一种适用于汽车c-eps系统的硬件在环性能测试试验台的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于汽车领域，设及汽车电动助力转向系统测试，特别设及汽车C-EPS控 制开发系统硬件在环性能测试试验台。
【背景技术】
[0002] 随着汽车技术的发展，助力转向系统已成为一些轿车的标准设置，全世界采用电 动助力转向系统巧PS)的比例越来越大，EPS能提高行驶中驾驶员的舒适性和安全性，减少 环境污染与能量消耗，是当前汽车转向系统的研究重点。目前，我国自主的EPS产品的设计 参数与性能指标尚未完善，在研发、设计过程中需要进行大量的实车试验。实车试验是检验 系统性能好坏的重要手段，但是需要专业的驾驶员，费用高，费时费力，使得系统性能检验 成本过高。转向柱式助力式转向器（C-EPS)的助力单元、控制器和传感器都集中于转向柱 处，从结构上来说比较紧凑，易于在车辆上的安装，可W安装在固定式转向柱、倾斜式转向 柱和其它形式的转向柱上。
[0003] C-EPS的控制系统的性能测试包括系统性能的测试和控制策略的评价，合理的加 载方式、逼真的仿真测试环境和实时的采样控制是C-EPS控制开发系统试验台需要解决的 问题，特别是控制算法特性对车辆转向性能的影响。其中，用于C-EPS性能评价的基本实验 方法一般包括：一、开环试验方法（稳态圆周试验、转向盘角阶跃输入试验、转向盘角脉冲 输入试验、转向轻便性试验、转向回正试验、中屯、区操纵性试验、转弯制动试验）；二、闭环 试验方法（蛇形试验、双移线试验、躲避障碍试验）。转向输入包括手动操作和自动操作， 手动操作输入和自动转向操作输入各有优缺点：前者优点在于可用于闭环试验，无需专业 设备，但是重复性较差、受试验员水平影响大、对于精确复杂操作不能完成或效果不好；后 者重复性好，可W完整精确、复杂的操作；但是后者只用于开环试验、需要转向电机。手动操 作输入适合于闭环试验；自动转向机械操作输入适合于转向盘扫频输入试验；稳态圆周试 验、转向回正试验、中屯、区操纵性试验两者的差别不大；转向盘角阶跃输入试验、转向盘角 脉冲输入试验自动转向输入更好。
[0004] 但是，现有的电动助力系统性能测试装置还是不能有效替代专业驾驶员的操作动 作，不能灵活做到可选手动输入转向动作或者自动转向动作，不能一定程度上代替实车试 验，没有考虑使用转向阻力电机作为转向阻力加载的机械系统补偿问题，即用转向阻力模 拟电机精确加载转向阻力的问题。也还没有在试验台做补偿控制算法的相关参数在线调试 及相关实验结果的采集记录存储。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种能实现手动、自动转向模式W及用阻力电机精确模拟转 向阻力W及能用于补偿控制算法的相关参数在线调试，并可W实时监测试验结果并进行数 据存储的C-EPS控制开发系统硬件在环测试试验台。
[0006] 本发明的技术方案是：
[0007] 所述一种适用于汽车C-EPS系统的硬件在环性能测试试验台，包括台架部分和测 控系统部分，其特征在于，台架部分包括：1、手动转向模式的组件，2、自动转向模式的组件， 3、转向盘，4、被测C-EPS转向管柱总成，5、转矩转速传感器，6、弹性联轴器，7、自动转向小 皮带轮，8、自动转向大皮带轮，9、自动转向电机，10、实时仿真平台dSPACE，11、自动转向伺 服控制器，12、位置可调支架，13、阻力模拟电机，14、远程控制总电源箱，15、L型行星减速 器，16、连接法兰，17、工业计算机主机，18、斜面侣合金平台，19、皮带，20、阻力加载伺服控 制器，21、可支撑地脚轮，22、普通行星减速器，23、转向电机安装滑轨，24、滑轨支撑板。台 架测控系统由实时仿真平台dSPACE、工业计算机及控制开发软件系统（simulink等）、伺 服电机控制器、传感器等部分组成。试验台架W斜面侣合金平台（18)为基座，底部安装可 调节支撑高度的低噪音可支撑地脚轮（21)，便于台架的移动和固定；所述侣合金平台台面 安装有位置可调支架（12)用于固定被测C-EPS转向管柱总成（4)、转矩转速传感器（5)和 阻力模拟装置，被测C-EPS转向管柱总成（4)、转矩转速传感器（5)和阻力模拟装置S者 间通过弹性联轴器化）同轴连接W减小由于安装过程的同轴偏差带来的转矩脉动影响；所 述侣合金台面加工有长孔便于调节支架的安装位置；阻力模拟装置选用低惯量交流伺服电 机（13)，通过低背隙的L型行星减速机（15)进行减速增扭，在实现对被测C-EPS系统的 高精度阻力加载的同时，有效的减小台架的体积便于实验室布置。