任志鵬，劉宗成，段文平，張 君

（1.東風(fēng)小康汽車有限公司汽車技術(shù)中心，重慶402260；2.重慶理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，重慶400054）

1 引言

隨著汽車先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，人們對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操縱輕便性、靈敏性、安全性都提出了更高的要求。要使研發(fā)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能達(dá)到最優(yōu)，在研發(fā)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的過程中應(yīng)該進(jìn)行大量的實(shí)車試驗(yàn)，然而實(shí)車試驗(yàn)需要相當(dāng)長的周期，且要消耗大量的人力、物力、財(cái)力，而采用試驗(yàn)臺(tái)來開發(fā)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，不僅可以縮短設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)間，降低開發(fā)成本，而且還可以利用試驗(yàn)臺(tái)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的產(chǎn)品進(jìn)行測試[1]。雖然試驗(yàn)臺(tái)不能精確的模擬實(shí)車的行駛路況，但可以通過研究加載裝置使試驗(yàn)臺(tái)的模擬工況更接近實(shí)車行駛路況，因此，準(zhǔn)確的模擬轉(zhuǎn)向阻力成了研究轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)的關(guān)鍵。目前轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)向阻力的加載有螺旋彈簧模擬加載、電液伺服加載、伺服電機(jī)模擬加載、液壓系統(tǒng)加載、磁粉制動(dòng)加載、軟件模擬加載等[2]。

文獻(xiàn)[3]根據(jù)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)向阻力特性搭建了二通道電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)，該試驗(yàn)臺(tái)采用磁粉制動(dòng)器進(jìn)行模擬加載。磁粉制動(dòng)器可輕易控制其輸出扭矩，但磁粉制動(dòng)器里的磁粉若受潮，其性能不穩(wěn)定，耐久性也會(huì)降低，因此磁粉制動(dòng)器對(duì)環(huán)境、設(shè)備要求較高。文獻(xiàn)[4]對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究，并研發(fā)出了三通道轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)，該試驗(yàn)臺(tái)的特點(diǎn)是采用螺旋彈簧模擬汽車轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)向阻力以及汽車回正時(shí)的回正力。采用螺旋彈簧模擬加載結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但螺旋彈簧加載不能實(shí)時(shí)調(diào)整，且施加的負(fù)載呈線性變化，因此螺旋彈簧不能精確的模擬汽車轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)向阻力及回正力。文獻(xiàn)[5]搭建了三通道電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)，該試驗(yàn)臺(tái)采用液壓系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行加載。液壓系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速且慣性力小，但液體流動(dòng)阻力和泄漏較大，并且泄漏可能引起安全事故，這樣就導(dǎo)致了液壓加載系統(tǒng)使用的局限性。文獻(xiàn)[6]采用Lab view 軟件搭建了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，采用Lab view 軟件搭建的虛擬試驗(yàn)臺(tái)可以任意加載，測試數(shù)據(jù)直觀且具有一定的借鑒價(jià)值，但整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)建立在虛擬軟件上，缺乏實(shí)車測試基礎(chǔ)，測試數(shù)據(jù)難以讓人信服。文獻(xiàn)[7]根據(jù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本要求、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及轉(zhuǎn)向器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)開發(fā)了五通道轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)，該試驗(yàn)臺(tái)采用伺服電機(jī)模擬方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服電機(jī)模擬加載可通過編程輕易控制加載，且根據(jù)不同的加載要求可以在位置控制和扭矩控制模式下靈活切換。通過對(duì)轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)加載方式的分析，伺服電機(jī)的加載方式易控、靈活，因此采用伺服電機(jī)加載必是未來試驗(yàn)臺(tái)加載方式的趨勢，而要使伺服電機(jī)模擬的負(fù)載施加在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上，且使模擬工況更接近實(shí)車行駛工況，現(xiàn)國內(nèi)外常采用Bell 機(jī)構(gòu)將模擬負(fù)載施加于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，Bell 機(jī)構(gòu)的特性是力經(jīng)Bell 機(jī)構(gòu)只改變力的方向而不改變其大小[7]，Bell 機(jī)構(gòu)示意圖，如圖1 所示。

