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。阻力模拟电机设定力矩 控制模式，加载的转向阻力矩不仅包括了由dSPACE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通过DA通道发送到阻力模拟电机控制 器，从而为C-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。
[0032] 试验台在环测试环境提供手动转向和自动转向两种模式，转向指令可W选择由驾 驶员输入或是由自动转向电机输入，其中，手动转向模式时使用转向盘（如附图3所示结 构），转向指令由驾驶员按操稳工况操作转向盘。
[0033] 试验台在环测试环境提供手动转向和自动转向两种模式，自动转向模式运行时需 要去掉手动转向模式时的转向盘，并在此基础上增加了自动转向大小皮带轮（7、8)、皮带 (19)、转向电机安装滑轨（23)、滑轨支撑板（24)、自动转向电机系统巧、23)、普通行星减速 器（22)等部件（如附图4所示结构），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按照试验的需求采用位置控制模式，将提前录制的专业驾驶操作曲线 由dSPACE平台通过脉冲发送到自动转向电机控制器，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。
[0034] 试验台用于C-EPS控制系统开发与验证时，包括自动转向测试和手动转向测试两 种方法，分别可W做C-EPS控制系统开发时所做实验的开环测试与闭环测试。满足对C-EPS 系统的控制策略和性能研究，特别是控制算法特性对车辆转向性能的影响，可W对C-EPS 控制系统的相关补偿控制方法进行仿真试验验证，初步验证补偿控制算法的正确性和有效 性，还可W对C-EPS系统出现故障时的判别W及故障诊断方法进行验证。
[0035] 试验台采用低惯量交流伺服电机（13)作为转向阻力模拟装置，阻力加载伺服控 制器（20)设定为力矩控制模式，通过L型行星减速器（15)及连接法兰（16)与被测C-EPS 转向管柱总成（4)相连。阻力加载过程中，WdSPACE实时仿真平台中运行的Carsim整车 动力学模型计算获得的小齿轮处等效阻力矩为目标加载力矩，可W动态模拟不同车速下的 转向工况。考虑到低背隙L型减速器存在的摩擦、阻尼和惯量因素对实际输出加载力矩的 影响，在阻力加载控制中加入摩擦补偿、阻尼补偿和惯量补偿，并与整车动力学模型计算的 目标加载力矩叠加，通过dSPACE中的DA通道控制阻力加载伺服控制器进行高精度动态阻 力加载。相关补偿，具体如下：
[0036] (1)摩擦补偿中考虑了滑动摩擦的动静摩擦切换过程。补偿电流采用与阻力加载 系统转速相关的线性饱和函数进行表示。具体的动静切换转速和动摩擦阔值F通过试 验进行标定。
[0037]
[0038] (2)阻尼补偿控制根据阻尼特性采用一组与阻力加载系统转速相关的线性函数进 行表示，阻尼补偿系数kd通过试验标定得到。 W例lDamp"g(W) =kd? W40] 做惯量补偿控制，根据系统惯性特性采用一组与阻力加载系统角加速度相关的 线性函数进行表示，补偿系数ki通过试验标定得到。
[0041 ]
[00创其中，0为电机位置，通过阻力模拟电机控制器读出，为阻力模拟电机转动角 速度，可由电机位置经过离散微分和滤波处理得到。
[0043] 试验台还可用于补偿控制算法的相关参数在线调试，在MTLAB\simulink中编写 补偿控制算法并编译生成"S壯"文件发送到dSPACE中运行进行实时仿真，手动输入或者自 动输入转向指令，使用Controlldesk进行补偿控制算法的相关参数（包括摩擦补偿系数、 阻尼补偿系数、惯量补偿系数）的在线调试，并可W实时监测试验结果并进行数据存储。
【主权项】
