专利名称：电动助力转向系统寿命试验台的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车电动助力转向系统(以下简称EPS)的寿命试验台，特别涉及利用EPS自身某些功能构件兼作试验台功能构件的寿命试验台。
背景技术：
转向系统是汽车行驶安全性的关键部件，对其进行寿命试验非常必要。现有的转向系统寿命试验台主要配置替代人力转向操纵的动力驱动装置，检测转向操纵力和角度的传感器总成，模拟转向阻力的加载装置，用于数据采集和处理、试验台架故障检测、安全报警和自动停止试验等功能的控制模块，显示试验状态的显示仪表模块，及信号发生模块组成，如图1所示。
现有的转向系统寿命试验台适合于机械式和液压助力式转向系统的寿命试验。对于EPS，可以利用上述现有转向系统寿命试验台进行寿命试验，但存在以下缺点和不足。其一，没有充分利用和发挥EPS中已具有的动力驱动装置和控制器的特点和作用；其二，上述现有转向系统寿命试验台的结构较复杂、造价较高；其三，寿命试验一般需要连续进行数百甚至上千小时，在上述现有寿命试验台上进行EPS寿命试验，其试验费用十分昂贵。
发明内容
本发明的目的在于提出一种结构简化、制造和使用成本低廉的新型EPS寿命试验台的结构方案。
为实现上述目的，本发明提出一种EPS寿命试验台，该试验台由被试EPS样品、电源模块、信号发生模块、显示仪表模块、加载装置组成，其特征在于利用EPS中的功能构件兼作寿命试验台的功能构件，包括利用EPS自身的助力电机和减速器总成兼作寿命试验台的动力驱动装置、利用EPS中的助力控制器兼作寿命试验台的控制及安全检测单元。
本发明试验台的转向传感器的输出信号直接与显示仪表模块相连；控制器将电压信号传输给电机总成，同时给转向传感器提供工作电源，并将故障信号传输给显示仪表模块；电机总成通过减速装置与机械转向系统相连；机械转向器的输出端与加载装置相连接；电源模块给控制器、信号发生模块、显示仪表模块提供工作电源；信号发生模块向控制器提供车速信号、转向力矩信号、发动机转速信号、发动机点火信号、电源电压信号，同时向显示仪表模块提供车速、转向力矩和工作循环次数信号。
本发明的惯性轮用以对转向盘转矩传感器施加惯性载荷；本发明的显示仪表模块用于指示EPS的工作状态及已进行的试验循环次数；本发明的加载装置为转向系统工作提供负载。
本发明具有以下特点1.利用EPS中的助力电机总成6和减速器4代替了现有转向系统寿命试验台的电力驱动装置。
2.利用EPS中的控制器7代替现有转向系统寿命试验台的数据采集、处理和安全检测系统。
3.利用信号发生模块10产生的主控制信号Ts、Us代替现有转向系统寿命试验台控制系统发出的控制信号。
4.除了被试EPS样品兼用的部件外，只有电源模块9、信号发生模块10、显示仪表模块11和加载装置12，因此结构大大简化，制造和试验成本降低。
图1为传统转向系统寿命试验台总布置示意图。
图2为本发明EPS寿命试验台总布置示意图。
图3为本发明EPS寿命试验台的信号和动力传递路线框图。
图4为本发明EPS寿命试验台的信号发生模块产生的转向盘转矩信号波形示意图。
图5为本发明EPS寿命试验台的信号发生模块产生的车速信号波形示意图。
图6为本发明EPS寿命试验台的信号发生模块产生的发动机转速信号波形示意图。
图7为本发明EPS寿命试验台的显示仪表模块示意图。
符号说明1-转向盘；2-转向管柱；3-转向器；4-减速器；5-转向传感器；6-电机总成；7-控制器；8-EPS样品；9-电源模块；10-信号发生模块；11-显示仪表模块；12-加载装置；13-电压表；14-计数器模块；15-故障指示灯；16-车速表；17-发动机转速表；18-显示器；19-试验台控制模块；20-动力驱动装置；21-传感器总成。
具体实施例方式
以下以转向管柱助力式EPS为例，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。转向小齿轮助力式和转向齿条助力式EPS可参照下述实施例加以实施。
