液壓助力轉(zhuǎn)向泵模擬加載裝置測(cè)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

牟一今， 滕勤， 溫吉輝， 王善強(qiáng)

(1.合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院， 安徽 合肥 230009； 2.安徽江淮汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心， 安徽 合肥 230601)

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·測(cè)試與診斷·

液壓助力轉(zhuǎn)向泵模擬加載裝置測(cè)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

牟一今1， 滕勤1， 溫吉輝1， 王善強(qiáng)2

(1.合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院， 安徽 合肥 230009； 2.安徽江淮汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心， 安徽 合肥 230601)

為了在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)中能夠按照試驗(yàn)規(guī)范控制液壓助力轉(zhuǎn)向泵的載荷，研制了轉(zhuǎn)向泵模擬加載裝置測(cè)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由基于16位微控制器的測(cè)控單元、伺服驅(qū)動(dòng)器和工控機(jī)組成，利用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)上、下位機(jī)通信，實(shí)時(shí)測(cè)量油壓、油溫和轉(zhuǎn)向阻力等參數(shù)，根據(jù)獲取的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架控制系統(tǒng)試驗(yàn)開(kāi)始標(biāo)志來(lái)保持時(shí)間同步，通過(guò)控制機(jī)械轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)角來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向泵的載荷。試驗(yàn)結(jié)果表明，測(cè)控系統(tǒng)完全滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中對(duì)轉(zhuǎn)向泵連續(xù)加載要求。

發(fā)動(dòng)機(jī)； 液壓助力轉(zhuǎn)向泵； 加載裝置； 測(cè)控系統(tǒng)

液壓助力轉(zhuǎn)向泵為汽車(chē)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供動(dòng)力，由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸通過(guò)皮帶驅(qū)動(dòng)。實(shí)際工作時(shí)，轉(zhuǎn)向泵對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)施加不規(guī)則變化的負(fù)載，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸前端斷裂和前罩殼出現(xiàn)裂紋[1-2]。傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)由于受臺(tái)架硬件的限制，轉(zhuǎn)向泵一般處于空載狀態(tài)，試驗(yàn)條件與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作狀況存在差異。隨著對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性要求的不斷提高，需要在發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性(特別是交變載荷)試驗(yàn)中使轉(zhuǎn)向泵帶載運(yùn)行，因此，需要單獨(dú)開(kāi)發(fā)一套轉(zhuǎn)向泵模擬加載裝置及其相應(yīng)的測(cè)控系統(tǒng)。

轉(zhuǎn)向泵模擬加載通常利用各種控制閥調(diào)節(jié)泵輸出端油壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，按照試驗(yàn)規(guī)范在發(fā)動(dòng)機(jī)不同的穩(wěn)態(tài)工況點(diǎn)施加周期性載荷或恒定載荷。陳翠翠等提出了一種液壓泵交變加載方案，由設(shè)置在高壓油路上的直動(dòng)式比例溢流閥來(lái)產(chǎn)生轉(zhuǎn)向泵阻力，利用時(shí)間繼電器控制電磁三通閥切換高、低壓油路，形成恒定頻率和幅值的沖擊載荷[3]。盧洪泉提出一種轉(zhuǎn)向泵模擬加載方案，上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泵轉(zhuǎn)速、油壓和油溫，利用PLC分別控制電磁換向閥和電液比例溢流閥，開(kāi)環(huán)控制交變載荷頻率和幅值，閉環(huán)控制恒定載荷壓力[1,4-5]。王雷鳴等提出一種轉(zhuǎn)向泵輸出壓力幅值分級(jí)調(diào)節(jié)的加載方案，加載單元由一個(gè)電磁閥和一個(gè)調(diào)壓閥組成，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況，臺(tái)架控制系統(tǒng)控制油路在4個(gè)加載單元之間切換，得到不同的轉(zhuǎn)向泵輸出壓力。智能控制儀表通過(guò)比例開(kāi)度閥控制液壓油冷卻器的水流量以控制油溫[6]。杜瑋珂等提出一種轉(zhuǎn)向泵載荷連續(xù)可調(diào)的方案，電控箱監(jiān)測(cè)油壓和油溫并控制壓力控制閥，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向泵加減載和保持設(shè)定的壓力，帶有板式熱交換器的冷卻系統(tǒng)通過(guò)電磁閥控制冷卻水流量，以保持規(guī)定的液壓油溫度[7]。