圖1 Bell 示意圖Fig.1 Bell Schematic

2 Bell 機(jī)構(gòu)特性

根據(jù)Bell 機(jī)構(gòu)示意圖，Bell 機(jī)構(gòu)成立的條件是：（1）主動(dòng)桿到O點(diǎn)距離h1與從動(dòng)桿到O點(diǎn)的距離h2相等，即h1=h2；（2）桿l1的長度等于桿l3的長度，即l1=l3，并且桿l1與桿l2焊接成θ1角度；（3）角度θ1=θ2=90°；4）桿l2的長度等于桿l4的長度，即l2=l4。根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]，理論驗(yàn)證得到當(dāng)一個(gè)機(jī)構(gòu)是Bell 機(jī)構(gòu)時(shí)，可知力經(jīng)該機(jī)構(gòu)傳遞只改變力的傳遞方向而不改變其大小，即Fx=F負(fù)載。為驗(yàn)證Bell 機(jī)構(gòu)的傳遞特性，在ADAMS 中建立仿真模型，如圖2 所示。仿真的工況條件是在平面解析模型內(nèi)各桿件剛性連接，不考慮桿件之間的摩擦力，在從動(dòng)桿處施加1000N 的負(fù)載，給主動(dòng)桿施加一個(gè)驅(qū)動(dòng)并使其從-65mm 處運(yùn)動(dòng)到65mm 處，得到主動(dòng)桿的驅(qū)動(dòng)力Fx與其位移之間的關(guān)系，如圖3 所示。

圖2 Bell 機(jī)構(gòu)仿真模型Fig.2 Bell Mechanism Simulation Model

圖3 主動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)力Fx 與其位移的關(guān)系Fig.3 Relationship Between Active Lever Driving Force Fx and its Displacement

根據(jù)文獻(xiàn)[7]，力經(jīng)Bell 機(jī)構(gòu)的傳遞特性，主動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)力也應(yīng)為1000N，但曲線在右極限位置存在向上翹曲現(xiàn)象，力偏離1000N的大小不超過0.065N，這主要是由Bell 機(jī)構(gòu)本身引起的。

為驗(yàn)證圖3 中曲線翹曲是由Bell 機(jī)構(gòu)本身引起的，將負(fù)載設(shè)為空載，重新仿真得到主動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)力Fx與其位移的關(guān)系，如圖4 所示。

圖4 空載時(shí)主動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)力Fx 與其位移的關(guān)系Fig.4 The Relationship Between the Driving Force Fx of Active Bar and its Displacement Under No Load

從圖4 可知：空載狀態(tài)下主動(dòng)桿的驅(qū)動(dòng)力在右極限位置也會(huì)發(fā)生輕微翹曲，值也不超過0.065N，趨勢與負(fù)載為1000N 的趨勢一致，且數(shù)據(jù)也一致，所以圖3 中主動(dòng)桿的驅(qū)動(dòng)力輕微偏離1000N 是由Bell 機(jī)構(gòu)本身引起的，這也從側(cè)面驗(yàn)證了Bell 機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性：力經(jīng)Bell 機(jī)構(gòu)只改變力的方向而不改變力的大?。磮D1 中Fx=F負(fù)載=1000N）。

3 Bell 機(jī)構(gòu)特性的拓展

當(dāng)一個(gè)機(jī)構(gòu)是Bell 機(jī)構(gòu)時(shí)該機(jī)構(gòu)有其獨(dú)特的傳遞特性，即力經(jīng)該機(jī)構(gòu)只改變力的傳遞方向而不改變其大小。下面研究的是將Bell 機(jī)構(gòu)的傳遞特性進(jìn)行拓展，即Bell 機(jī)構(gòu)構(gòu)成條件3 角度θ1=θ2=任意角度時(shí)，其他構(gòu)成條件不變，Bell 機(jī)構(gòu)傳遞特性依然存在。