试验台硬件在环测试环 境具有手动转向（1)和自动转向（2)两种模式，转向指令可W选择由驾驶员输入或是由自 动转向电机（9)输入，其中，手动转向模式与传统转向测试试验台一样，由试验驾驶员按标 准操纵稳定性工况操作转向盘；自动转向模式运行时需要去掉手动转向模式时的转向盘 (3)，并在自动转向电机滑轨上安装与转向管柱平行放置的自动转向电机，通过带轮组（7) (8) 和T型齿皮带（19)传递转角至转向管柱上。增加的自动转向电机主要替代驾驶员进 行自动转向，自动转向时转向电机设定为位置控制模式，将提前录制的专业驾驶操作曲线 由dSPACE(10)通过脉冲发送到自动转向电机控制器（11)，控制自动转向电机转角W模拟 驾驶员进行精确重复的转向操作。转矩转速传感器的数据采集、阻力模拟电机位置的读取 和自动转向电机、阻力模拟电机的控制都由测控系统来执行。在环测试试验台采用低惯量 交流伺服电机作为转向阻力模拟装置，通过L型行星减速器（15)及连接法兰（16)与C-EPS 转向管柱总成（4)相连。加载的转向阻力矩不仅包括了由dSPACE(lO)运行的Carsim车辆 模型计算获得的转向小齿轮处的等效回正力矩，并在此基础上考虑了对阻力加载机械系统 的摩擦、阻尼、惯量相关特性的补偿。计算获得的转向阻力矩由dSPACE(lO)通过DA通道发 送到阻力模拟电机控制器，从而为EPS测试实验提供实时、精确的转向阻力加载。相关补偿 的控制算法参数调试可W在工业计算机中安装的Controlldesk软件中进行，并可完成记 录试验数据和系统实时监控等工作。
[0008] 所述一种适用于汽车C-EPS系统的硬件在环性能测试试验台，W可移动台架上方 的斜面侣合金台面（18)为基面，通过位置可调支架（12)和连接法兰（16)将被测C-EPS转 向管柱总成（4)、转矩转速传感器（5)和L型行星减速器（15)W及阻力模拟电机（13)同 轴连接；所述的C-EPS转向管柱总成通过法兰及位置可调支架与转向阻力模拟装置连接成 L型，有效的减小台架的体积便于实验室布置，各部件间通过弹性联轴器（6)同轴连接W减 小由于安装过程的同轴偏差带来的转矩脉动影响，所述斜面侣合金台面（18)加工有长孔 便于调节支架的安装位置。（如附图2所示）
[0009] 所述一种适用于汽车C-EPS系统的硬件在环性能测试试验台，设定阻力加载伺服 控制器（20)为转矩闭环控制模式，在Carsim中选择匹配车辆模型并设定试验工况，计算的 转向阻力矩由dSPACE(lO)通过DA通道发送到阻力模拟电机控制器，控制阻力模拟电机进 行精确加载。手动转向测试中试验员按操稳试验工况操作方向盘，并实时采集转向盘转角， 转速及转向管柱输出转矩W及整车状态信息。（如附图3所示）
[0010] 所述一种适用于汽车C-EPS系统的硬件在环性能测试试验台，为减小由于转向盘 惯量引起的系统振荡，去掉转向盘（3)将所述的自动转向大带轮（8)安装于被测C-EPS转 向管柱总成（4)的最上端，通过皮带（19)与自动转向小带轮（7)连接，自动转向电机巧）、 普通行星减速器（22)及位置可调支架（12) -起固定在滑轨支撑板（24)上，然后用螺栓 将滑轨支撑板（24)固定在转向电机安装滑轨（23)上，自动转向电机与被测C-EPS转向管 柱平行布置，通过调整自动转向电机在滑轨上的位置调整皮带的张紧度，在传动皮带张紧 后锁紧自动转向电机支架上的固定螺母，由自动转向电机连接的普通行星减速器驱动小带 轮，小带轮通过皮带带动大带轮转动。将自动转向伺服控制器（11)设定为位置控制模式， 在Carsim中选择匹配车辆模型并设定试验工况，根据预设的转向盘操作数据控制自动转 向电机转角，在阻力加载的同时并实时采集转向盘转角，转速及转向管柱输出转矩W及整 车状态信息，从而实现自动转向测试。（如附图4所示） W11] 所述一种适用于汽车C-EPS系统的硬件在环性能测试试验台，采用dSPACE(lO)实 时仿真系统搭建控制C-EPS系统测试平台，转矩转速传感器（5)信号、阻力模拟电机（13) 位置等数据的采集和自动转向电机（9)及阻力模拟电机（13)的控制都由测控系统来执 行；转角位置由阻力模拟电机（13)自带的增量式编码器测得的频率信号转化