专利名称：一种线传转向系统实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种线传转向系统实验装置。
背景技术：
随着技术的发展，各大汽车公司都在研究新的转向系统一线传转向系 统。常用的线传转向系统如图1所示，该系统包括方向盘11、转角传感器
12、第一扭矩传感器13、回正电机14、驱动电机15、第二扭矩传感器16、 位移传感器17、转向器18和电子控制单元ECU19，所述转向器18包括齿 轮20和齿条21。所述转角传感器12将方向盘11转角信号输送给所述ECU 19， ECU 19根据所述转角传感器12检测到的方向盘11转角信号和车速信 号计算出期望的齿轮转角信号，并输出相应的驱动信号到所述驱动电机15 使驱动电机15工作，实现齿轮20的转动。并且利用位移传感器17输出到 ECU 19的齿条位移信号对所述驱动电机15进行反馈控制，实现齿轮20按 照一定的传动比关系跟随方向盘11转动，即转向功能。所述第二扭矩传感 器16用于检测驱动电机15的转矩大小并将转矩信号输送到ECU 19，ECU 19 根据该转矩信号和车速信号计算出施加在方向盘11上期望的转向阻力，即 转向时的"路感"，并输出相应的驱动信号给所述回正电机14，回正电机14 工作，对方向盘ll施加转向阻力，利用第一扭矩传感器13输出到ECU 19 的方向盘11转矩信号对回正电机14进行反馈控制，实现转向阻力控制功能， 即在方向盘ll上实现转向"路感"；方向盘ll回正时，ECU19根据接收到 的方向盘ll转角信号，输出驱动信号给回正电机14，回正电机14工作，把 方向盘11回正到中间位置，实现转向回正功能。
线传转向系统较机械式转向系统有其自身的优点，如取消方向盘转向柱为汽车的设计提供了更大的车舱空间；省去机械和液压连接装置减轻了车身 重量并简化了维护工作等。但是，在编辑线传转向系统中的ECU的控制算 法时需要获得大量的参数以及参数之间的关系，如方向盘回正电机转矩、驱 动电机转矩、齿条位移、方向盘转角、车速以及汽车转向时轮胎与地面的摩 擦阻力等参数。因此，在线传转向系统的研发过程中有必要对上述参数以及 参数之间的关系进行实验。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种线传转向系统实验装置，该装置能模拟汽 车在行驶中的各种情况，并在不同的行驶情况下获得上述参数以及参数之间 的关系。
为实现上述目的，本实用新型提供一种线传转向系统实验装置，该装置 包括线传转向系统，所述线传转向系统包括ECU和转向器，所述转向器包 括齿条；其特征在于，所述装置还包括车速信号发生器、质量信号发生器、 第一转向器加载装置、第二转向器加载装置、第一压力传感器、第二压力传 感器和数据采集装置；所述车速信号发生器和质量信号发生器的输出端分别 接ECU的速度信号输入端和质量信号输入端；所述齿条的一端通过第一压 力传感器固定连接所述第一转向器加载装置，齿条的另一端通过第二压力传 感器固定连接所述第二转向器加载装置；所述第一和第二压力传感器的信号 输出端分别接所述数据采集装置的第一和第二压力信号输入端；所述ECU 的数据传输端接数据采集装置的数据传输端。
本实用新型提供的一种线传转向系统实验装置，车速信号发生器和质量 信号发生器分别输出车速信号和质量信号给ECU，通过调节车速信号和质量 信号的大小就能模拟在不同质量和车速下汽车行驶的情况；转向器加载装置 能模拟汽车转向时与地面的摩擦阻力。当转动方向盘时，数据采集装置能得到回正电机转矩、驱动电机转矩、齿条位移、方向盘转角、车速以及汽车转 向时轮胎与地面的摩擦阻力等参数以及绘制参数之间的关系曲线并显示出 来。这样，本实用新型提供的装置能模拟汽车在行驶中的各种情况，并在不 同的行驶情况下获得上述参数以及参数之间的关系，在线传转向系统的研发 过程中提供参数数据基础，促进线传转向系统产品的研发。