3.1 角度θ1=θ2=60°時(shí)Bell 機(jī)構(gòu)仿真研究

當(dāng)Bell 機(jī)構(gòu)構(gòu)成條件3 角度θ1=θ2=60°時(shí)，在ADAMS 中建立動(dòng)力仿真模型,如圖5 所示。同樣在從動(dòng)桿處施加1000N 的負(fù)載，給主動(dòng)桿施加一個(gè)驅(qū)動(dòng)并使其從-65mm 處運(yùn)動(dòng)到65mm處，得到主動(dòng)桿的驅(qū)動(dòng)力Fx與其位移之間的關(guān)系，如圖6 所示。從圖6 可知：當(dāng)角度θ1=θ2=60°時(shí)，主動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)力曲線與θ1=θ2=90°曲線一致，且數(shù)據(jù)也一致，主動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)到右極限位置向上翹曲也不超過0.065N，所以當(dāng)角度θ1=θ2=60°時(shí)Bell 機(jī)構(gòu)的傳遞特性也成立。

圖5 θ1=θ2=60°時(shí)Bell 機(jī)構(gòu)仿真模型Fig.5 Bell Mechanism Simulation Model at θ1=θ2=60°

圖6 主動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)力Fx 與其位移的關(guān)系Fig.6 Relationship Between Active Lever Driving Force Fx and its Displacement

3.2 角度θ1=θ2=120°時(shí)Bell 機(jī)構(gòu)仿真研究

當(dāng)Bell 機(jī)構(gòu)構(gòu)成條件3 角度θ1=θ2=120°時(shí)，在ADAMS 中建立動(dòng)力仿真模型，如圖7 所示。同樣在從動(dòng)桿處施加1000N 的負(fù)載，給主動(dòng)桿施加一個(gè)驅(qū)動(dòng)并使其從（-65）mm 處運(yùn)動(dòng)到65mm處，得到主動(dòng)桿的驅(qū)動(dòng)力Fx與其位移之間的關(guān)系，如圖8 所示。

圖7 θ1=θ2=120°時(shí)Bell 機(jī)構(gòu)仿真模型Fig.7 Bell Mechanism Simulation Model at θ1=θ2=120°

圖8 主動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)力Fx 與其位移的關(guān)系Fig.8 Relationship Between Active Lever Driving Force Fx and its Fisplacement

從圖8 可知：當(dāng)角度θ1=θ2=120°時(shí)，主動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)力曲線與θ1=θ2=90°曲線一致，且數(shù)據(jù)也一致，主動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)到右極限位置向上翹曲也不超過0.065N，所以當(dāng)角度θ1=θ2=120°時(shí)Bell 機(jī)構(gòu)的傳遞特性也成立。

3.3 角度θ1=θ2=180°時(shí)Bell 機(jī)構(gòu)仿真研究

當(dāng)Bell 機(jī)構(gòu)構(gòu)成條件3 角度θ1=θ2=180°時(shí)，在ADAMS 中建立動(dòng)力仿真模型，如圖9 所示。同樣在從動(dòng)桿處施加1000N 的負(fù)載，給主動(dòng)桿施加一個(gè)驅(qū)動(dòng)并使其從-65mm 處運(yùn)動(dòng)到65mm 處，得到主動(dòng)桿的驅(qū)動(dòng)力Fx與其位移之間的關(guān)系，如圖10 所示。

圖9 θ1=θ2=180°時(shí)Bell 機(jī)構(gòu)仿真模型Fig.9 Bell Mechanism Simulation Model at θ1=θ2=180°

圖10 主動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)力Fx 與主動(dòng)桿位移的關(guān)系Fig.10 Relationship Between Active Lever Driving Force Fx and its Displacement

從圖6 可知：當(dāng)角度θ1=θ2=180°時(shí)，主動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)力曲線與θ1=θ2=90°曲線一致，且數(shù)據(jù)也一致，主動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)到右極限位置向上翹曲也不超過0.065N，所以當(dāng)角度θ1=θ2=180°時(shí)Bell 機(jī)構(gòu)的傳遞特性也成立。

