汽车EPS马达的齿槽扭矩和摩擦扭矩测试设备及方法与流程

本发明涉及扭矩测试技术领域，特别是涉及一种汽车eps(electricpowersteering，电动助力转向系统)马达的齿槽扭矩和摩擦扭矩测试设备及方法。

背景技术：

齿槽转矩是指永磁同步电动机绕组开路时，电机回转一周内，由于电枢铁心开槽，有趋于最小磁阻位置的倾向而产生的周期性转矩。永磁同步电机的三相绕组在不通电且绕组开路的情况下，转子具有若干个定位点，在自然的状态下转子保持在这些定位点，只有外界施加一定的力，才能改变转子的位置，正因为这样齿槽转矩也被称为定位转矩。齿槽转矩的产生主要是由于定子齿槽的存在，齿槽转矩的产生会造成电机运行中的振动、噪声、启动和调速控制困难。

一般来说，对电机测得的转矩包含电机的齿槽转矩和摩擦转矩，对于被测电机来说不同位置的摩擦转矩基本不变，齿槽转矩根据理论分析是周期性变化的，可通过求测得转矩最大值和最小值的均值来得到摩擦转矩，测得的转矩去掉摩擦转矩就能得到齿槽转矩。

传统汽车eps马达的齿槽扭矩和摩擦扭矩测试方法一般也是采用外部电机驱动的方式，使用扭矩传感器采集扭矩波形，但是大多仅是在一种转速和常温下的定量扭矩测量，其测试流程如图1所示，当设备开启，开始校正运转；若自检不正常，则进行设备调整直至自检正常，若自检正常，则进行齿槽扭矩和摩擦扭矩测试，传统的这种齿槽扭矩和摩擦扭矩测试方式仅可对待测马达进行定转速定扭矩测试，方式单一，不能对马达的齿槽扭矩和摩擦扭矩进行更多维度的分析，而且没有进行频域分析，不能有效的定位不良马达的问题。

技术实现要素：

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种汽车eps马达的齿槽扭矩和摩擦扭矩测试设备及方法，通过控制伺服电机驱动待测eps马达被动空转，在可控范围内设定转速，并采用环境箱设定待测eps马达的环境温度，使用扭矩传感器采集待测eps马达轴向的扭矩，通过采集扭矩波形，根据扭矩数据进行运算计算平均扭矩(即摩擦扭矩)和跳动扭矩(即齿槽扭矩)，实现对齿槽扭矩的温度和速度变化特性分析。

为达上述目的，本发明提出一种汽车eps马达的齿槽扭矩和摩擦扭矩测试设备，包括：

工控机，用于控制驱动模块并接收测量模块输出的数据予以分析显示；

驱动模块,用于接收所述工控机的指令并按指令规定的转速转动；

测量模块，用于将所述驱动模块的机械转动传递至待测eps马达模块以实现扭矩测量并将测量获得的数据上传至工控机

待测eps马达模块，用于在所述测量模块传递的所述驱动模块的机械转动的驱动下带载转动以产生对应的齿槽扭矩和摩擦扭矩；

环境箱，用于所述放置待测eps马达模块，并在所述工控机的控制下产生相应的环境温度、湿度以用于测试。

优选地，所述驱动模块包括伺服驱动和伺服电机，所述伺服驱动连接所述工控机的输出口，所述伺服驱动的输出端连接至所述伺服电机的输入端，所述伺服电机的旋转轴连接所述测量模块。

优选地，所述测量模块包括第一联轴器、第二联轴器以及扭矩传感器，所述伺服电机的旋转轴通过第一联轴器连接至所述扭矩传感器，所述扭矩传感器再通过所述第二联轴器连接至所述待测eps马达的旋转轴，所述扭矩传感器的输出连接至所述工控机的输入口。

优选地，所述工控机的另一输出口连接至所述环境箱的控制输入端。

优选地，所述工控机通过所述扭矩传感器采集所述待测eps马达轴向的扭矩，采用nidaq板卡采集扭矩波形，根据扭矩数据进行运算计算摩擦扭矩和齿槽扭矩。

优选地，根据采集的扭矩波形进行分析运算计算齿槽和摩擦扭矩，在一个回转周期内的扭矩平均值即摩擦扭矩，其波动成份为齿槽扭矩，最大扭矩为启动扭矩，并进行傅里叶分析，分析其在不同频率下的扭矩状态。