為了使液壓助力轉(zhuǎn)向泵加載試驗(yàn)更貼近整車(chē)真實(shí)運(yùn)行狀況，并能夠按照試驗(yàn)規(guī)范與發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架控制系統(tǒng)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向泵壓力的同步連續(xù)調(diào)節(jié)，本研究基于自行研制的轉(zhuǎn)向泵模擬加載裝置開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的測(cè)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

1.1 轉(zhuǎn)向泵模擬加載裝置

轉(zhuǎn)向泵模擬加載裝置由直流伺服電機(jī)、減速器、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、阻力彈簧、冷卻器和測(cè)控系統(tǒng)組成(見(jiàn)圖1)。

系統(tǒng)采用產(chǎn)品汽車(chē)上的整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器，由齒輪齒條式機(jī)械轉(zhuǎn)向器、控制閥、動(dòng)力缸和轉(zhuǎn)向橫拉桿組成。伺服電機(jī)通過(guò)行星減速器和萬(wàn)向節(jié)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向軸旋轉(zhuǎn)，模擬駕駛員的轉(zhuǎn)向動(dòng)作。橫拉桿的一端安裝有阻力彈簧，用于模擬車(chē)輪轉(zhuǎn)向阻力。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向軸旋轉(zhuǎn)一定角度時(shí)，彈簧對(duì)橫拉桿施加相應(yīng)的阻力，轉(zhuǎn)向泵需提供相應(yīng)的輸出油壓，使動(dòng)力缸活塞兩端壓差產(chǎn)生的推力與阻力平衡。通過(guò)控制轉(zhuǎn)向軸的旋轉(zhuǎn)角，使彈簧產(chǎn)生不同的阻力，即可控制轉(zhuǎn)向泵輸出不同的壓力，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向泵的載荷。冷卻液經(jīng)熱交換器帶走液壓油熱量，確保油溫保持在合理范圍內(nèi)，冷卻速率通過(guò)管路閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)。在轉(zhuǎn)向泵輸出油路上安裝壓力和溫度傳感器，用于測(cè)量油壓和油溫。橫拉桿上安裝拉壓力傳感器，用于測(cè)量轉(zhuǎn)向阻力。限位開(kāi)關(guān)用于保證轉(zhuǎn)向橫拉桿不超出極限位置。

1.2 測(cè)控系統(tǒng)

如圖2所示，測(cè)控系統(tǒng)由傳感器、前臺(tái)測(cè)控單元、伺服驅(qū)動(dòng)器和工控機(jī)組成，對(duì)采集的拉力、油壓和油溫等試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、顯示和存儲(chǔ)，控制直流伺服電機(jī)使轉(zhuǎn)向角達(dá)到設(shè)定的位置。

拉壓力、油壓和油溫傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成4～20 mA的電流信號(hào)輸入至測(cè)控單元。測(cè)控單元基于16位微控制器MC9S12XET256開(kāi)發(fā)，負(fù)責(zé)采集、處理傳感器數(shù)據(jù)和電機(jī)控制。測(cè)控單元通過(guò)以太網(wǎng)接口與工控機(jī)相連，通過(guò)RS-232接口與伺服驅(qū)動(dòng)器相連。伺服驅(qū)動(dòng)器接收測(cè)控單元的控制指令，結(jié)合增量式光電編碼器對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制。工控機(jī)通過(guò)兩個(gè)RS-232接口分別偵聽(tīng)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架控制系統(tǒng)上、下位機(jī)的通信內(nèi)容，獲取試驗(yàn)循環(huán)開(kāi)始標(biāo)志、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩和油門(mén)開(kāi)度等信息。系統(tǒng)基于時(shí)間同步的方式，由試驗(yàn)循環(huán)開(kāi)始標(biāo)志觸發(fā)，使測(cè)控系統(tǒng)與臺(tái)架控制系統(tǒng)同步進(jìn)入試驗(yàn)循環(huán)。測(cè)控系統(tǒng)主要部件技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 測(cè)控系統(tǒng)主要部件技術(shù)參數(shù)