綜上，將仿真模型進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，得到角度θ1=θ2=任意角度，主動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)力曲線與θ1=θ2=90°曲線一致，且數(shù)據(jù)也一致，說明只要角度θ1=θ2，不需要θ1=θ2=90°，Bell 機(jī)構(gòu)仍具有其一般的傳遞特性，根據(jù)Bell 機(jī)構(gòu)該傳遞特性可知在從動(dòng)桿方向上施加多大的力在主動(dòng)桿方向上就受多大的力，根據(jù)該結(jié)論可輕松調(diào)整試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)架的加載端，方便臺(tái)架的安裝布置。

4 Bell 機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)上的應(yīng)用

目前，對(duì)轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)的研究主要以二通道、三通道試驗(yàn)臺(tái)為主，因二通道、三通道轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)考慮的因素較少，所以其加載裝置簡單，測試對(duì)象也僅針對(duì)轉(zhuǎn)向器總成，并未將整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為測試目標(biāo)。國內(nèi)對(duì)五通道以及更多通道的轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)的研究較少，五通道轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)以整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為研究對(duì)象，考慮了汽車的不同行駛工況，因此五通道轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)的加載裝置比較復(fù)雜且需要聯(lián)動(dòng)，而Bell 機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)該聯(lián)動(dòng)功能，如圖11 所示。

圖11 五通道轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.11 Five-Channel Steering Test Bench Structure

五通道轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)的工作時(shí)，一通道采用伺服電機(jī)模擬方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)；二、三通道采用伺服液壓缸模擬汽車轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)向阻力，通過Bell 機(jī)構(gòu)施加在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上；四、五通道采用伺服電機(jī)模擬輪胎的行駛路況，即模擬輪胎跳動(dòng)在不同高度位置。試驗(yàn)臺(tái)工作原理：一通道上安裝的伺服電機(jī)模擬駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤并通過萬向節(jié)傳遞到小齒輪輸入軸，小齒輪帶動(dòng)齒條左右平動(dòng)，齒條通過橫拉桿帶動(dòng)輪胎（此處Bell 機(jī)構(gòu)代替）轉(zhuǎn)向。當(dāng)需要模擬輪胎行駛在不同路況時(shí)，給四通道、五通道加載讓輪胎跳動(dòng)在不同高度位置，從而可測試出輪胎在不同高度位置時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的影響。

從上述分析可知Bell 機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)二、三通道與四、五通道聯(lián)動(dòng)的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，根據(jù)圖10 轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖搭建了五通道轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)實(shí)物圖，如圖12 所示。該試驗(yàn)臺(tái)相較于其他二、三通道轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)的特點(diǎn)就是采用Bell 機(jī)構(gòu)串聯(lián)二、三通道與四、五通道，從而實(shí)現(xiàn)五通道聯(lián)動(dòng)，利用該試驗(yàn)臺(tái)對(duì)某車型電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行測試，對(duì)Bell 機(jī)構(gòu)加載的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證，部分?jǐn)?shù)據(jù)分析結(jié)果如下。

圖12 五通道轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)實(shí)物Fig.12 Five Channel Steering Test Bench Physical Map

4.1 空載力矩試驗(yàn)

空載力矩試驗(yàn)的目的是檢查汽車整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制造質(zhì)量和裝配質(zhì)量，若汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在加工或裝配問題時(shí)，會(huì)使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向阻力增加，導(dǎo)致空載轉(zhuǎn)向力矩試驗(yàn)結(jié)果超出技術(shù)要求指標(biāo)。本試驗(yàn)臺(tái)測試空載力矩的方法是將被試的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按原車參數(shù)完成實(shí)車連接，輸出端處于空載狀態(tài)（Bell 機(jī)構(gòu)負(fù)載加載端F負(fù)載=0），即二、三通道液壓缸內(nèi)的壓強(qiáng)為0，測得的空載力矩曲線，如圖13 所示。

圖13 空載力矩特性曲線Fig.13 No-Load Torque Characteristic Curve

從圖13 可知：進(jìn)行空載力矩試驗(yàn)時(shí)電機(jī)在左極限位置、右極限位置扭矩會(huì)發(fā)生突變，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)到極限位置時(shí)會(huì)受限位塊的作用，限制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)從而形成堵轉(zhuǎn)，使扭矩急劇變化，其他時(shí)刻曲線都是平穩(wěn)的。

