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1 背景
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS( Electric Power Steering)，以其轉(zhuǎn)向手感好，節(jié)省燃油、環(huán)保、裝配靈活等優(yōu)勢(shì)，將逐步替代舊式的機(jī)械轉(zhuǎn)向、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
作為汽車上重要的安全部件之一，EPS在生產(chǎn)中需進(jìn)行嚴(yán)格的性能測(cè)試與耐久試驗(yàn)以驗(yàn)證其可靠性并獲得最佳工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。由于實(shí)車試驗(yàn)不僅危險(xiǎn)性高且費(fèi)用昂貴，生產(chǎn)商更傾向于搭建試驗(yàn)臺(tái)來(lái)模擬不同工況下的實(shí)車試驗(yàn)，這種方式不僅安全、方便、成本較低，并且能夠達(dá)到比較理想效果。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)臺(tái)主要由機(jī)械臺(tái)架、控制系統(tǒng)等構(gòu)成,如圖2.1所示。采用伺服電機(jī)仿真駕駛員對(duì)方向盤(pán)的操作，磁粉制動(dòng)器進(jìn)行仿真不同路況下的轉(zhuǎn)向受力, EPS作為被測(cè)件提供轉(zhuǎn)向助力。其中，控制系統(tǒng)由上位機(jī)、測(cè)試臺(tái)控制器組成，按功能可分為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、樣件供電和通信系統(tǒng)，且這四個(gè)控制系統(tǒng)均各具 4個(gè)可分別獨(dú)立運(yùn)行的單元，可同時(shí)測(cè)試 4 只EPS 樣件。
圖示 EPS耐久性試驗(yàn)臺(tái)
2.1 工作原理
系統(tǒng)充分考慮模塊化設(shè)計(jì)，工作原理設(shè)計(jì)如圖2.2所示。其中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用伺服電機(jī)控制器控驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)輸入端的轉(zhuǎn)角、扭矩等數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量分析，并實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)的閉環(huán)調(diào)整。
磁粉制動(dòng)器作為加載系統(tǒng)，其負(fù)載方式通過(guò)PXI系統(tǒng)編程控制，獲得負(fù)載端的扭矩和轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)，并通過(guò)張力控制器實(shí)現(xiàn)扭矩的閉環(huán)控制。
供電系統(tǒng)使用外接電源和電池并聯(lián)方式對(duì)系統(tǒng)不間斷供電，保證系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，在系統(tǒng)工作期間，對(duì)每個(gè)樣件的耗電進(jìn)行監(jiān)測(cè)，讀取每個(gè)樣件的電壓、電流值，同時(shí)可對(duì)各路電源隨時(shí)切與接通。
圖2.2 原理圖
2.2 電氣設(shè)計(jì)
圖2.3 電氣設(shè)計(jì)
系統(tǒng)在充分模擬4個(gè)EPS正常工作狀態(tài)的基礎(chǔ)上，使用PXI對(duì)系統(tǒng)各個(gè)模塊進(jìn)行控制，數(shù)據(jù)采集、分析和處理。由供電電源，PXI控制器，運(yùn)動(dòng)控制卡、AO模擬輸出卡，計(jì)數(shù)器卡、數(shù)據(jù)采集卡和數(shù)字IO卡構(gòu)成。運(yùn)動(dòng)控制卡控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中四個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)箱控制器運(yùn)行RT操作系統(tǒng)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。DAQ板卡模擬輸入用于采集扭矩傳感器信息、EPS耗電的電壓、電流信息。計(jì)數(shù)器卡用于讀取驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和加載系統(tǒng)的編碼器信息，用于測(cè)試角度。AO模擬輸出卡，輸出控制供電電源電壓，同時(shí)將采集到得角度信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量輸出。數(shù)字IO 板卡用于控制點(diǎn)火信號(hào)、總電源開(kāi)關(guān)、單路EPS供電開(kāi)關(guān)和點(diǎn)火信號(hào)開(kāi)關(guān)及指示燈等。
2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖2.2所示，由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、EPS、加載系統(tǒng)組成。工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)EPS轉(zhuǎn)動(dòng)，加載系統(tǒng)對(duì)EPS的運(yùn)動(dòng)其阻尼作用。
為了和實(shí)車情況保持一致，EPS 耐久性測(cè)試系統(tǒng)采用高可靠性軸承和導(dǎo)軌，保證了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的軸向位置、角度，加載端的角度能夠靈活調(diào)節(jié)，同時(shí)加載端X、Y、Z距離均可自由調(diào)整。靈活的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使得系統(tǒng)可以適應(yīng)多種不同型號(hào)的EPS測(cè)試。
