汽车EPS控制器助力特性自动化测试系统及测试方法与流程

本发明涉及电动汽车的电动助力转向系统(EPS)控制器的性能测试技术领域，具体涉及一种汽车EPS控制器助力特性自动化测试系统及测试方法。

背景技术：

汽车电动助力转向系统(Electric Power Steering System，简称EPS)作为辅助汽车转向的一种装置，因其具有节能、环保，且能提高汽车的操纵性和稳定性等特点，成为动力转向技术的发展方向。

控制器作为EPS的核心部件，它对汽车的安全行驶起到了重要的作用。因此控制器在出厂前必须经过严格的测试。

目前，国内对EPS控制器的测试主要包括三个方面：实车测试，对EPS的回正特性、机械特性等进行主观判定；功能测试，对控制器的引脚信号、CAN通信功能等进行测试；性能测试，对控制器的助力特性进行台架测试。

针对EPS控制器的性能测试，传统的测试方法是：设置好EPS控制器的参数，给控制器上电，开始测试某一车速下的助力特性曲线；更改车速，再测试两组其他车速下的助力特性曲线；若曲线走势正确，则将测试的助力特性曲线通过截图软件保存在指定目录下，否则查明原因。传统的测试方法不仅效率低，而且容易出错，测试成本也十分昂贵。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种汽车EPS控制器助力特性自动化测试系统及测试方法，该系统及方法的可明显提高汽车EPS控制器助力特性测试的准确性和效率。

为解决上述技术问题，本发明公开的一种汽车EPS控制器助力特性自动化测试系统，其特征在于：它包括稳压电源、信号调理板、数据采集板卡、信号生成板卡、工控机、EPS控制器、转向电机、上位机和电流传感器；

所述工控机的上位机通信接口连接上位机的通信接口，工控机的信号生成板卡接线端连接信号生成板卡的信号输入端，工控机的数据采集板卡接线端连接数据采集板卡的电流信号输出端，信号生成板卡的电动助力转向系统原始控制信号输出端连接信号调理板的电动助力转向系统原始控制信号输入端，信号调理板电动助力转向系统控制信号输出端连接EPS控制器的控制信号输入端，EPS控制器的PWM控制信号输出端连接转向电机的控制信号输入端，稳压电源的供电端向转向电机供电，转向电机的电流检测端口连接电流传感器的信号输入端，电流传感器的信号输出端连接信号调理板的原始电流信号输入端，信号调理板的调理后电流信号输出端连接数据采集板卡的电流信号输入端。

一种利用上述系统的汽车EPS控制器助力特性自动化测试方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：对汽车EPS控制器助力特性自动化测试系统进行初始化，工控机从上位机中读取预存的对应EPS控制器的控制器参数；

步骤2：工控机根据EPS控制器外接的故障显示灯的状态判断EPS控制器有无故障，有故障则通过再次点火进行故障清除，无故障则进行后续测试；

步骤3：上位机对工控机进行配置，使信号生成板卡输出EPS控制器正常工作所需的信号，该信号包括发动机转速信号、车速信号、转向电机扭矩主辅路信号和汽车点火信号，EPS控制器收到上述发动机转速信号、车速信号、转向电机扭矩主辅路信号和汽车点火信号后，对这些信号进行处理，向转向电机输出电机PWM控制信号和EPS故障灯信号，然后通过上位机改变EPS控制器内的转向电机扭矩主辅路信号，使EPS控制器接收到一个变化的扭矩信号，此时工控机通过电流传感器采集转向电机的工作电流，并将采集的转向电机工作电流传输给上位机；

步骤4：上位机通过控制工控机进行EPS控制器的最大转向助力电流测试，当转向电机输入转矩达到预设值后，EPS控制器控制转向电机的电流不会随转向电机输入转矩的继续增大而增大，上述预设值能使转向电机的转向助力电流能够达到最大值，

此时的转向电机电流即为最大转向助力电流，在最大转向助力电流测试中，转向电机的输入转矩为扭矩传感器主路信号输入达到最大时所对应的转矩值Tdmax；

进行最大转向助力电流测试时，先给EPS控制器一个转矩值Tdmax，然后将车速信号的频率由零逐渐增大到120km/h所对应的车速方波信号的频率为止，同时不断采集转向电机的电流信号，采集到的转向电机电流信号即为不同车速下的最大转向助力电流，然后在上位机中绘制出车速与转向电机电流曲线图，即最大转向助力电流曲线；