为达到上述目的，本发明还提供一种汽车eps马达的齿槽扭矩和摩擦扭矩测试方法，包括如下步骤：

步骤s1，于自检正常时，将待测eps马达固定于环境箱内。

步骤s2，通过工控机控制驱动模块驱动伺服电机驱动待测eps马达被动空转，在可控范围内设定转速，并通过环境箱设定所述待测eps马达的环境温度，测试所述待测eps马达在不同转速和不同温度下的扭矩，根据扭矩数据进行运算计算摩擦扭矩和齿槽扭矩。

优选地，由所述工控机控制伺服驱动驱动伺服电机，驱动所述待测eps马达被动空转，在可控范围内设定转速，并通过环境箱设定待测eps马达的环境温度，使用扭矩传感器采集待测eps马达轴向的扭矩，并采用nidaq板卡采集扭矩波形，根据扭矩数据进行运算计算摩擦扭矩和齿槽扭矩。

优选地，于步骤s2中，扭矩测试分2种模式：模式一为现有技术兼容模式，定温定转速定负载对待测eps马达进行齿槽扭矩和摩擦扭矩测试；模式二为遍历测试。

优选地，所述模式二的遍历测试包括：

步骤2.1，设置环境箱温度及保温时间、马达转速；

步骤2.2，达到温度后按规定保温若干小时时间；

步骤2.3，启动系统进行齿槽扭矩和摩擦扭矩测试；

步骤2.4，判断是否遍历完毕，若遍历完毕则结束测试，若未遍历完毕则修改参数进入下一轮测试。

与现有技术相比，本发明一种汽车eps马达的齿槽扭矩和摩擦扭矩测试设备及方法，通过控制伺服电机驱动待测eps马达被动空转，在可控范围内设定转速，并采用环境箱设定待测eps马达的环境温度，使用扭矩传感器采集待测eps马达轴向的扭矩，通过采集扭矩波形，根据扭矩数据进行运算计算平均扭矩(即摩擦扭矩)和跳动扭矩(即齿槽扭矩)，实现对齿槽扭矩的温度和速度变化特性分析。。

附图说明

图1为传统汽车eps马达的齿槽扭矩和摩擦扭矩测试流程图；

图2为本发明一种汽车eps马达的齿槽扭矩和摩擦扭矩测试设备的系统结构图；

图3为本发明一种汽车eps马达的齿槽扭矩和摩擦扭矩测试方法的步骤流程图；

图4为本发明实施例中汽车eps马达的齿槽扭矩和摩擦扭矩测试方法的流程图；

图5为本发明实施例中采用nidaq板卡采集到的扭矩的波形示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图2为本发明一种汽车eps马达的齿槽扭矩和摩擦扭矩测试设备的系统结构图。如图2所示，本发明一种汽车eps马达的齿槽扭矩和摩擦扭矩测试设备，包括：工控机(pc)10、驱动模块20、测量模块30、待测eps马达模块40和环境箱50组成。

其中，工控机(pc)10，由显示屏、键盘和测试软件组成，用于控制驱动模块20并接收测量模块30输出的数据予以分析显示；驱动模块20由伺服驱动(servoamp)和伺服电机组成，用于接收工控机(pc)10的指令并按指令规定转速转动；测量模块30由第一/二联轴器和扭矩传感器组成，用于将驱动模块20的机械转动传递至待测eps马达模块40完成扭矩测量并将数据上传至工控机(pc)10；待测eps马达模块40由待测eps电机组成，用于在驱动模块20的驱动下带载转动以产生对应的齿槽扭矩和摩擦扭矩；环境箱50，用于放置待测eps电机并在工控机(pc)10的控制下产生固定环境温度、湿度等用于测试。

工控机(pc)之一输出口连接至伺服驱动(servoamp)的输入端，伺服驱动(servoamp)的输出端连接至伺服电机的输入端，伺服电机的旋转轴通过第一联轴器连接至扭矩传感器，扭矩传感器再通过第二联轴器连接至待测eps电机的旋转轴；工控机(pc)的另一输出口连接至环境箱50的控制输入端；扭矩传感器的输出连接至工控机(pc)的输入口。