根據(jù)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 529—2000[8]，空載力矩試驗(yàn)的要求是轉(zhuǎn)向力矩不大于2Nm，扭矩波動(dòng)量小于0.5Nm，從圖13 左側(cè)數(shù)據(jù)表中可以得知：最大扭矩（左）為0.81Nm，最大扭矩（右）為-1.19Nm，兩者均小于2Nm，說明試驗(yàn)臺(tái)測試的空載力矩曲線轉(zhuǎn)向力矩符合標(biāo)準(zhǔn)要求，也說明試驗(yàn)臺(tái)加載端Bell 機(jī)構(gòu)對(duì)空載轉(zhuǎn)向力矩影響較小，不影響試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)向性能的測試，因此可采用Bell機(jī)構(gòu)對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行加載。同樣，從圖13 左側(cè)數(shù)據(jù)表中可知：最小扭矩（左）為0.35Nm，平均力矩（左）為0.67Nm，最小扭矩（右）為-0.75Nm，平均力矩（右）為-0.97Nm，可計(jì)算出力矩波動(dòng)（左）為0.46Nm，力矩波動(dòng)（右）為-0.44Nm，均小于0.5Nm，說明試驗(yàn)臺(tái)測試的空載力矩曲線力矩波動(dòng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，也說明試驗(yàn)臺(tái)加載端Bell 機(jī)構(gòu)對(duì)力矩波動(dòng)影響也較小，試驗(yàn)數(shù)據(jù)說明可利用Bell 機(jī)構(gòu)對(duì)五通道轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行加載。

4.2 功能性試驗(yàn)

功能性試驗(yàn)的目的是檢查轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的品質(zhì)問題，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)功能性的好壞直接影響操縱輕便性，因此通過功能性試驗(yàn)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行檢測，確保設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)達(dá)到轉(zhuǎn)向要求。

圖14 功能特性曲線Fig.14 Functional Characteristics

將被測試的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按原車參數(shù)安裝在試驗(yàn)臺(tái)上，在二、三通道輸出端施加相當(dāng)于汽車最大轉(zhuǎn)向阻力的1/3 載荷，即液壓缸通過Bell 機(jī)構(gòu)將負(fù)載施加在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上，液壓缸壓力表的數(shù)值約為6MPa，測得的功能特性曲線，如圖14 所示。根據(jù)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 529—2000[8]，功能性特性試驗(yàn)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求是齒條在全行程內(nèi)，方向盤應(yīng)平滑、連續(xù)且無振動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)。從圖14 可知功能性試驗(yàn)曲線較為平滑、穩(wěn)定，不存在突變、階躍等現(xiàn)象，試驗(yàn)數(shù)據(jù)說明可利用Bell 機(jī)構(gòu)對(duì)五通道轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行加載。

4.3 力特性試驗(yàn)