步骤5：上位机通过控制工控机进行EPS控制器转向助力特性的测试，同最大转向助力电流测试一样，上位机对工控机进行配置，使信号生成板卡输出EPS控制器正常工作所需的信号，使EPS控制器正常工作，然后保持车速方波信号的频率不变，改变转向电机扭矩主辅路信号，同时通过电流传感器对转向电机的电流进行采集，得到当前车速方波信号的频率下转向助力特性曲线，当该车速方波信号的频率下转向助力特性曲线测试完成之后，采用上述的方法，再测得两组不同车速方波信号频率下的转向电机电流，并得到两组不同车速方波信号的频率下的对应的转向助力特性曲线；

步骤6：对步骤5采集的三组转向电机电流进行处理，得到三组转向助力特性曲线的转向助力电流起始点和起始值、转向助力电流饱和点和饱和值、转向助力特性曲线梯度k(v)和转向助力特性曲线对称度，上位机对曲线对称度的计算方法进行优化，结合了如下经验公式(1)和公式(2)，取两者较小值作为转向助力特性曲线对称度，并根据公式(4)得到转向助力特性曲线梯度k(v)：

D＝min(D₁,D₂) (3)

式中，S₁，S₂分别表示每个转向助力特性曲线的左、右侧与转向助力电流饱和值、转向助力特性曲线纵轴所围面积，纵轴为转向助力特性曲线上扭矩为零时对应的垂直直线，i_1n表示转向助力特性曲线纵轴左侧电流累加值与右侧累加值较小侧电机电流采样值，i_2n表示转向助力特性曲线纵轴左侧电流累加值与右侧累加值较大侧电机电流采样值，max表示转向助力特性曲线纵轴左侧曲线和右侧曲线的电流采样数，D表示转向助力特性曲线的对称度值，I₁为转向助力电流起始值、T₁为转向助力电流起始值对应的转向电机转矩值、I₂为转向助力电流饱和值、T₂为转向助力电流饱和值对应的转矩值。

本发明在很大程序上简化了EPS控制器助力特性测试过程，能够精确、快速地对EPS控制器的转向助力性能进行测试。另外，本发明具有很强的适用性，能对不同类型的EPS控制器进行转向助力性能测试，显著提高了EPS控制器的转向助力性能测试效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中EPS控制器最大电流曲线；

图3为本发明中EPS控制器助力特性测试曲线；

图4为本发明中助力特性曲线对称度计算图。

其中，1—稳压电源、2—信号调理板、3—板卡接线盒、4—数据采集板卡、5—信号生成板卡、6—工控机、7—显示器、8—扫码枪、9—EPS控制器、10—转向电机、11—上位机、12—电流传感器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

本发明的汽车EPS控制器助力特性自动化测试系统，它包括稳压电源1、信号调理板2、数据采集板卡4、信号生成板卡5、工控机6、EPS控制器9、转向电机10(直流有刷电机)、上位机11和电流传感器12；

所述工控机6的上位机通信接口连接上位机11的通信接口，工控机6的信号生成板卡接线端连接信号生成板卡5的信号输入端，工控机6的数据采集板卡接线端连接数据采集板卡4的电流信号输出端，信号生成板卡5的电动助力转向系统原始控制信号输出端连接信号调理板2的电动助力转向系统原始控制信号输入端，信号调理板2电动助力转向系统控制信号输出端连接EPS控制器9的控制信号输入端，EPS控制器9的PWM控制信号输出端连接转向电机10的控制信号输入端，稳压电源1的供电端向转向电机10供电(EPS控制器9的最大助力电流较大，因此稳压电源为大功率电源)，转向电机10的电流检测端口连接电流传感器12的信号输入端，电流传感器12的信号输出端连接信号调理板2的原始电流信号输入端，信号调理板2的调理后电流信号输出端连接数据采集板卡4的电流信号输入端。

上述技术方案中，它还包括扫码枪8，所述扫码枪8用于扫描EPS控制器9上的二维码标签，扫码枪8的信号输出端连接工控机6的二维码识别信号输入端。扫码枪8扫描EPS控制器9上的二维码标签用于区分不同的EPS控制器9。