图1为现有技术的线传转向系统的结构图2为本实用新型提供的线传转向系统实验装置结构图3为通过本实用新型提供的线传转向系统实验装置采集的方向盘转角
和方向盘阻力矩参数的曲线图。
具体实施方式
如图2所示，本实用新型提供一种线传转向系统实验装置，该装置包括 线传转向系统，所述线传转向系统包括ECU19和转向器18，所述转向器18 包括齿条21;其特征在于，所述装置还包括车速信号发生器22、质量信号 发生器23、第一转向器加载装置24、第二转向器加载装置25、第一压力传 感器26、第二压力传感器27和数据采集装置28，所述车速信号发生器22 和质量信号发生器23的输出端分别接ECU 19的速度信号输入端和质量信号 输入端，所述齿条21的一端通过第一压力传感器26固定连接所述第一转向 器加载装置24，齿条21的另一端通过第二压力传感器27固定连接所述第二 转向器加载装置25，所述第一和第二压力传感器(26， 27)的信号输出端分 别接所述数据采集装置28的第一和第二压力信号输入端，所述ECU 19的数 据传输端接数据采集装置28的数据传输端。
本实用新型提供的一种线传转向系统实验装置，车速信号发生器22和质量信号发生器23分别输出车速信号和质量信号给ECU 19，通过调节车速 信号和质量信号的大小就能模拟在不同质量和车速下汽车行驶的情况；转向 器加载装置(24， 25)能模拟汽车转向时与地面的摩擦阻力。当转动方向盘 11时，数据采集装置28能得到回正电机14转矩、驱动电机15转矩、齿条 21位移、方向盘ll转角、车速以及汽车转向时轮胎与地面的摩擦阻力等参 数以及绘制参数之间的关系曲线并显示出来。这样，本实用新型提供的装置 能模拟汽车在行驶中的各种情况，并在不同的行驶情况下获得上述参数以及 参数之间的关系，在线传转向系统的研发过程中提供参数数据基础，促进线 传转向系统产品的研发。
所述线传转向系统还包括方向盘11、转角传感器12、第一扭矩传感器 13、回正电机14、驱动电机15、第二扭矩传感器16和位移传感器17，所述 转向器18还包括齿轮20，所述回正电机14机轴与方向盘11转轴连接，所 述转角传感器12和第一扭矩传感器13位于方向盘11转轴附近，分别将转 角信号和转矩信号传送到所述ECU 19的转角信号输入端和第一转矩信号输 入端；所述驱动电机15的机轴与所述齿轮20连接，所述第二扭矩传感器16 位于驱动电机15的机轴附近，并将转矩信号传送到ECU 19的第二转矩信号 输入端；所述位移传感器17位于所述齿条21附近，并将齿条21位移信号 传送到ECU 19的位移信号输入端；所述ECU 19的两个驱动信号输出端分 别接所述回正电机14和驱动电机15的驱动端。
所述方向盘ll、转角传感器12、第一扭矩传感器13、回正电机14、驱 动电机15、第二扭矩传感器16、位移传感器17、电子控制单元ECU 19和 转向器18为本领域技术人员公知，不多作描述。所述转角传感器12优选为 CTS525;所述第一和第二扭矩传感器(13， 16)优选为HBMTOF;所述回 正电机14和驱动电机15优选为直流永磁无刷电机。所述转角传感器12和 第一扭矩传感器13分别用于检测方向盘11转轴的转角和转矩大小并输出相应的转角和转矩信号。所述第二扭矩传感器16用于检测驱动电机15机轴的 转矩大小并输出转矩信号。所述位移传感器17用于检测齿条21的位移并输 出位移信号。
所述车速信号发生器22和质量信号发生器23为本领域技术人员公知的 信号发生器，分别用于发送模拟车速信号和模拟汽车质量信号给所述ECU 19。车速信号发生器22和质量信号发生器23优选为单片机，单片机可选为 89C51。通过对所述单片机编辑程序可以设定并输出模拟车速信号和模拟汽 车质量信号。
所述ECU 19为本领域技术人员公知，ECU 19能根据预先设定的控制算 法实现相应的控制。
所述第一和第二压力传感器(26， 27)为本领域技术人员公知，分别用 于检测所述第一和第二转向器加载装置(24， 25)对所述齿条21施加的压 力。
