電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器阻力模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)

郭艷玲　寧禮佳　李志鵬　王天琪

摘要介紹了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器阻力模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)方法，并根據(jù)實(shí)際汽車運(yùn)行過程中路面產(chǎn)生的阻力特點(diǎn)，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，單片機(jī)分析控制磁粉制動(dòng)器加載方式，來模擬駕駛員操作方向盤手力和轉(zhuǎn)向路面阻力，達(dá)到實(shí)際模擬仿真的效果，通過采集卡與上位機(jī)檢測(cè)及顯示輸出狀態(tài)。介紹了模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)、工作原理、硬件設(shè)計(jì)，并通過實(shí)際搭建的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，驗(yàn)證了該控制系統(tǒng)的可行性。認(rèn)為農(nóng)用機(jī)械也將逐漸使用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器，此實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)可為以后農(nóng)用機(jī)械電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)制造做準(zhǔn)備。

關(guān)鍵詞電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器；阻力模擬；伺服電機(jī)；磁粉制動(dòng)器；農(nóng)用機(jī)械

中圖分類號(hào)S24文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）22-07670-02

EPS（Electric Power Steer）電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種直接依靠電機(jī)提供輔助扭矩的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，通過使用電機(jī)產(chǎn)生助力，免去使用液壓結(jié)構(gòu)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，更能體現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的理念[1-2]?，F(xiàn)在對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器的研究已經(jīng)成為熱門[3]，但是針對(duì)其測(cè)試系統(tǒng)的研究卻很匱乏，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向阻力模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)是為進(jìn)行電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器測(cè)試時(shí)提供阻力，利用此實(shí)驗(yàn)臺(tái)可以模擬汽車在道路運(yùn)行時(shí)真實(shí)阻力狀態(tài)，提供阻力源[4-5]。

通過對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)，使得對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器的測(cè)試更實(shí)際化、安全化、準(zhǔn)確化，為電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器可以在實(shí)際汽車使用方面提供有利數(shù)據(jù)及保障。

1電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器阻力模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。實(shí)驗(yàn)臺(tái)所需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、扭矩傳感器、聯(lián)軸器、EPS助力電機(jī)的裝卡槽以及磁粉制動(dòng)器組成。圖1實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)示意圖由圖1可知，輸入端包括伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)，減速器，扭矩傳感器，光電軸角編碼器以及聯(lián)軸器，用來加載和驅(qū)動(dòng)輸入軸，來模擬駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的手力。輸出端包括扭矩傳感器、磁粉制動(dòng)器、聯(lián)軸器、以及磁粉制動(dòng)器控制器，用于加載和驅(qū)動(dòng)輸出軸，來模擬汽車轉(zhuǎn)向時(shí)路面對(duì)其阻力矩[6-9]。這里主要對(duì)磁粉制動(dòng)器的控制過程進(jìn)行詳細(xì)的介紹，實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用磁粉制動(dòng)器控制系統(tǒng)來模擬路面轉(zhuǎn)向阻力，按照汽車實(shí)際行駛轉(zhuǎn)向時(shí)路面提供的阻力來控制磁粉制動(dòng)器輸出力矩[10-14]。主要硬件包括磁粉制動(dòng)器、WLK程控電源、單片機(jī)及角度傳感器等。單片機(jī)采集角度信號(hào)，按照轉(zhuǎn)向阻力的數(shù)學(xué)關(guān)系來調(diào)節(jié)程控電源輸出電流的大小，最終實(shí)現(xiàn)磁粉制動(dòng)器的輸出需要的負(fù)載類型。

2磁粉制動(dòng)器控制電路設(shè)計(jì)

阻力模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的工作原理框圖如圖2所示，單片機(jī)通過檢測(cè)角度傳感器傳來的脈沖信號(hào)進(jìn)行分析并輸出，由于磁