2 測(cè)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

測(cè)控系統(tǒng)硬件主要由核心電路、模擬信號(hào)調(diào)理電路和通信接口電路組成。

2.1 模擬信號(hào)調(diào)理與通信接口

模擬信號(hào)調(diào)理電路負(fù)責(zé)對(duì)傳感器輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、濾波和阻抗變換。變送器輸出的4～20 mA電流信號(hào)由測(cè)控單元內(nèi)部的I/V變換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，通過(guò)一階低通濾波器濾波，再經(jīng)過(guò)由運(yùn)算放大器MCP6004構(gòu)成的電壓跟隨器進(jìn)行阻抗變換后輸入到單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換通道。

通信接口電路包括RS-232接口電路和以太網(wǎng)接口電路。RS-232接口采用MAX232芯片對(duì)單片機(jī)SCI模塊的CMOS電平和伺服驅(qū)動(dòng)器的RS-232電平進(jìn)行變換，用于單片機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)器的通信。以太網(wǎng)通信接口采用RTL8019AS以太網(wǎng)控制器[8]，以太網(wǎng)全雙工峰值通信速率可達(dá)10 Mbit/s，選用16位數(shù)據(jù)總線(xiàn)模式，單片機(jī)通過(guò)可編程外部總線(xiàn)與以太網(wǎng)控制器總線(xiàn)連接[8]。

2.2 伺服驅(qū)動(dòng)器

系統(tǒng)選用MOTEC α MLD系列伺服驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)向器的控制。驅(qū)動(dòng)器具有位置控制模式、速度控制模式和轉(zhuǎn)矩控制模式，集成PLC功能，帶有8個(gè)數(shù)字輸入、3個(gè)數(shù)字輸出和1個(gè)模擬輸入，支持增量式編碼器，并具有過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、溫度保護(hù)和I2T電流限制等功能。

選擇伺服驅(qū)動(dòng)器位置控制模式來(lái)控制電機(jī)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向器到達(dá)不同的角位置后鎖定，轉(zhuǎn)角位置由光電編碼器反饋至伺服驅(qū)動(dòng)器，并將限位開(kāi)關(guān)信號(hào)接入驅(qū)動(dòng)器數(shù)字輸入接口，用于實(shí)現(xiàn)遇限停機(jī)功能。驅(qū)動(dòng)器采用編碼器4倍頻技術(shù)以提高電機(jī)角位置的測(cè)量和控制精度，角位置測(cè)量和控制精度為2′。

伺服驅(qū)動(dòng)器的操作模式有網(wǎng)絡(luò)控制模式、脈沖控制模式和模擬量控制模式。為了便于控制電機(jī)和獲取伺服電機(jī)的角位置、限位開(kāi)關(guān)狀態(tài)等信息，選擇網(wǎng)絡(luò)控制模式，以命令應(yīng)答的方式控制驅(qū)動(dòng)器。

3 伺服驅(qū)動(dòng)器閉環(huán)控制系統(tǒng)