1. 一种适用于汽车C-EPS系统的硬件在环性能测试试验台，其特征在于，由斜面铝合 金平台、可支撑地脚轮、位置可调支架、转向盘、被测C-EPS转向管柱总成、连接法兰、转矩 转速传感器、弹性联轴器、L型行星减速器、阻力模拟电机、阻力加载伺服控制器、自动转向 带轮组、自动转向电机、普通行星减速器、自动转向伺服控制器、转向电机安装滑轨、滑轨支 撑板、远程控制电源箱、实时仿真平台dSPACE、工业计算机组成；试验台架以斜面铝合金平 台为基座，底部安装可调节支撑高度的低噪音可支撑地脚轮，便于台架的移动和固定；所述 铝合金平台台面安装有位置可调支架用于固定被测C-EPS转向管柱总成、转矩转速传感器 和阻力模拟装置；被测C-EPS转向管柱总成、转矩转速传感器和阻力模拟装置三者间通过 弹性联轴器和连接法兰同轴连接以减小由于安装过程的同轴偏差带来的转矩脉动影响；所 述铝合金台面加工有长孔便于调节位置可调支架的安装位置；阻力模拟装置选用低惯量交 流伺服电机，通过低背隙的L型行星减速机进行减速增扭，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；手动转向模式时将转向盘 用螺母固定到被测C-EPS转向管柱总成的顶端；自动转向模式时去掉手动转向模式的转向 盘，将大带轮固定在被测C-EPS转向管柱总成的顶端，同时将普通行星减速器前端通过花 键连接到自动转向电机的转轴上，普通行星减速器后端通过连接轴与小带轮连接，小带轮 通过带传动与大带轮连接实现自动转向功能，自动转向电机与普通行星减速器、小带轮、滑 轨支撑板一起通过螺栓固定于滑轨上便于调整皮带的张紧度。2. 如权利要求1所述C-EPS系统的硬件在环性能测试试验台，其特征在于，采用实时 仿真平台dSPACE作为试验平台的测控系统核心，其利用其频率采集模块采集转速转矩传 感器输出频率信息，并通过解算关系获得相应的转向管柱输出转矩和转速；转向盘转角位 置解算利用dSPACE的正交编码采集模块采集阻力加载伺服控制器输出的增量编码信号获 得增量位置，每次上电测试前需要将转向盘手动调整至中间位置，以此为转向盘零位；阻力 加载伺服控制器设定为转矩闭环控制模式，由dSPACE输出DA信号控制其加载力矩的大小 和方向；自动转向伺服控制器设定为转角闭环控制模式，由dSPACE利用IO输出步进脉冲信 号控制其转角位置；远程控制电源箱具有过载保护和远程控制功能，其输出交流220V、直 流24V、正负12V，负责整个台架测控系统的供电；工业计算机通过TCP/IP协议与dSPACE连 接，负责测控程序的下载和实时数据监控。3. 如权利要求1所述C-EPS系统硬件在环性能测试试验台，其特征在于，阻力加载系统 采用低惯量交流伺服电机，利用其与伺服控制器组成的转矩闭环控制系统可以实现快速的 动态加载需求，阻力加载过程中，以dSPACE实时仿真平台中运行的Carsim整车动力学模型 计算获得的小齿轮处等效阻力矩为目标加载力矩，可以动态模拟不同车速下的转向工况， 考虑到低背隙L型减速器存在的摩擦、阻尼、惯量因素对实际输出加载力矩的影响，在阻力 加载控制中加入摩擦补偿、阻尼补偿、惯量补偿，并与整车动力学模型计算的目标加载力矩 叠加，通过dSPACE中的DA通道控制阻力加载伺服控制器进行高精度动态阻力加载。4. 如权利要求1所述的C-EPS系统硬件在环性能测试试验台，其特征在于，利用工业计 算机上安装的测控软件ControlDesk操作界面可实时调整阻力加载系统的控制参数，并可 以实时监测试验结果并进行数据存储。
【专利摘要】本发明建立了一种适用于汽车C-EPS系统的硬件在环测试试验台。其包括斜面支撑台架、安装在所述台面上方的转向盘、C-EPS转向管柱总成、转向阻力模拟装置、自动转向电机、基于dSPACE实时仿真平台的测控系统、远程控制总电源箱、可支撑地脚轮等组成。在环测试台采用低惯量交流伺服电机经过L型行星减速器对C-EPS转向系统进行主动加载。部分开环测试试验中可以采用自动转向电机代替试验员进行测试。转向阻力矩的模拟过程中考虑了L型减速器中存在的摩擦、阻尼、惯量等对阻力加载的影响并进行了补偿控制。与其他电动助力转向试验台相比，该台架利用精确的转向阻力模拟可以实现EPS控制系统的开发和性能测试，并且具有结构紧凑，可移动的特点。
【IPC分类】G05B23/02
【公开号】CN105182968
【申请号】CN201510615590
【发明人】陈国迎, 宗长富, 麦莉, 刘欢, 何磊, 郑宏宇, 黄潭, 顾兴剑
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月24日