所述第一和第二转向器加载装置(24， 25)可以选用已有专利公开的各 种为本领域技术人员公知的转向器加载装置。
优选地，该实验装置还包括计算机(29)，所述ECU19数据通信端与计 算机29数据通信端连接。
所述数据采集装置28为本领域技术人员公知，用于釆集传感器、处理 器等中的参数数据，并能对所采集到的参数数据进行计算处理并显示。在本 实用新型中，数据采集装置28主要采集回正电机14转矩、驱动电机15转 矩、齿条21位移、方向盘11转角、模拟车速及汽车质量和所述齿条21受 到所述转向器加载装置施加的压力等参数，计算处理上述参数，绘制参数曲 线并显示出来，显示方式可以是在数据采集装置28自带的显示屏上显示， 或者是将计算处理后的结果通过ECU 19传送给计算机29在计算机29上显 示。所述数据采集装置28优选为周立功公司生产的逻辑分析仪。所述方向盘11转轴和回正电机14机轴、驱动电机15机轴和齿轮20之 间设置有减速机构30。所述减速机构30为本领域技术人员公知，减速机构 30输入端的输入转速与输出端的输出转速成一定比例，在本实用新型中，所 述回正电机14和驱动电机15通过减速机构30能减小电机的输出转速。
下面阐述本实用新型是如何获得线传转向系统的回正电机转矩、驱动电 机转矩、齿条位移、方向盘转角、车速以及汽车转向时轮胎与地面的摩擦阻 力等参数以及参数之间的关系。
所述车速信号发生器22和质量信号发生器23分别输出车速信号和汽车 质量信号给所述ECU 19，以模拟实际中的车速和汽车质量。转动所述方向 盘ll，所述转角传感器12输出方向盘11转角信号给所述ECU19， ECU 19 根据所述方向盘11转角信号、接收到的车速信号输出控制信号到所述驱动 电机15。驱动电机15根据接收到的控制信号输出转向力矩给与所述齿条21 啮合的齿轮20，以实现转向的功能。所述位移传感器17用于检测所述齿条 21位移大小并将相应的位移信号传给ECU 19作为ECU 19对所述驱动电机 15转向力控制的反馈信号，实现ECU 19对驱动电机15转向力的闭环控制。 所述第二扭矩传感器16用于检测所述驱动电机15的转矩大小并将相应的转 矩信号传给ECU 19， ECU 19根据第二扭矩传感器16输入的转矩信号和接 收到的所述车速信号，计算出施加在所述方向盘11上期望的转向阻力，并 输出相应的控制信号给所述回正电机14，回正电机14根据接收到的控制信 号输出阻力矩，使转动所述方向盘ll的操作者有一个"路感"。所述第一扭 矩传感器13将检测到的方向盘11转矩信号传送给ECU 19，所述方向盘11 转矩信号作为上述对回正电机14输出阻力矩控制的反馈信号，实现ECU 19 对回正电机14的闭环控制。
所述数据采集装置28接收ECU19输出的车速信号、回正电机14转矩 信号、驱动电机15转矩信号、齿条21位移信号、方向盘11转角信号、汽车质量信号以及所述第一和第二压力传感器(26， 27)输出的压力信号，将 上述信号进行计算与处理，得出信号之间的关系并绘制关系曲线图，在自带 的显示屏上显示或者通过ECU 19输出关于关系曲线的数据给计算机29，在 计算机29上显示。例如，在研究和开发线传转向系统中，根据对常规机械 转向系统实验结果，可以拟合出方向盘11转角一阻力矩关系曲线，并通过 一定的数值分析方法得出该曲线的函数表达式M二(v，e,m)，表达式中，M为 方向盘ll阻力矩，v为车速，e为方向盘ll转角，m为汽车质量。表达式 说明方向盘11的阻力矩随车速、方向盘11转角和汽车质量的变化而变化。 图3所示在模拟车速为60km/h，模拟汽车质量为1.2t时，所述数据采集装 置28绘制的方向盘11转角一阻力矩关系曲线图。
改变车速信号和汽车质量信号，所述数据采集装置28绘制方向盘11转 角一阻力矩关系曲线图。
改变所述转向器加载装置的加载力，重复上述步骤，得到另一组上述信 号关系曲线。