上述技术方案中，它还包括板卡接线盒3，信号生成板卡5的电动助力转向系统原始控制信号输出端通过板卡接线盒3连接信号调理板2的电动助力转向系统原始控制信号输入端；

所述信号调理板2的调理后电流信号输出端也通过板卡接线盒3连接数据采集板卡4的电流信号输入端。

上述技术方案中，它还包括显示器7，所述工控机6的显示信号输出端连接显示器7的显示信号输入端。

本发明工作时，插在工控机6中的数据采集板卡4和信号生成板卡5通过LabVIEW软件进行配置。经由板卡接线盒3将产生的信号输送到信号调理板2中，把调理好的信号输入EPS控制器9，EPS控制器9输出PWM信号来控制电机的转速，数据采集板卡4采集电流传感器12的信号，然后在上位机11的LabVIEW软件中分析，得到电机电流与转矩的关系。

一种利用上述系统的汽车EPS控制器助力特性自动化测试方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：对汽车EPS控制器助力特性自动化测试系统进行初始化，采用LabVIEW配置文件VI读取与写入键，在程序开始时工控机6从上位机11中读取预存的对应EPS控制器9的控制器参数(控制器参数是放在一个二进制的文件里，测试系统启动后，会读取该文件)；

步骤2：工控机6根据EPS控制器9外接的故障显示灯的状态判断EPS控制器9有无故障，有故障则通过再次点火进行故障清除，无故障则进行后续测试；

步骤3：上位机11通过LabVIEW软件对工控机6进行配置，使信号生成板卡5输出EPS控制器9正常工作所需的信号(在LabVIEW测试软件中采用测量I/O模块中的DAQmx数据采集和XNET两个子模块对信号生成板卡5进行相应配置，使其输出EPS控制器9所需的PWM信号、数字信号、模拟电压信号和CAN车速信号，这些信号能够保证EPS控制器9正常工作)，该信号包括发动机转速信号、车速信号、转向电机扭矩主辅路信号和汽车点火信号，EPS控制器9收到上述发动机转速信号、车速信号、转向电机扭矩主辅路信号和汽车点火信号后，对这些信号进行处理，向转向电机10输出电机PWM控制信号和EPS故障灯信号，然后通过上位机11改变EPS控制器9内的转向电机扭矩主辅路信号，使EPS控制器9接收到一个变化的扭矩信号，此时工控机6通过电流传感器12采集转向电机10的工作电流，并将采集的转向电机工作电流传输给上位机11；

步骤4：上位机11采用LabVIEW软件通过控制工控机6进行EPS控制器9的最大转向助力电流测试，当转向电机输入转矩达到预设值后，EPS控制器9控制转向电机10的电流不会随转向电机输入转矩的继续增大而增大，上述预设值能使转向电机10的转向助力电流能够达到最大值，

此时的转向电机电流即为最大转向助力电流，在最大转向助力电流测试中，转向电机10的输入转矩为扭矩传感器主路信号输入达到最大时所对应的转矩值Tdmax；

进行最大转向助力电流测试时，先给EPS控制器9一个转矩值Tdmax，然后将车速信号的频率由零逐渐增大到120km/h所对应的车速方波信号的频率为止，同时不断采集转向电机10的电流信号，采集到的转向电机电流信号即为不同车速下的最大转向助力电流，在测试软件中对电机电流进行Butterworth滤波，然后在上位机11中绘制出车速与转向电机电流曲线图，即最大转向助力电流曲线；EPS控制器9接收的车速信号是在低电平信号下有效，当车速方波信号的频率为零时，EPS控制器9接收的车速信号应该是一个持续的高电平信号。图4是某EPS控制器的最大助力电流曲线，曲线表明：该控制器是一款全车速助力控制器，当车速小于100km/h时，随着车速的增大，最大助力电流减小，这与助力特性曲线是一致的；当车速大于100km/h时，最大助力电流不变；

步骤5：上位机11采用LabVIEW软件通过控制工控机6进行EPS控制器9转向助力特性的测试，同最大转向助力电流测试一样，上位机11对工控机6进行配置，使信号生成板卡5输出EPS控制器9正常工作所需的信号，使EPS控制器9正常工作，然后保持车速方波信号的频率不变，通过LabVIEW软件改变转向电机扭矩主辅路信号，同时通过电流传感器12对转向电机10的电流进行采集，得到当前车速方波信号的频率下转向助力特性曲线，当该车速方波信号的频率下转向助力特性曲线测试完成之后，采用上述的方法，再测得两组不同车速方波信号频率下的转向电机10电流，并得到两组不同车速方波信号的频率下的对应的转向助力特性曲线；控制器的助力特性曲线和最大助力电流曲线以图片的形式保存在指定路径下，助力特性曲线包括三段：无助力区、助力变化区和助力不变区，当方向盘输入扭矩较小时，控制器不进行助力；在助力变化区内，车速越低，助力特性曲线梯度k(v)越大，助力电流饱和值越大，满足汽车低速行驶时转向轻便的要求；当方向盘输入扭矩达到某一值后，助力电流维持不变；