实施例一参照图2，本发明的EPS寿命试验台由被试EPS样品8、电源模块9、信号发生模块10、显示仪表模块11、加载装置12组成。
图2中的被试EPS样品8包括转向盘1、转向管柱2、转向器3、减速器4、转矩传感器5、电机总成6、控制器7等组成，其中转向盘(1)、转向管柱(2)、转向器(3)等构成机械转向系统。转向传感器5的输出信号直接与显示仪表模块11相连；控制器7将电压信号传输给电机总成6，同时给转向传感器5提供工作电源，并将故障信号传输给显示仪表模块11；电机总成6通过减速器4与机械转向系统相连；机械转向器3的输出端与加载装置12相连接；电源模块9给控制器7、信号发生模块10、显示仪表模块11提供工作电源；信号发生模块10向控制器7提供车速信号、转向力矩信号、发动机转速信号、发动机点火信号及电源电压信号，同时向显示仪表模块11提供车速信号、转向力矩信号和工作循环次数信号。
图2中的信号发生模块10产生主控制信号和辅助控制信号。信号发生模块10产生的主控制信号包括转向信号和车速信号，主控制信号通过控制器7对助力电机6的驱动力进行控制。信号发生模块10产生的辅助控制信号一般随EPS控制器7类型的不同而不同，主要包括发动机转速信号、发动机点火信号、电池电压信号等，辅助控制信号使EPS控制器得以正常工作。
图2所示为EPS寿命试验台中的转向盘1处于中间位置的状态，其工作原理和主要构件的功能如下所述。
由信号发生模块10产生的主控制信号Ts、Us按照图3(a)所示的路径进行传递。主控制信号Ts、Us传输到控制器7后，按预先设定的图表和模式发出供电指令UT，使电机6按设定的方向旋转，并产生驱动力矩Te。该驱动力矩即为转向操纵辅助力矩。
从图3(a)中可以看出，该驱动力矩Te经减速器4后分成Tm1和Tm2两部分。其中，Tm1经转向器3后变为FL，用于克服来自加载装置12的转向反力FL；该转向反力随转向盘转角的变化而变化。Tm2经转矩传感器5后变为T2，用于克服转向盘1的惯性负载Tj；该惯性负载Tj与转向盘1质量有关，且随电机转速的变化而变化。上述过程称为转向驱动模式。
当由车速和转向盘转矩确定的助力电机电流达到最大值时，转向器的输出力FL、负载反力FL也达到最大值，且二者相等，转向过程进入回正模式。
转向回正过程中力的传递路线如图3(b)所示。来自加载装置12的反力FL此时成为主动力，FL经转向器3后分为两路，一路为TL1；另一路为TL2。TL1经减速器4变成T3，克服电机电磁力矩Tm及感应电动势E；TL2经转矩传感器5变为T4，使转向盘1旋转，从而产生随转向盘转速变化而变化的惯性阻力矩Tj。
当转向盘总成回到中间位置时，信号发生模块10产生反方向的主控制信号Ts、Us，重复上述转向驱动和回正过程，直至完成相关标准所规定的寿命试验循环指标，信号发生模块10停止发送主控制信号及相关辅助控制信号，寿命试验自动停止。
试验过程中，若检测到某种故障，则试验停止，显示仪表模块11中的故障灯17以某种方式闪烁，指示故障类型；同时，显示仪表模块11中的计数器模块16显示已完成的试验循环次数。
上述的转向盘1可以附加质量块以改变惯性载荷，也可以用具有一定质量的惯性轮来替代转向盘及附加质量块。
上述的控制器7具有接收主控制信号Ts、Us及相关的辅助控制信号，并按控制模式发出指令UT，以控制电机6的状态的控制功能，同时还具有安全检测功能。
上述的电源模块9可以是12V蓄电池，亦可以是交流电经整流后的12V直流电源，或者是12V开关电源。
上述的信号发生模块10产生表示转向盘转矩的模拟信号，所产生的转向盘转矩信号可以是三角波(见图4(a))、梯形波(见图4(b))或正弦波(见图4(c))，且信号的周期和幅值可以根据需要设定。
上述的信号发生模块10还产生表示车速的脉冲信号(见图5)、表示发动机转速的脉冲信号(见图6)、表示转向循环试验次数的脉冲信号，这些信号的周期可以根据需要进行设定。
