汽车电动助力转向系统实验实训台架的制作方法

本实用新型专利属于汽车转向系统领域，具体涉及一种汽车电动助力转向系统实验实训台架。

背景技术：

随着技术的进步，汽车电动助力转向系统在汽车中得到了广泛的应用，在汽车底盘动力系统中，除了助力转向系统，还有主动悬架、横向稳定系统等，这些系统集中在一辆车上时，将会对彼此产生影响，因此需要对汽车电动助力转向等系统进行深入研究，研究的成果也较为丰富，并以专利的形式得以保护，但是这些成果都具有局限性，例如：“汽车电动助力转向测试实验台(申请号：201120083112.X)”和“汽车电动助力转向试验台(申请号：201320052322.1)”等专利显示的是设计示意图，是一种设计构思，与实际应用有一定的差距；专利“一种汽车电动助力转向测试实验台(申请号：20152073485.0)”等显示的设计过于复杂。上述的专利除了以上缺点外，还具有以下共同的缺点：一是不同的车型重量不一样，悬架承受的重量不能调整；二是在助力转向系统工作时，系统电路中的电压不易测量；三是所研制的台架只能做实验或者实训使用，不能两者兼顾。

技术实现要素：

根据以上现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提出一种汽车电动助力转向系统实验实训台架，将电动助力转向系统和测试系统结合在一起。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种汽车电动助力转向系统实验实训台架，包括控制系统和电动助力转向系统，电动助力转向系统包括移动台架、方向盘、电机、转向轴、电磁离合器、减速机构、齿轮齿条转向器、转向助力机构、转向横拉杆、下摆臂、车轮、实训台面板和点火开关，所述控制系统包括ECU单元、车速传感器、扭矩传感器、方向盘转角传感器、H桥驱动电路、继电器驱动电路、继电器、保护电路、电流采样电路、波形处理电路和离合器驱动电路，车速传感器、扭矩传感器和方向盘转角传感器连接至ECU单元，ECU单元经H桥驱动电路连接至电机，ECU单元经继电器驱动电路、继电器控制H桥驱动电路，H桥驱动电路经保护电路连接至ECU单元，电机经离合器连接至转向助力机构，电机经电流采样传感器和波形处理电路连接至ECU单元，ECU单元经离合器驱动电路连接至离合器，所述实训台面板上安装有检测端子，检测端子在面板上显示检测电动助力转向系统电路元件的电信号。

所述移动台架的底端设有四个滚轮，滚轮设有锁止装置。所述转向横拉上设有液压减震器、减震弹簧和模拟加载系统，液压减震器与转向横拉连接，减震弹簧套在液压减震器外围，模拟加载系统包括液压缸、ARM现场控制器、数据采集系统、第一电液比例溢流阀、第二电液比例溢流阀、第一单向阀、第二单向阀开关量输出模块和模拟量输出模块，数据采集系统直接连接ARM现场控制器，ARM现场控制器通过开关量输出模块和模拟量输出模块连接至第一电液比例溢流阀和第二电液比例溢流阀，液压缸的有杆腔通过第一单向阀和第一溢流阀连接至换向阀，液压缸的无杆腔通过第二单向阀和第二溢流阀连接至换向阀，液压缸的活塞推杆连接至液压减震器。所述数据采集系统主要包括两个三线制压力传感器、一个温度传感器和一个流量传感器，压力传感器安装在液压油路进、出油口，对压力信号进行采集。

本实用新型有益效果是:1.本专利可以动态测量转向电动机、扭矩传感器、组合仪表、电源输入、制动开关输入信号等具体的电压值。2.本台架既可以作为科研使用，也可以作为教学使用，具有双重功能。3.本台架的悬架系统承受重量可以调整。4.本台架可以自由移动或固定，便于使用。5.本实用新型具有结构简单、实施方便、易于推广等特点。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本实用新型的具体实施方式的汽车电动助力转向系统实验实训台架示意图。

图2是本实用新型的具体实施方式的助力转向机构示意图。

图3是本实用新型的具体实施方式的电动助力转向控制示意图。

图4是本实用新型的具体实施方式的控制系统结构框图；

图5是本实用新型的具体实施方式的模拟加载系统结构示意图。

其中，1-换向阀、2第二溢流阀、3-第一单向阀、4-第一溢流阀、5-液压缸、6-第二单向阀、7-方向盘、8-转向助力机构、9-转向横拉杆、10-下摆臂。

具体实施方式

下面通过对实施例的描述，本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本实用新型的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

电动助力转向系统结构主要由方向盘、扭矩传感器、电子控制单元(ECU)、电机、转向轴、电磁离合器、减速机构、齿轮齿条转向器、转向助力机构、转向横拉杆、下摆臂组成。在汽车发动机点火后，转动方向盘时，由安装在转向轴上的扭矩传感器测得转向力矩，并送给ECU，ECU根据转矩和车速，通过预先设置好的助力特性曲线和控制策略计算出一个电机所需的最佳电流，从而控制电机输出力矩和转动方向，然后经过减速机构施加到转向机构，最终得到一个与行驶工况相适应的转向作用力，辅助转向。

