一種汽車電動助力轉向裝置總成性能試驗臺

閆占輝，關鐵鷹，劉鑫

（1.長春工程學院機電學院，吉林 長春 130012；2.長春科威機械有限責任公司，吉林 長春 130103）

一種汽車電動助力轉向裝置總成性能試驗臺

閆占輝1，關鐵鷹1，劉鑫2

（1.長春工程學院機電學院，吉林 長春 130012；2.長春科威機械有限責任公司，吉林 長春 130103）

為提高汽車電動助力轉向裝置的質量，減輕檢測人員的勞動強度，降低生產成本，開發(fā)了汽車電動助力轉向器總成性能試驗臺。所開發(fā)的汽車電動助力轉向系統(tǒng)綜合性能試驗臺，能對C-EPS各種類型的電動助力轉向裝置的性能進行全面測試。與現(xiàn)有電動助力轉向系統(tǒng)綜合性能試驗臺相比，能提供實時的車輛動力學仿真環(huán)境，可完成對汽車電動助力轉向器總成性能的多項試驗。

電動助力轉向器；總成；試驗臺

KCLC NO.:U471.21Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)03-48-02

前言

汽車電動助力轉向裝置（簡稱EPS）是隨著汽車性能提高和駐車時的轉向輕便性、高速時操縱穩(wěn)定性的要求，現(xiàn)代控制技術和電子技術的迅猛發(fā)展應運而生的。與其它的轉向系統(tǒng)相比，它具有節(jié)約燃料、減輕自重、提高主動安全性等優(yōu)點；并可以在不改變系統(tǒng)結構的情況下，通過改變系統(tǒng)的控制策略和程序，來滿足不同車型EPS的需要[1-3]。

EPS作為汽車的關鍵部件之一，對其傳統(tǒng)的檢測方法有兩種：一種是利用計算機仿真分析的方式，另一種是進行實車試驗。前者的特點是分析速度快、周期短，且能夠在危險工況下工作，但是難以反映產品在復雜路況及不同行車環(huán)境下的性能；而后者是最終驗證產品性能的有效手段，但是由于其費時費力，成本高、周期長，在某些極限工況下還有危險性，試驗臺恰恰是集二者的優(yōu)點于一身，它不僅能夠為汽車電動轉向器提供有效的路況信息及行車環(huán)境的各種參數,而且能快速有效地分析檢測結果。

目前開發(fā)的EPS總成性能試驗臺，一般單獨采用彈簧加載方式，這種加載方式的優(yōu)點是結構簡單、成本較低，但提供的線型加載裝置不能保持長期穩(wěn)定，而且負載裝置調整不方便，測試精度低，從而不能準確地模擬汽車在各種轉向工況下的轉向阻力。部分試驗臺采用基于PLC控制的液壓加載系統(tǒng)，造成控制系統(tǒng)復雜，液壓油造成環(huán)境污染，液壓系統(tǒng)工作時噪聲較大；裝夾不便，不易拆卸[4-5]。試驗臺檢測產品時，除了保證檢驗的試驗項目外，還應提高檢驗效率，這就要求產品應裝夾方便,易于拆卸。要解決以上問題，應在充分考慮試驗臺先進性、可靠性、穩(wěn)定性和高效率的前提下，要求試驗臺結構美觀、智能化高、部件裝夾方便、功能完善、縮短產品測試時間并盡量降低噪聲，以適合于大批量生產。

1、EPS總成性能試驗臺工作原理

所開發(fā)的EPS總成性能試驗臺包括操縱力矩輸入裝置、電動助力轉向裝置、支承裝置、臺架、加載裝置；操縱力矩輸入裝置、加載裝置分別設置在臺架的左端和右端，支承裝置用于安裝和支承試驗件—電動助力轉向裝置，支承裝置可橫向移動，便于EPS總成的裝卸，上述各部分安裝在臺架上。具體原理與結構如圖1和圖2所示。

操縱力矩輸入裝置包括輸入伺服電機14，輸入伺服電機安裝在輸入裝置支撐座15上，輸入伺服電機與EPS總成8的動力輸入端相連。

支承裝置設置在輸入裝置和加載裝置之間；支承裝置包括：橫向滑臺17、縱向滑臺18、固定座161、立柱162、套筒163、固定螺栓164、定位及支承165、166；橫向滑臺、縱向滑臺相互垂直，縱向滑臺位于橫向滑臺上部，橫向滑臺安裝在臺架1上；固定座均位于縱向滑臺的上部，左右兩側各一個；立柱設置在固定座上，圓柱形立柱上設有鍵槽；套筒安裝在立柱上，套筒上設有固定螺栓，其位置與立柱上的鍵槽相對應。