如图7(a)所示，上述的显示仪表模块11包括指示转向盘转矩传感器5输出电压的数字式或指针式显示仪表13、通过闪烁方式指示EPS故障的故障指示灯15、指示试验循环次数的计数器模块14。为清楚看出试验时的车速和发动机转速，显示仪表模块还可以增加车速表16和转速表17，如图7(b)所示。
上述的电源模块9、信号发生模块10和显示仪表模块11可以是三个单独的模块；亦可以将三者组合起来，形成一个控制柜；或者将信号发生模块10和显示仪表模块11组合，成为一个信号发生和显示的组合模块。
上述的加载装置12可以是弹簧，或者是液压缸，或者是弹簧加阻尼装置。
为使试验过程中电机不过热，可通过电风扇或其他冷却方式对电机进行冷却。助力电机既是实现EPS各种控制模式的执行机构，也有替代现有转向系统寿命试验台的驱动电机的功能。
实施例二为使信号发生模块10产生的转向盘转矩、车速、发动机转速等信号的周期及幅值可调且调整方便，以满足变工况试验的要求，可采用工业控制计算机及相应的外围电路板制器来产生上述信号。同时，通过编制相应的数据采集、处理软件，利用显示器显示有关试验数据和状态。图7(c)为该方法的试验参数设置、数据显示示意图。显示器18的左半部为有关参数设置按钮，包括预设车速，发动机转速，转向盘转矩信号类型、周期及幅值，试验次数等。同时，在显示器18的左半部还有对试验过程进行控制的有关按钮，通过这些按钮，可以控制试验的开始、停止和退出，保存和载入部分试验数据。显示器18的右半部为试验曲线显示窗口，可以显示转向盘转矩，电机端电压和电枢电流等。
实施例二的其余部分同实施例一。
综上，本发明利用EPS中的助力电机总成6和减速器4代替了现有转向系统寿命试验台的电力驱动装置；利用EPS中的控制器7代替现有转向系统寿命试验台的数据采集、处理和安全检测系统；利用信号发生模块10产生的主控制信号Ts、Us代替现有转向系统寿命试验台控制系统发出的控制信号，除了被试EPS样品兼用的部件外，只有电源模块9、信号发生模块10、显示仪表模块11和加载装置12，结构大大简化，制造和试验成本降低。
权利要求
1.一种电动助力转向系统寿命试验台，包括被试电动助力转向系统样品(8)、电源模块(9)、信号发生模块(10)、显示仪表模块(11)、加载装置(12)，其中，被试电动助力转向系统样品(8)包括转向盘(1)、转向管柱(2)、转向器(3)、减速器(4)、转向传感器(5)、电机总成(6)、控制器(7)；转向盘(1)、转向管柱(2)、转向器(3)构成机械转向系统；其特征在于，所述被试电动助力转向系统样品(8)中转向传感器(5)与显示仪表模块(11)相连；所述控制器(7)将电压信号传输给电机总成(6)，同时给转向传感器(5)提供工作电源，并将故障信号传输给显示仪表模块(11)；所述电机总成(6)通过减速器(4)与机械转向系统相连；所述机械转向器(3)的输出端与加载装置(12)相连接；所述电源模块(9)给控制器(7)、信号发生模块(10)、显示仪表模块(11)提供工作电源；所述信号发生模块(10)与控制器(7)、显示仪表模块(11)相连。
全文摘要
一种电动助力转向系统寿命试验台，包括被试EPS样品(8)、信号发生模块(10)、显示仪表模块(11)、加载装置(12)等，被试EPS样品(8)包括转向盘(1)、转向器(3)、转向传感器(5)、电机总成(6)、控制器(7)等；控制器(7)将电压信号传输给电机总成(6)，同时给转向传感器(5)提供工作电源，将故障信号传给显示仪表模块(11)；电机总成(6)通过减速器(4)与机械转向系统相连；转向器(3)输出端与加载装置(12)相连；信号发生模块(10)与控制器(7)、显示仪表模块(11)相连。本发明利用了被试EPS样品中主要功能构件兼作EPS寿命试验台的功能构件，结构大大简化，制造和试验成本低廉。
文档编号G01M17/06GK101017117SQ20071006411
公开日2007年8月15日 申请日期2007年2月28日 优先权日2007年2月28日
发明者季学武, 陈奎元, 姜殿鑫 申请人:清华大学, 荆州恒隆汽车零部件制造有限公司