力特性試驗(yàn)的目的是考查電機(jī)的性能。將被試的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按原車參數(shù)搭建試驗(yàn)臺(tái)，將齒條轉(zhuǎn)到一側(cè)極限位置，另一側(cè)液壓缸通過Bell 機(jī)構(gòu)將齒條拉?。ɑ蝽斪。?，即液壓缸壓力無限大以致齒條不能驅(qū)動(dòng)Bell 機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，形成輸出端剛性固定，測得0km/h 車速下的力特性曲線，如圖15 所示。根據(jù)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 529—2000[8]，力特性試驗(yàn)的要求是曲線的對(duì)稱度≥85%，從圖13 可知該曲線的對(duì)稱度都≥97%，說明Bell 機(jī)構(gòu)能夠滿足力特性試驗(yàn)的加載需求。從圖15 也可以得出：（1）助力電流隨方向盤轉(zhuǎn)向力矩的增大而增大，且呈拋物線趨勢，最大助力電流能達(dá)到30A，最小助力電流也不為0，這是因?yàn)殡姍C(jī)本身工作需要電流。（2）力特性曲線不完全光滑，存在微小的波動(dòng)，這主要是因?yàn)橐赞D(zhuǎn)向系統(tǒng)為測試對(duì)象時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中存在萬向節(jié)、球鉸鏈、齒輪齒條間隙等，當(dāng)輸入端加載時(shí)這些間隙會(huì)彌補(bǔ)，從而呈現(xiàn)微小波動(dòng)。對(duì)試驗(yàn)臺(tái)施加車速，測得不同車速下的力特性曲線，如圖16 所示。從圖15、圖16 得到兩圖曲線的趨勢基本一致，都是助力電流隨轉(zhuǎn)向力矩的增大而增大，呈開口向上拋物線趨勢，但圖15 中曲線比圖16 中的更陡、范圍更窄，且助力電流也大，這是由電機(jī)控制策略決定的，根據(jù)轉(zhuǎn)向經(jīng)驗(yàn)可知原地轉(zhuǎn)向力矩比任何有車速工況下的都要大，為解決低速時(shí)轉(zhuǎn)向力矩過大的問題，所以助力電機(jī)的助力電流就要大[9-10]，且變化趨勢要快，如圖15 所示。隨著車速的提高轉(zhuǎn)向力矩本身會(huì)變小，所以其所需的助力電流變小，變化也比較平緩，如圖16 所示。試驗(yàn)臺(tái)測試的力特性曲線滿足低速轉(zhuǎn)向輕便，高速增加轉(zhuǎn)向力的特性，且曲線的對(duì)稱度滿足要求，試驗(yàn)數(shù)據(jù)說明可利用Bell 機(jī)構(gòu)對(duì)五通道轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行加載。綜上，利用Bell機(jī)構(gòu)在五通道轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行空載力矩試驗(yàn)、功能性試驗(yàn)、力特性試驗(yàn)，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)均滿足汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 529—2000 要求，說明可利用Bell 機(jī)構(gòu)對(duì)五通道轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行加載。

圖15 0km/h 車速下的力特性曲線Fig.15 Force Characteristic Curve at 0km/h Speed

圖16 各車速下的力特性曲線Fig.16 The Force Characteristic Curve at Each Speed

5 結(jié)論

（1）通過對(duì)轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)加載方式的分析，得到伺服電機(jī)的加載方式將成為未來加載方式的趨勢。（2）對(duì)五通道轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)的關(guān)鍵構(gòu)件Bell 機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究，拓展了Bell 機(jī)構(gòu)傳遞特性的使用范圍，只要Bell 機(jī)構(gòu)構(gòu)成條件滿足θ1=θ2，Bell 機(jī)構(gòu)的傳遞特性“力經(jīng)Bell 機(jī)構(gòu)只改變力的方向而不改變力的大小”就成立，根據(jù)該結(jié)論可輕松調(diào)整試驗(yàn)臺(tái)的加載端，方便臺(tái)架的布置。（3）利用研發(fā)的五通道轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了空載力矩試驗(yàn)，測得最大扭矩（左）為0.81Nm，最大扭矩（右）為-1.19Nm，兩者均小于2Nm；力矩波動(dòng)（左）為0.46Nm，力矩波動(dòng)（右）為-0.44Nm，兩者力矩波動(dòng)均小于0.5Nm，測試數(shù)據(jù)滿足汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 529—2000 要求，說明Bell 機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)加載。（4）利用研發(fā)的試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了功能性試驗(yàn)，測試的功能性曲線平滑、穩(wěn)定，不存在突變、階躍等現(xiàn)象，說明采用Bell 機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)的加載。（5）利用研發(fā)的試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了力特性試驗(yàn)，助力電流隨轉(zhuǎn)向力矩的增大而增大，呈開口向上拋物線趨勢，最大助力電流達(dá)30A，最小電流也會(huì)大于0，這是由電機(jī)本身的控制策略決定；在不同車速工況下對(duì)力特性試驗(yàn)進(jìn)行了測試，測試曲線滿足低速轉(zhuǎn)向輕便，高速增加轉(zhuǎn)向力的特性，且曲線對(duì)稱度均滿足要求，說明Bell機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)的加載。