加載裝置位于試驗臺的左側，用于模擬輪胎與地面接觸阻力產生的力矩，包括：（1）電動伺服缸2和支座21；其中支座固定在臺架上，電動伺服缸固定支座上，電動伺服缸活塞桿固定在加載裝置支撐座4上，用于電動助力轉向裝置的軸向定位、夾緊和松開；（2）加載伺服電機3、扭簧座19、扭簧21、連接軸20；加載伺服電機安裝在加載裝置支撐座上，扭簧座設置在加載裝置支撐座的內部，與其軸接，扭簧座一端與加載伺服電機相連；扭簧安裝在扭簧座內部，扭簧一端與扭簧座固定連接；連接軸與扭簧另一端固定；連接軸與電動助力轉向裝置的動力輸出端82相連。采用伺服電機與扭簧彈性體相結合，較好地解決了恒定負載問題。

圖1 電動助力轉向裝置總成性能試驗臺的原理示意圖

圖2 電動助力轉向裝置總成性能試驗臺的支承結構圖

2、EPS總成性能試驗臺試驗過程

試驗過程中，可以通過輸入扭矩傳感器、加載扭矩傳感器來獲取EPS的輸入扭矩和輸出扭矩，二者的差值即為EPS所提供的扭矩；還可以通過編碼器獲取EPS的轉角與所施加的扭矩的關系。其中輸入伺服電機模擬汽車方向盤，提供C-EPS模擬輸入轉矩。輸入伺服電機所提供的輸入轉矩及轉矩方向要通過模擬方向盤才能夠加載到EPS上，EPS輸入端的伺服電機可以模擬駕駛員對方向盤的操作,并且可以很精確的控制輸入伺服電機的旋轉速度和角度。加載扭矩傳感器用于測量模擬方向盤所提供的扭矩大小。立柱上外有套筒可沿著立柱上下運動，通過與套筒相連接的固定螺栓實現(xiàn)軸向鎖緊，同時，固定螺栓未鎖緊時，固定螺栓與套筒一起可沿著套筒上下運動，但不能轉動，保證電動助力轉向裝置的正確定位位置。這樣可以滿足不同型號多個品種，其固定位置可能有所差別，使其在傳動軸軸線方向可以調節(jié)移動的需要。加載裝置用于提供C-EPS輸出端的模擬來自路面的轉向負載，通過對加載伺服電機和扭簧的扭矩和加載波形的調節(jié)可實現(xiàn)被測 EPS 的動力輸入端加載，從而為電子控制單元提供轉向信號。通過控制操縱力矩輸入裝置可以實現(xiàn)轉向操縱力矩的變化趨勢與實際工況基本一致，根據輸入扭矩傳感器反饋量控制操縱力矩輸入裝置，通過控制輸出端可以實現(xiàn)轉向負載的變化趨勢與路面行駛一致。然后通過數據采集系統(tǒng)采集相應的轉矩、轉角等信號，通過人機交互的界面顯示到計算機上，以此來檢測EPS是否符合助力要求。

3、結束語

所開發(fā)的汽車EPS總成性能試驗臺，能對C-EPS各種類型的EPS總成的性能進行全面測試。與現(xiàn)有EPS總成性能試驗臺相比，控制系統(tǒng)實時性好，能提供實時的車輛動力學仿真環(huán)境，可進行全面的EPS高精度多項試驗。該試驗臺還具有功能多樣、可便捷移動、反饋及時、操作簡單、顯示直觀等優(yōu)點。

[1] 何仁,苗立東,葉紅弟.汽車電動助力轉向裝置的安全性探討[J].中國安全科學學報,2004,10∶72-75+2.

[2] 鄭瀟瀟,顏堯,車佳黎.汽車電動助力轉向裝置標準的解讀與分析[J].汽車零部件,2015,04∶64-67.

[3] 翟紹春,閔新和,黃志堅,譚仲毅.汽車電動助力轉向裝置試驗臺測控系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].機床與液壓,2008,12∶141-143+157.

[4] 華江峰.汽車電動助力轉向裝置的性能測試系統(tǒng)[D].南京林業(yè)大學,2005.

[5] 朱金龍.分段模糊PID控制在電動助力轉向裝置性能試驗臺中的應用[D].遼寧工學院,2007.

A New-type Automobile Electric power Steering Assembly’s Test Table

Yan Zhanhui1, Guan Tieying1, Liu Xin2
（1.School of Mechatronics Engineering, Changchun Institute of Technology, Jilin Changchun 130012; 2.Changchun Kewei Machine M/C Co., Ltd, Jilin Changchun 130103）

In order to improve the automobile electric power steering assembly’s production quality, reduce the labor intensity and production costs, developed the automobile electric power steering assembly’s test table, which can check all kinds of C-EPS, compare it with others, it can provide real simulation conditions, and many function tests.

Automobile electric power steering; Assembly; Test table

U471.21

A

1671-7988(2017)03-48-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.03.019

閆占輝（1968，8-），男（漢），吉林長春人，教授，主要從事精密制造工藝及裝備的研究?；痦椖浚杭质∈〖壗洕Y構戰(zhàn)略調整引導資金專項項目（合同號：2014y120）。