图3为本发明一种汽车eps马达的齿槽扭矩和摩擦扭矩测试方法的步骤流程图。如图3所示，本发明一种汽车eps马达的齿槽扭矩和摩擦扭矩测试方法，包括如下步骤：

步骤s1，于自检正常时，将待测eps马达固定于环境箱内，其中自检正常指设备自检正常，即检查不装载eps马达时设备的状态。

步骤s2，由所述工控机控制驱动模块驱动伺服电机驱动待测eps马达被动空转，在可控范围内设定转速，并通过环境箱设定所述待测eps马达的环境温度，测试所述待测eps马达在不同转速和不同温度下的扭矩，根据扭矩数据进行运算计算平均扭矩(即摩擦扭矩)和跳动扭矩(即齿槽扭矩)。具体地，工控机控制伺服驱动(servoamp)驱动伺服电机，从而驱动待测eps马达被动空转，并在可控范围内设定转速，通过环境箱设定待测eps马达的环境温度，使用扭矩传感器采集待测eps马达轴向的扭矩，并采用nidaq板卡采集扭矩波形，根据扭矩数据进行运算计算平均扭矩(即摩擦扭矩)和跳动扭矩(即齿槽扭矩)。

在本发明具体实施例中，扭矩测试分2种模式：模式一为现有技术兼容模式，定温定转速定负载对待测eps马达进行齿槽扭矩和摩擦扭矩测试；模式二为遍历测试，其测试步骤如下：

步骤2.1，设置环境箱温度及保温时间、马达转速；

步骤2.2，达到温度后按规定保温若干小时时间；

步骤2.3，启动系统进行齿槽扭矩和摩擦扭矩测试；

步骤2.4，判断是否遍历完毕，若遍历完毕则结束测试，若未遍历完毕则修改参数进入下一轮测试。

图4为本发明实施例中汽车eps马达的齿槽扭矩和摩擦扭矩测试方法的流程图。如图4所示，在本实施例中，该汽车eps马达的齿槽扭矩和摩擦扭矩测试过程如下：

第一步，检测待测eps马达，进行校正运转，判断待测eps马达状态，如果自检不正常(ng)则进行设备调整，如果自检正常(ok)则进入第二步；

第二步，扭矩测试，分2种模式，模式一为现有技术兼容模式，定温定转速定负载对待测电机进行齿槽扭矩和摩擦扭矩测试；模式二为遍历测试。

步骤2.1，设置环境箱温度及保温时间、马达转速；

步骤2.2，达到温度后按规定保温若干小时时间；

步骤2.3，启动系统进行齿槽扭矩和摩擦扭矩测试；

步骤2.4，判断是否遍历完毕，若遍历完毕则结束测试，若未遍历完毕则修改参数进入下一轮测试。

图5为本发明实施例中采用nidaq板卡采集到的扭矩的波形，根据波形进行分析运算计算齿槽和摩擦扭矩，一个回转周期内的扭矩平均值即摩擦扭矩，波动成份为齿槽扭矩，最大扭矩为启动扭矩，并进行傅里叶分析，分析其在不同频率下的扭矩状态。

通过本发明，控制驱动电机驱动待测eps马达被动空转，使用扭矩传感器采集马达轴向的扭矩，从而计算出齿槽扭矩和摩擦扭矩，可分析转速高达1000rpm/min、并可对-45℃～85℃条件下的扭矩进行采集运算，实现对齿槽扭矩的温度和速度变化特性分析

综上所述，本发明一种汽车eps马达的齿槽扭矩和摩擦扭矩测试设备及方法，通过控制伺服电机驱动待测eps马达被动空转，在可控范围内设定转速，并采用环境箱设定待测eps马达的环境温度，使用扭矩传感器采集待测eps马达轴向的扭矩，通过采集扭矩波形，根据扭矩数据进行运算计算平均扭矩(即摩擦扭矩)和跳动扭矩(即齿槽扭矩)，实现对齿槽扭矩的温度和速度变化特性分析。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。