本实用新型提供的线传转向系统实验装置是为了研究线传转向系统而 设计的，能够很好的获得线传转向系统中参数以及参数之间的关系，ECU 19 具有输入速度块、响应时间短、误差小等优点，计算机29作为上位机能够 方便研发人员观察记录数据和调试程序。本实用新型能模拟汽车在行驶中的 各种情况，并在不同的行驶情况下获得上述参数以及参数之间的关系，在线 传转向系统的研发过程中提供参数数据基础，促进线传转向系统产品的研 发。
权利要求1、一种线传转向系统实验装置，该装置包括线传转向系统，所述线传转向系统包括ECU(19)和转向器(18)，所述转向器(18)包括齿条(21)；其特征在于，所述装置还包括车速信号发生器(22)、质量信号发生器(23)、第一转向器加载装置(24)、第二转向器加载装置(25)、第一压力传感器(26)、第二压力传感器(27)和数据采集装置(28)；所述车速信号发生器(22)和质量信号发生器(23)的输出端分别接ECU(19)的速度信号输入端和质量信号输入端；所述齿条(21)的一端通过第一压力传感器(26)固定连接所述第一转向器加载装置(24)，齿条(21)的另一端通过第二压力传感器(27)固定连接所述第二转向器加载装置(25)；所述第一和第二压力传感器(26，27)的信号输出端分别接所述数据采集装置(28)的第一和第二压力信号输入端；所述ECU(19)的数据传输端接数据采集装置(28)的数据传输端。
2、 根据权利要求1所述的线传转向系统实验装置，其特征在于，所述 车速信号发生器(22)为单片机。
3、 根据权利要求1所述的线传转向系统实验装置，其特征在于，所述 质量信号发生器(23)为单片机。
4、 根据权利要求1所述的线传转向系统实验装置，其特征在于，所述 线传转向系统还包括方向盘(11)、转角传感器(12)、第一扭矩传感器(13)、 回正电机(14)、驱动电机(15)、第二扭矩传感器(16)和位移传感器(17)， 所述转向器(18)还包括齿轮(20);所述回正电机(14)的机轴与方向盘(11)的转轴连接，所述转角传感 器(12)和第一扭矩传感器(13)位于方向盘(11)转轴附近，分别将转角 信号和转矩信号传送到所述ECU (19)的转角信号输入端和第一转矩信号输入端；所述驱动电机(15)的机轴与所述齿轮(20)连接，所述第二扭矩传感 器(16)位于驱动电机(15)的机轴附近，并将转矩信号传送到ECU (19) 的第二转矩信号输入端；所述位移传感器(17)位于所述齿条(21)附近，并将齿条(21)位移 信号传送到ECU (19)的位移信号输入端；所述ECU (19)的两个驱动信号输出端分别接所述回正电机(14)和驱 动电机(15)的驱动端。
5、 根据权利要求4所述的线传转向系统实验装置，其特征在于，所述 方向盘(11)的转轴和回正电机(14)的机轴之间、驱动电机(15)的机轴 和齿轮(20)之间均设置有减速机构(30)。
6、 根据权利要求1所述的线传转向系统实验装置，其特征在于，该实 验装置还包括计算机(29)，所述ECU (19)数据通信端与计算机(29)数 据通信端连接。
专利摘要一种线传转向系统试验装置，该装置包括线传转向系统，其特征在于，该装置还包括车速信号发生器、质量信号发生器、第一转向器加载装置、第二转向器加载装置、第一压力传感器、第二压力传感器和数据采集装置；车速信号发生器和质量信号发生器的输出端分别接ECU的速度信号输入端和质量信号输入端；齿条的一端通过第一压力传感器固定连接所述第一转向器加载装置，齿条的另一端通过第二压力传感器固定连接所述第二转向器加载装置；第一和第二压力传感器信号输出端分别接数据采集装置的第一和第二压力信号输入端。该装置能模拟汽车在行驶中的各种情况，并在不同的行驶情况下获得上述参数以及参数之间的关系。
文档编号G01M17/007GK201159690SQ20072030914
公开日2008年12月3日 申请日期2007年12月25日 优先权日2007年12月25日
发明者野 袁, 陈勇武, 龙天宇 申请人:比亚迪股份有限公司