游專，李仁和，劉瓊瓊，許強(qiáng)

（淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系，江蘇 淮安 223003）

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循環(huán)球動力轉(zhuǎn)向器性能測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

游專，李仁和，劉瓊瓊，許強(qiáng)

（淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系，江蘇 淮安 223003）

摘 要：針對循環(huán)球動力轉(zhuǎn)向器性能試驗(yàn)臺架的功能要求，設(shè)計(jì)了循環(huán)球動力轉(zhuǎn)向器性能測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)選用伺服電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)向器的輸入端，電動伺服液壓擺動缸對輸出端加載模擬阻力，通過VB編程調(diào)取采集卡相關(guān)驅(qū)動函數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)臺的數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，實(shí)時(shí)繪制曲線，并能依據(jù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對測試結(jié)果做出合格與否判斷。試驗(yàn)結(jié)果表明：該系統(tǒng)性能良好、工作可靠，軟硬件設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)規(guī)范，其精度及實(shí)時(shí)性能達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，避免了盲目進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)造成的安全隱患。

關(guān)鍵詞：循環(huán)球動力轉(zhuǎn)向器；性能測試系統(tǒng)；伺服電機(jī)；液壓擺動缸

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.03.046

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)03-138-03

前言

轉(zhuǎn)向器作為汽車主動安全的關(guān)鍵組成部件，已隨著汽車工業(yè)的迅猛崛起而快速發(fā)展[1]。循環(huán)球轉(zhuǎn)向器操作輕便，工作平穩(wěn)可靠，使用壽命長，廣泛的應(yīng)用于商用車和越野車，其基本性能也更受重視。因此，搭建一個(gè)高精度、低成本的試驗(yàn)臺對循環(huán)球轉(zhuǎn)向器進(jìn)行實(shí)際車況模擬和基本性能檢測顯得尤為重要[2]。參照我國汽車行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)QC/T529-2000《汽車動力轉(zhuǎn)向器總成臺架試驗(yàn)方法》，QC/T530-2000《汽車動力轉(zhuǎn)向器總成技術(shù)條件》和QC/T29096-92《汽車轉(zhuǎn)向器總成臺架試驗(yàn)方法》規(guī)定，考慮經(jīng)濟(jì)成本以及控制精度，采用交流伺服技術(shù)、智能集成技術(shù)與微機(jī)測控技術(shù)，建立了循環(huán)球動力轉(zhuǎn)向器性能測試試驗(yàn)臺，為循環(huán)球批量化制造生產(chǎn)，整車裝配提供技術(shù)支持[3]。

1、系統(tǒng)功能描述

系統(tǒng)具備參數(shù)設(shè)置、單項(xiàng)測試、元件測試、零點(diǎn)標(biāo)定、實(shí)時(shí)測試、過程直觀、一鍵停機(jī)等功能。

參數(shù)設(shè)置：可以對各項(xiàng)試驗(yàn)過程的運(yùn)動參數(shù)、曲線形式、合格標(biāo)準(zhǔn)等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；單項(xiàng)測試：系統(tǒng)對單個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)項(xiàng)目具有完全的任意選擇權(quán)，可以根據(jù)技術(shù)要求，選擇任何一個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)；元件測試：對試驗(yàn)臺關(guān)鍵零部件進(jìn)行測試，可隨時(shí)掌握關(guān)鍵零部件的性能狀況，一般故障自行解決。同時(shí)，該功能還可完成手動工況調(diào)整；零點(diǎn)標(biāo)定：對系統(tǒng)所使用的傳感器進(jìn)行在線零點(diǎn)標(biāo)定，不必用復(fù)雜專業(yè)的放大電路調(diào)整；實(shí)時(shí)測試：試驗(yàn)過程中對各參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)對試驗(yàn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)輸出；過程直觀：試驗(yàn)過程中曲線同步顯示，直觀、實(shí)時(shí)、動態(tài)的展現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果；一鍵停機(jī)：無論在什么狀態(tài)下，均可做到一鍵停機(jī)復(fù)位，提高了系統(tǒng)的安全系數(shù)[4]。

2、測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)臺硬件設(shè)計(jì)包括助力泵站模塊、加載泵站模塊、伺服正向輸入驅(qū)動模塊、伺服逆向輸入驅(qū)動模塊和液壓擺缸輸出加載模塊五個(gè)核心模塊[5]，如圖1所示。其中，伺服正向輸入驅(qū)動模塊由動力源模塊（伺服電機(jī)、減速機(jī)）和功能檢測模塊（角度編碼器、扭矩傳感器），通過同步帶并聯(lián)而成。

圖1　硬件模塊結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 軟件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)臺系統(tǒng)軟件采用VB作為主要編程語言。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、曲線繪制、數(shù)據(jù)存儲、報(bào)告打印及人機(jī)交互界面等幾部分組成。試驗(yàn)主界面如圖2所示，分為上、中、下、左四大區(qū)域，下面對各個(gè)區(qū)域及其功能作詳細(xì)說明[6]。

上面區(qū)域?yàn)椴藛螜?，包括文件、編輯、模塊、報(bào)告、退出五個(gè)菜單，主要對用戶、產(chǎn)品型號、試驗(yàn)過程參數(shù)、數(shù)據(jù)查詢、打印報(bào)告等進(jìn)行自定義設(shè)置。

中間區(qū)域?yàn)樾畔⑤敵鰠^(qū)，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)曲線、型號信息、試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，主要對各試驗(yàn)過程數(shù)據(jù)、曲線、狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和顯示。顯示型號信息，判定試驗(yàn)結(jié)果并顯示是否合格。