图1是汽车电动助力转向系统实验实训台架示意图，该台架包括面板(控制系统)和底座(电动助力转向系统)，面板上有电动助力转向系统电路图，其中转向电动机与电动助力转向系统控制电脑的端子z1和端子z2连接，在端子z1和端子z2处设有检测口，可以检测转向电动机两端的电压；扭矩传感器与电动助力转向系统控制电脑的端子n1、端子n2和端子n3连接，在端子n1、端子n2和端子n3处设有检测口，可以检测扭矩传感器输入和输出端的电压；组合仪表与电动助力转向系统控制电脑的端子b1和端子b2连接，在端子b1和端子b2处设有检测口，可以测量仪表两端的电压；点火开关与电动助力转向系统控制电脑的端子d1连接，在端子d1处设有检测口，可以判断点火开关的信号是否输入到控制电脑中；蓄电池与电动助力转向系统控制电脑的端子x1和端子x2连接，在端子x1和端子x2处设有检测口，可以判断蓄电池电源是否输入到控制电脑中。面板下方还设有模拟车速旋钮、扭矩传感器仪表、检测电压表和公共检测口，旋转模拟车速旋钮可以调节车速大小，扭矩传感器仪表显示在助力转向中扭矩传感器的受力情况。用一根导线，导线一端插入面板下方的公共检测口(在检测电压表右边)，另一端插入要测量的检测口(控制电脑的端子)，则电压值显示在检测电压表中，图中的导线一端插入公共检测口(在检测电压表右边)，另一端插入控制电脑检测口b2，则组合仪表端子b2处的电压值将显示在面板下方的检测电压表中，如果需要测量组合仪表另一根导线的电压，则将导线从检测口b2拔出，插入检测口b1，导线的另一端还插在公共检测口中，检测电压表将显示端子b1处的电压值。如果需要测量转向电动机两端的电压，则用导线的一端插入公共检测口，导线的另一端插入检测口z1或检测口z2中，则检测电压表将显示端子z1或端子z2处的电压值，其它线路中电压的测量方法与此相似。

汽车电动助力转向系统的电气控制系统包括12V电源、ECU单元、扭矩传感器、H桥驱动电路、继电器驱动电路、继电器、保护电路、电流采样电路、波形处理电路和离合器驱动电路，如图4所示。

车速、发动机、转矩信号经处理后送给ECU单元，经ECU单元计算后，得到电机助力电流值，经H桥驱动电路后作用于助力电机，控制电机输出力矩的大小和方向，同时对电机电流进行采样，并送回单片机，形成闭环控制。在助力控制基础上，设计了电机保护电路和故障诊断与提示电路。一旦检测到故障存在，立即断开离合器，改用纯手动转向，并发出故障信号，扭矩信号处理由于扭转传感器获得的是一些微弱的小信号，容易受干扰，因此需要信号处理电路对其进行滤波处理。

底座中安装有电动助力转向系统，如图2所示，包含转向系统的方向盘、转向横拉杆、下摆臂、齿轮齿条转向器、转向助力机构等，其中转向助力机构中装有扭矩传感器、方向盘转角传感器和转向电动机，转向电动机由外界电源供电。

转向系统通过液压减震器与台架底座的上方连接，底座的上方可以再加上模拟加载系统，模拟加载系统的重力最后通过液压减震器和减震弹簧施加到转向系统中，模拟不同车型前轮承受的重力，使得本台架模拟助力转向系统的各个数据更为准确。

模拟加载系统包括液压缸、ARM现场控制器、数据采集系统、第一电液比例溢流阀、第二电液比例溢流阀、第一单向阀和第二单向阀，数据采集系统直接连接ARM现场控制器，ARM现场控制器通过开关量输出模块和模拟量输出模块连接至液压缸，通过调节电液比例溢流阀的溢流压力，使液压缸输出相应的加载力。同时采集液压系统的压力、温度、流量参数，实时监测液压系统的运行状态并反馈给ARM现场控制器。

数据采集系统主要包括两个三线制压力传感器、一个温度传感器、一个流量传感器。压力传感器安装在液压油路进、出油口，对压力信号进行采集。温度和流量传感器根据实际需要可灵活选择安装位置，主要对加载工作过程中油液温度变化情况和流量变化情况进行监测。

加载过程中通过ARM现场控制器输出的模拟电信号驱动溢流阀保持制定开度，使第一溢流阀、第二溢流阀的开启压力保持在某一额定值。电磁阀处于左位时，液压油经过第一单向阀进入液压缸无杆腔，当液压缸有杆腔压力达到第二溢流阀的额定压力时，有杆腔油液经第二溢流阀泄油，液压杆伸出。电磁阀处于右位时，液压油经过第一单向阀进入液压缸无杆腔，当液压缸有杆腔压力达到第二溢流阀的额定压力时，有杆腔油液经第二溢流阀泄油，液压杆伸出。至此液压缸伸出、收回过程结束，压力传感器记录下了两个液压腔的压力变化情况，如图5所示。

台架的下方有四个滚轮，便于移动本实验实训台架，滚轮设有锁止装置，当不想台架移动时，用锁止装置将滚轮锁止，本实验实训台架将不能移动。

本台架助力转向控制示意图如图3所示，模拟车速电动机用来模拟车速信号，由外接电源驱动，车速大小由面板下方的模拟车速旋钮控制，车速信号处理器接收车速传感器、转向扭矩传感器、方向盘转角传感器等信号，处理后送入到控制电脑中，控制电脑控制助力电动机输出转矩的大小，实施助力控制并调节助力大小。

在实验或实训时，根据不同的车型，合理配置前轮转向系统承受的重力，转动方向盘，扭矩传感器仪表将显示具体的扭矩大小，各个电器部件输入和输出的电压值将可以直接测量。

本实验实训台架，还可以在线路中设置断路或虚接的故障点，将更加有效的服务于教学。

上面对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。