圖2.4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.3 軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)基于LabVIEW軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，完成系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制測(cè)量，在保證測(cè)試精度，速度等基礎(chǔ)上系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。測(cè)試界面美觀、整齊，自動(dòng)記錄測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)試系統(tǒng)具備錯(cuò)誤與異常處理能力。
圖2.5 序列編輯界面
系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的測(cè)試序列靈活可編輯，可根據(jù)不同的路況編輯不同的測(cè)試序列，如圖2.5所示。用戶可自定義驅(qū)動(dòng)端的轉(zhuǎn)角曲線，加載端的負(fù)載扭矩曲線，可以是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波、三角波、方波，也可以是自定義的任意曲線。結(jié)合自定義曲線和不同的車速，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速用戶可以設(shè)計(jì)出不同的操作者模型、路況模型，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。
圖2.6 測(cè)試界面
測(cè)試結(jié)果曲線實(shí)時(shí)顯示，如圖2.6所示。系統(tǒng)數(shù)據(jù)采用定時(shí)保存，即每運(yùn)行一段時(shí)間后保存一段數(shù)據(jù)。一旦發(fā)生錯(cuò)誤系統(tǒng)自動(dòng)將將錯(cuò)誤發(fā)生前后一段時(shí)間的數(shù)據(jù)保存下來(lái)，方便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中的不足與缺陷。
3 系統(tǒng)功能及指標(biāo)
3.1 系統(tǒng)功能
系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能有：自定義轉(zhuǎn)角曲線、加載曲線，自定義測(cè)試序列，監(jiān)測(cè)序列執(zhí)行狀態(tài)，監(jiān)測(cè)EPS的輸入輸出角度、扭矩和被測(cè)件的工作電壓、電流，以及三種數(shù)據(jù)記錄方式等。系統(tǒng)主要功能項(xiàng)目見(jiàn)表3.1所示：
表3.1 系統(tǒng)功能
| 類別 |
項(xiàng)目 |
描述 |
| 功能項(xiàng)目 |
臺(tái)架控制器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) |
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制 |
電機(jī)速度、位置控制 |
| 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試 |
測(cè)試驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的扭矩及角度； |
| 臺(tái)架控制器加載系統(tǒng) |
加載系統(tǒng)控制 |
控制磁粉制動(dòng)器加載實(shí)現(xiàn)扭矩的閉環(huán)控制 |
| 加載系統(tǒng)測(cè)試 |
測(cè)試四路加載系統(tǒng)的扭矩及角度 |
| 數(shù)字信號(hào)監(jiān)測(cè) |
監(jiān)測(cè)臺(tái)架控制器發(fā)出的輸入輸出角度信號(hào) |
| 供電系統(tǒng) |
供電系統(tǒng)控制 |
可編程電源和蓄電池保證系統(tǒng)不間斷運(yùn)行 |
| 供電系統(tǒng)測(cè)試 |
測(cè)供電單元的電壓與電流； |
3.1 系統(tǒng)指標(biāo)
表3.2 系統(tǒng)指標(biāo)
| 測(cè)試控制項(xiàng) |
范圍 |
精度 |
| 轉(zhuǎn)角 |
≥±550° |
8192線 |
| 負(fù)載扭矩 |
0~175Nm |
—— |
| 角速度 |
0~400°/s |
—— |
| 供電 |
0-20V |
0.1V |
| 電流 |
0-100A |
0.1A |
4 總結(jié)
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)耐久性試驗(yàn)臺(tái)作為EPS耐久性測(cè)試平臺(tái)，其靈活的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可自定義的路況信息，可編輯的測(cè)試序列，堅(jiān)固可靠的設(shè)備結(jié)構(gòu)使得該系統(tǒng)適應(yīng)性非常強(qiáng)，可作為汽車上大部分電動(dòng)助力式轉(zhuǎn)向系測(cè)試和分析用的設(shè)備。
參考文獻(xiàn)
[1] 包壽紅，劉運(yùn)來(lái). 汽車EPS性能檢測(cè)與評(píng)定方法. 1003-8639，2011(4)，52-56.
[2] 何黎霞.汽車EPS電機(jī)微扭矩測(cè)試臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn). 1673-1131, 2013(2)，54-55.
[3] 華軍. EPS系統(tǒng)綜合性能實(shí)驗(yàn)研究. 江蘇省汽車工程學(xué)會(huì)第九屆學(xué)術(shù)年會(huì)，2010，江蘇.
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