下面區(qū)域?yàn)闋顟B(tài)區(qū)，實(shí)時(shí)顯示試驗(yàn)過程中的試驗(yàn)狀態(tài)和試驗(yàn)臺狀態(tài)信息。

左面區(qū)域?yàn)楣δ軈^(qū)，采用卷展欄式，包括試驗(yàn)項(xiàng)目、功能項(xiàng)目、歷史曲線，可以對試驗(yàn)過程進(jìn)行自定義選擇，同時(shí)可以查看試驗(yàn)歷史曲線。

圖2　試驗(yàn)主界面圖

在試驗(yàn)過程中，所有的壓力、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角等數(shù)據(jù)都是按照真實(shí)的物理時(shí)間進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并記錄在數(shù)據(jù)文件和數(shù)據(jù)庫中[7]。數(shù)據(jù)采集采用軟件觸發(fā)和硬件觸發(fā)方式，結(jié)合采集單元提供的采集方式，可通過兩種方式控制啟動信號，一是通過軟件來控制這個(gè)啟動信號，二是采用板卡內(nèi)部的專門時(shí)鐘自動控制這個(gè)啟動信號。

可對傳感器進(jìn)行定期的標(biāo)定，適用于用戶進(jìn)行傳感器的零點(diǎn)標(biāo)定[8]。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的模擬信號一般含有多種噪音和干擾，為了對信號進(jìn)行準(zhǔn)確測量，除了對零點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，采用了數(shù)字濾波技術(shù)，不增加硬件，而且可靠性好。通過反復(fù)試驗(yàn)，對不同的信號類型采用不同的濾波方法。如有限幅濾波法、中位值濾波法、算術(shù)平均值法等方法[9]。

3、測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 試驗(yàn)內(nèi)容

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)能自動進(jìn)行以下試驗(yàn)項(xiàng)目，生成試驗(yàn)報(bào)告并可根據(jù)給定指標(biāo)對合格與否進(jìn)行判定[10]。試驗(yàn)項(xiàng)目包括：空載轉(zhuǎn)動力矩、方向盤總?cè)?shù)；轉(zhuǎn)向力特性試驗(yàn)、剛度試驗(yàn)；油壓試驗(yàn)；輸入輸出特性試驗(yàn)；靈敏度試驗(yàn)；自由間隙試驗(yàn)；功能試驗(yàn)；內(nèi)泄漏試驗(yàn)；逆向空載試驗(yàn)；空載流量特性試驗(yàn)；加載流量特性試驗(yàn)；流量跟隨特性試驗(yàn)；手感試驗(yàn)等項(xiàng)目。以逆向空載試驗(yàn)生成的試驗(yàn)報(bào)告，如圖3所示。

圖3　試驗(yàn)報(bào)告圖

3.2 試驗(yàn)運(yùn)行

通過試樣安裝→試樣置位→零點(diǎn)標(biāo)定→元件測試→參數(shù)設(shè)置→試驗(yàn)啟動的流程完成各項(xiàng)試驗(yàn)，試驗(yàn)運(yùn)行現(xiàn)場圖，如圖4所示。

圖4　試驗(yàn)運(yùn)行現(xiàn)場圖

4、結(jié)論

循環(huán)球動力轉(zhuǎn)向器性能試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試與試驗(yàn)表明，筆者設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺操作方便、快捷、可靠、安全。軟件系統(tǒng)采用按鈕式菜單操作，簡單明了，方便易用，能使操作人員在短短的十幾分鐘內(nèi)迅速掌握使用方法，全程圖形界面，中文提示信息，交互式菜單操作，操作員不必記憶任何命令。系統(tǒng)轉(zhuǎn)向軸驅(qū)動采用伺服無級調(diào)速系統(tǒng)，試驗(yàn)過程中實(shí)時(shí)顯示性能曲線，試驗(yàn)結(jié)果屏幕同步顯示。傳感器供電采用高精度線性電源，保證傳感器采集數(shù)據(jù)的真實(shí)性。試驗(yàn)臺可以完成各項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目，滿足性能試驗(yàn)要求。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，能自動進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目，生成試驗(yàn)報(bào)告并可根據(jù)給定指標(biāo)對合格與否進(jìn)行判定。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙萬忠,施國標(biāo),林逸,等．循環(huán)球式EPS系統(tǒng)助力特性控制策略研究[J]，北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28(8):702-706.

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[4] 何志鋒.齒輪齒條式動力轉(zhuǎn)向器性能測試系統(tǒng)研究[D].長春理工大學(xué),2014.

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Design and Implementation For Performance Test System of Recirculating Ball Power Steering

You Zhuan, Li Renhe, Liu Qiongqiong, Xu Qiang
（Department of Automobile Engineering, Huaian College of Information Technology, Anhui Huaian 223003）

Abstract:According to the functional requirements for the performance test bench of the recirculating ball power steering, the performance test system of the circular ball power steering gear is designed.The steering input is driven by servo motor.The load resistance on the output is simulated by the electric servo hydraulic swing cylinder.Using VB to obtain the acquisition card driver function in the data acquisition of the test bench, to collect the sensor output signal.The system can monitor real-time data, render real-time curves, and can make the test results according to the evaluation criteria to judge.Test results show that the system has good performance and reliable operation，the design of hardware and software of the system can meet the design specifications，accuracy and real-time of the system can meet the design standards, security risks of the actual vehicle test result blindly can been avoided.

Keywords:Recirculating ball power steering; Performance Test System; servo motor; hydraulic swing cylinder

基金項(xiàng)目：江蘇省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（BK20131217），淮安市科技計(jì)劃資助項(xiàng)目（HAG2013050）。

作者簡介：游專，副教授，博士，就職于淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系。主要從事汽車機(jī)電一體化研究。

中圖分類號：U467.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)03-138-03