3.1 控制原理

MLD系列伺服驅(qū)動(dòng)器采用PID加前饋的控制模式，通過(guò)編碼器反饋電機(jī)實(shí)際位置，實(shí)際位置與目標(biāo)位置的偏差經(jīng)過(guò)PID控制器調(diào)節(jié)后輸出電壓控制信號(hào)，經(jīng)功率放大后驅(qū)動(dòng)電機(jī)。驅(qū)動(dòng)器控制回路如圖3所示，其外環(huán)為位置環(huán)，中間為速度環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)。通過(guò)控制位置和速度兩個(gè)狀態(tài)變量，使位置回路得到較好的性能。速度前饋和加速度前饋控制功能可以加快大慣量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

電機(jī)的電流和電壓為

Kd·ΔPerr+Kvp·Verr+Kap·Aerr+

Kvf·Vset+Kaf·Aset，

(1)

(2)

3.2 驅(qū)動(dòng)器控制器參數(shù)整定

為了保證控制器具有最佳的調(diào)節(jié)能力，需根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定，為此借助montionStrater軟件[9]整定驅(qū)動(dòng)器控制器參數(shù)。montionStrater是一款基于PC的MOTEC α系統(tǒng)調(diào)試軟件，用于驅(qū)動(dòng)器控制器參數(shù)整定時(shí)，可實(shí)時(shí)顯示目標(biāo)值與實(shí)際值曲線(xiàn)以便于評(píng)估控制器性能。

參數(shù)整定時(shí)，先進(jìn)行電流環(huán)參數(shù)整定，較好的電流環(huán)控制性能是良好的電機(jī)控制性能的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)行速度/位置閉環(huán)的調(diào)節(jié)。每個(gè)環(huán)參數(shù)整定按照先整定比例增益，再整定積分增益，最后整定微分增益的順序進(jìn)行。整定時(shí)，觀察系統(tǒng)的運(yùn)行情況，根據(jù)響應(yīng)曲線(xiàn)對(duì)參數(shù)反復(fù)調(diào)節(jié)，直至系統(tǒng)響應(yīng)情況良好，得到滿(mǎn)意的調(diào)節(jié)效果[10]。整定后的參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 控制器參數(shù)值

4 測(cè)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

測(cè)控單元軟件基于任務(wù)優(yōu)先級(jí)的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)來(lái)調(diào)度任務(wù)，提高軟件的執(zhí)行效率。主要任務(wù)包括A/D數(shù)據(jù)采集、以太網(wǎng)通信、伺服電機(jī)位置獲取、伺服電機(jī)故障信息獲取、伺服電機(jī)位置控制和伺服電機(jī)位置回零等。

系統(tǒng)啟動(dòng)后，主函數(shù)巡檢各個(gè)任務(wù)的標(biāo)志位并進(jìn)行函數(shù)調(diào)用，定時(shí)器模塊中斷函數(shù)負(fù)責(zé)精確計(jì)時(shí)，并觸發(fā)以太網(wǎng)通信任務(wù)、伺服電機(jī)位置獲取任務(wù)、伺服電機(jī)故障信息獲取任務(wù)和A/D轉(zhuǎn)換。A/D數(shù)據(jù)采集任務(wù)負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和轉(zhuǎn)換，由A/D轉(zhuǎn)換完成中斷觸發(fā)。以太網(wǎng)通信任務(wù)負(fù)責(zé)命令接收和數(shù)據(jù)上傳，處理來(lái)自上位機(jī)的命令，根據(jù)命令觸發(fā)相應(yīng)的伺服電機(jī)控制任務(wù)。

4.1 伺服電機(jī)位置回零

伺服電機(jī)采用絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的控制方式驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向軸，使橫拉桿運(yùn)動(dòng)，為此，以橫拉桿軸線(xiàn)為坐標(biāo)軸，彈簧處于自由狀態(tài)的位置為坐標(biāo)軸零點(diǎn)位置，此時(shí)編碼器計(jì)數(shù)為零。當(dāng)橫拉桿向彈簧被壓縮的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，編碼器計(jì)數(shù)值增加，反之，計(jì)數(shù)值減小，每一個(gè)計(jì)數(shù)值對(duì)應(yīng)一個(gè)坐標(biāo)位置。開(kāi)機(jī)時(shí)，編碼器計(jì)數(shù)值為零，但橫拉桿不一定在零點(diǎn)位置，這時(shí)需要將橫拉桿復(fù)零，并將編碼器計(jì)數(shù)歸零。

