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電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）耐久性試驗(yàn)臺(tái)
閱讀：2329發(fā)布時(shí)間：2015-5-22
作者：姜鳳娟1 何小輝1
- 北京中科泛華測(cè)控技術(shù)有限公司、自動(dòng)化測(cè)試部門(mén)、北京市海淀區(qū)西小口路66號(hào)東升科技園北領(lǐng)地A4 、100089
【摘要】電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)耐久性試驗(yàn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)了在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，通過(guò)伺服電機(jī)模擬駕駛員對(duì)方向盤(pán)的操作，采用磁粉制動(dòng)器仿真不同路況下的轉(zhuǎn)向受力情況等主要方式，對(duì)EPS實(shí)際使用工況進(jìn)行模擬，以判斷其潛在失效模式，驗(yàn)證其耐久性及可靠性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活可調(diào)，軟件測(cè)試序列可編輯，能適應(yīng)多種EPS，并可同時(shí)完成對(duì)4個(gè)EPS測(cè)試。
【關(guān)鍵詞】汽車(chē)電子、EPS、耐久性測(cè)試、測(cè)試環(huán)境仿真
Electric Power Steering (EPS) Durability Test System
Jiang Fengjuan1; He Xiaohui1; Organization, China1
ABSTRACT –EPS (Electric power steering system) test system is designed to verify the EPS durability and reliability in a laboratory environment, where the servo motor and magnetic brake are used to analog the steering wheel and the damping under different road conditions. The system is adapted to a variety of EPS products, because the architecture is adjustable, and the software test sequence can be edited. Besides, four EPS can be tested simultaneously.
KEYWORDS –automotive electronics, EPS, durability test, test environmental simulation
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(chē)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*工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。由于實(shí)車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(lèi)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； | ||
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(chē)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)
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[3] 華軍. EPS系統(tǒng)綜合性能實(shí)驗(yàn)研究. 江蘇省汽車(chē)工程學(xué)會(huì)第九屆學(xué)術(shù)年會(huì)，2010，江蘇.
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