有限幅滤波法、中位值滤波法、算术平均值法等方法[9]。

3、测试系统实现

3.1 试验内容

根据试验设计要求，应能自动进行以下试验项目，生成试验报告并可根据给定指标对合格与否进行判定[10]。试验项目包括：空载转动力矩、方向盘总圈数；转向力特性试验、刚度试验；油压试验；输入输出特性试验；灵敏度试验；自由间隙试验；功能试验；内泄漏试验；逆向空载试验；空载流量特性试验；加载流量特性试验；流量跟随特性试验；手感试验等项目。以逆向空载试验生成的试验报告，如图3所示。

图3　试验报告图

3.2 试验运行

通过试样安装→试样置位→零点标定→元件测试→参数设置→试验启动的流程完成各项试验，试验运行现场图，如图4所示。

图4　试验运行现场图

4、结论

循环球动力转向器性能试验系统的设计、调试与试验表明，笔者设计的试验台操作方便、快捷、可靠、安全。软件系统采用按钮式菜单操作，简单明了，方便易用，能使操作人员在短短的十几分钟内迅速掌握使用方法，全程图形界面，中文提示信息，交互式菜单操作，操作员不必记忆任何命令。系统转向轴驱动采用伺服无级调速系统，试验过程中实时显示性能曲线，试验结果屏幕同步显示。传感器供电采用高精度线性电源，保证传感器采集数据的真实性。试验台可以完成各项试验项目，满足性能试验要求。根据设计要求，能自动进行各项试验项目，生成试验报告并可根据给定指标对合格与否进行判定。

参考文献

[1] 赵万忠,施国标,林逸,等．循环球式EPS系统助力特性控制策略研究[J]，北京理工大学学报，2008，28(8):702-706.

[2] 欧阳光明,李晓梯,才维富,等.新型汽车转向器总成性能试验台的开发[J].长春工程学院学报(自然科学版),2014/(2):62-65.

[3] 武志明.电动助力转向控制器基本性能试验台研究[D].东北林业大学,2014.

[4] 何志锋.齿轮齿条式动力转向器性能测试系统研究[D].长春理工大学,2014.

[5] 雷龙超.基于齿轮齿条转向器试验台的研究[D].长春理工大学,2013.

[6] 邓娥,赵燕,吕旺.汽车电动助力转向器性能试验台测控系统设计[J].重型汽车,2013(6):27-29.

[7] 谌发坤,胡宏,章士华.齿轮齿条式转向系统五轴试验台的设计与研究[J].汽车技术,2015(6):40-44.

[8] 赵世强.商用车循环球EPS试验台开发与研究[D].吉林大学,2011.

[9] 邓娥,赵燕,吕旺.汽车电动助力转向器性能试验台测控系统设计[J].汽车工程师,2014(3):31-34.

[10] 仇屹珏,陈靖芯.汽车电动助力转向系统实验台架的设计[J].扬州大学学报(自然科学版),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

基金项目：江苏省自然科学基金资助项目（BK20131217），淮安市科技计划资助项目（HAG2013050）。

作者简介：游专，副教授，博士，就职于淮安信息职业技术学院汽车工程系。主要从事汽车机电一体化研究。

中图分类号：U467.3

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)03-138-03