伺服電機(jī)回零函數(shù)流程見(jiàn)圖4。當(dāng)測(cè)控單元接收到來(lái)自上位機(jī)電機(jī)回零的命令時(shí)，向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送命令使能電機(jī)，并獲取限位開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，若低限位開(kāi)關(guān)未觸發(fā)，說(shuō)明橫拉桿未處在零點(diǎn)位置，則令伺服電機(jī)以相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式往回旋轉(zhuǎn)并判斷限位開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，直至橫拉桿回到零點(diǎn)位置觸發(fā)低限位開(kāi)關(guān)，歸零編碼器計(jì)數(shù)值。

4.2 后臺(tái)管理軟件

測(cè)控系統(tǒng)后臺(tái)管理軟件基于面向?qū)ο蟮目梢暬幊汰h(huán)境VB6.0開(kāi)發(fā)，借助虛擬儀表、數(shù)字顯示和控制旋鈕等模塊，操作人員可在控制的同時(shí)，實(shí)時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的參數(shù)變化情況。軟件功能包括用戶(hù)管理、試驗(yàn)圖譜參數(shù)設(shè)置、自動(dòng)加載控制、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)自動(dòng)保存和動(dòng)態(tài)回放等，其主界面見(jiàn)圖5。

試驗(yàn)時(shí)可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況設(shè)定轉(zhuǎn)向角大小來(lái)調(diào)節(jié)加載量，也可根據(jù)試驗(yàn)前預(yù)先設(shè)定的試驗(yàn)圖譜進(jìn)行自動(dòng)同步加載。試驗(yàn)圖譜參數(shù)主要包括轉(zhuǎn)角和時(shí)間，手動(dòng)和自動(dòng)加載均采用壓力開(kāi)環(huán)控制的方式。自動(dòng)同步加載時(shí)，后臺(tái)管理軟件監(jiān)聽(tīng)臺(tái)架控制系統(tǒng)的通信指令，進(jìn)入等待狀態(tài)，當(dāng)收到試驗(yàn)循環(huán)開(kāi)始標(biāo)志后，立刻與臺(tái)架控制系統(tǒng)同步進(jìn)入試驗(yàn)循環(huán)，并按照試驗(yàn)圖譜參數(shù)中的加載時(shí)刻，自動(dòng)調(diào)取相應(yīng)參數(shù)向測(cè)控單元發(fā)送轉(zhuǎn)向控制命令，對(duì)轉(zhuǎn)向泵施加相應(yīng)的載荷。

5 測(cè)試實(shí)例

試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)為某型號(hào)直列4缸柴油機(jī)，其配置的轉(zhuǎn)向泵最大壓力為 9 MPa，發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架配置FST2C發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。

5.1 轉(zhuǎn)向泵恒定加載試驗(yàn)

將發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架控制系統(tǒng)設(shè)置為恒轉(zhuǎn)調(diào)位模式，在發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)位置固定和轉(zhuǎn)速恒定的條件下，通過(guò)軟件設(shè)置對(duì)轉(zhuǎn)向泵進(jìn)行加載。

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 200 r/min、油門(mén)開(kāi)度為12%時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。圖中可見(jiàn)，隨著轉(zhuǎn)角的不斷增大，轉(zhuǎn)向泵的輸出壓力不斷增大，同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸輸出扭矩隨之減小，說(shuō)明轉(zhuǎn)向泵加載到發(fā)動(dòng)機(jī)上的載荷不斷增大；當(dāng)轉(zhuǎn)角逐漸減小時(shí)，油壓逐漸減小，扭矩逐漸增大，轉(zhuǎn)向泵加載到發(fā)動(dòng)機(jī)上的載荷逐漸減小。由此表明，測(cè)控系統(tǒng)能夠按照任意設(shè)定的轉(zhuǎn)向角來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向泵的壓力載荷。