步骤6：对步骤5采集的三组转向电机10电流进行处理，得到三组转向助力特性曲线的转向助力电流起始点和起始值、转向助力电流饱和点和饱和值、转向助力特性曲线梯度k(v)和转向助力特性曲线对称度(对称度是电动助力转向系统的一项重要性能指标，对其计算精度要求较高)，上位机11对曲线对称度的计算方法进行优化，结合了如下经验公式(1)和公式(2)，取两者较小值作为转向助力特性曲线对称度，并根据公式(4)得到转向助力特性曲线梯度k(v)：

D＝min(D₁,D₂) (3)

式中，S₁，S₂分别表示每个转向助力特性曲线的左、右侧与转向助力电流饱和值、转向助力特性曲线纵轴所围面积，纵轴为转向助力特性曲线上扭矩为零时对应的垂直直线，i_1n表示转向助力特性曲线纵轴左侧电流累加值与右侧累加值较小侧电机电流采样值，i_2n表示转向助力特性曲线纵轴左侧电流累加值与右侧累加值较大侧电机电流采样值，max表示转向助力特性曲线纵轴左侧曲线和右侧曲线的电流采样数，D表示转向助力特性曲线的对称度值，I₁为转向助力电流起始值、T₁为转向助力电流起始值对应的转向电机转矩值、I₂为转向助力电流饱和值、T₂为转向助力电流饱和值对应的转矩值，至此，该批次控制器的助力特性测试完成，等待下一批次产品的测试(通过扫码枪8扫描EPS控制器9上的二维码标签区分不同的EPS控制器9)。

上述技术方案的步骤1中，工控机6读取的EPS控制器9控制器参数包括发动机转速频率与占空比、100Km/h对应的车速方波信号的频率、初始车速方波信号频率递增增益、转向电机扭矩范围、EPS控制器9测试的车速信号类型、车速方波信号频率及车速方波信号的占空比、转向电机扭矩主辅路初始电压、转向电机扭矩主辅路电压增益、测试报告存储路径，上述EPS控制器9控制器参数存储在一个上位机11的初始化文件中，对于不同的EPS控制器9，只需更改初始化文件中的参数，就可进行相应的测试工作，控制器的参数写入初始化文件中的好处是可以避免在操作界面更改参数的繁琐过程。

上述技术方案中，所述转向电机输入转矩的预设值为9～11N.m。

上述技术方案的步骤5中，改变扭矩传感器主辅路信号的过程相当于模拟方向盘的正转、反转与回正的过程，对于扭矩信号是模拟电压信号类型的EPS控制器9，在进行助力特性测试时，转向电机扭矩主路信号值变化规则为：2.5V至4.0V至2.5V至1V至2.5V，转向电机扭矩辅路信号值的变化规则为：2.5V至1.0V至2.5V至4V至2.5V，转向电机扭矩主路信号值由2.5V到4.0V逐渐递增时，相当于方向盘的正转过程；转向电机扭矩主路信号值由4V到2.5V逐渐递减时，相当于方向盘的正转回正过程；转向电机扭矩主路信号值由2.5V到1V逐渐递减时，相当于方向盘的反转过程；转向电机扭矩主路信号值由1V到2.5V逐渐递增过程，相当于方向盘的反转回正过程；

转向电机扭矩辅路信号起到冗余校验的作用，转向电机扭矩辅路信号的单调性与转向电机扭矩主路信号电压相反，当转向电机扭矩辅路信号值与电机扭矩主路信号电压值之和为一定值时，说明转向电机扭矩信号正常。

上述技术方案步骤6中，采用LabVIEW软件的简易报表功能，将三组转向助力特性曲线的转向助力电流起始点和起始值、转向助力电流饱和点和饱和值、转向助力特性曲线梯度k(v)和转向助力特性曲线对称度生成一份word报表。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。