5.2 自動(dòng)同步加載試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)選擇自動(dòng)加載模式與臺(tái)架控制系統(tǒng)協(xié)同進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖7。按照試驗(yàn)規(guī)范設(shè)置的試驗(yàn)圖譜參數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)一個(gè)循環(huán)歷時(shí)1 200 s，轉(zhuǎn)向泵在一個(gè)試驗(yàn)循環(huán)內(nèi)加載兩次，第一次加載設(shè)置在第270 s(此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速剛過(guò)渡至2 600 r/min)開(kāi)始，轉(zhuǎn)向角控制在300°，第480 s(此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速剛過(guò)渡至4 000 r/min)結(jié)束；第二次加載設(shè)置在第805 s(此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 600 r/min，即將過(guò)渡至4 000 r/min)開(kāi)始，轉(zhuǎn)向角控制在200°，第 1 015 s(此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為4 000 r/min，即將過(guò)渡至750 r/min)結(jié)束。由圖可見(jiàn)，測(cè)控系統(tǒng)能夠與臺(tái)架控制系統(tǒng)同步，按照預(yù)先設(shè)置的加載參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)向泵加載進(jìn)行試驗(yàn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

基于16位單片機(jī)設(shè)計(jì)了測(cè)控單元，通過(guò)上下位機(jī)協(xié)同控制的方式，進(jìn)行試驗(yàn)中傳感器數(shù)據(jù)采集、電機(jī)控制和數(shù)據(jù)通信。利用伺服電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向器，并采用光電編碼器4倍頻技術(shù)，提高了角位置的控制精度，電機(jī)角位置控制精度可達(dá)2′。后臺(tái)管理軟件通過(guò)識(shí)別試驗(yàn)開(kāi)始標(biāo)志的方式實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)間軸的同步，有效解決了轉(zhuǎn)向泵同步加載的問(wèn)題；軟件主界面以數(shù)字和圖表的形式顯示測(cè)量結(jié)果，便于簡(jiǎn)單直觀地觀測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)際測(cè)試結(jié)果表

明，液壓助力轉(zhuǎn)向泵模擬加載裝置測(cè)控系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足轉(zhuǎn)向泵壓力連續(xù)調(diào)節(jié)和自動(dòng)同步加載的要求，可用于發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架可靠性試驗(yàn)，使臺(tái)架試驗(yàn)環(huán)境更加貼近實(shí)際駕駛狀況。

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[編輯: 李建新]

Development of Measurement and Control System for Simulation Loading Device of Hydraulic Power Steering Pump

MU Yijin1, TENG Qin1, WEN Jihui1， WANG Shanqiang2

(1.School of Mechanical and Automotive Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China；2. Technical Center, Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Hefei 230601, China)

In order to control the load of hydraulic power steering pump according to the test specifications in engine test, a measurement and control system for a loading device was developed. The system was composed of measurement and control unit with a 16 bit microcontroller, servo motor driver and industrial control computer. Using Ethernet to realize the communication between upper and lower computer, the parameters such as the oil pressure, oil temperature and steering resistance were measured in real time. The synchronization time was defined according to the start flag from engine test bench system and the steering pump load was adjusted by controlling the angle of power steering gear. The test results show that the measurement and control system can meet the requirements of continuous loading for the steering pump in engine test

engine; hydraulic power steering pump; loading device; measurement and control system

2016-01-29;

2016-03-10

牟一今(1990—)，男，碩士，主要研究方向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試與控制技術(shù)； yijin116@163.com。

滕勤(1962—)，男，副教授，主要研究方向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試與控制技術(shù)；tengqin_7348@163.com。

10.3969/j.issn.1001-2222.2016.03.017

U463.4

B

1001-2222(2016)03-0088-05