本實用新型專利屬于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)領域，具體涉及一種汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實驗實訓臺架。

背景技術(shù)：

隨著技術(shù)的進步，汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車中得到了廣泛的應用，在汽車底盤動力系統(tǒng)中，除了助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，還有主動懸架、橫向穩(wěn)定系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)集中在一輛車上時，將會對彼此產(chǎn)生影響，因此需要對汽車電動助力轉(zhuǎn)向等系統(tǒng)進行深入研究，研究的成果也較為豐富，并以專利的形式得以保護，但是這些成果都具有局限性，例如：“汽車電動助力轉(zhuǎn)向測試實驗臺(申請?zhí)枺?01120083112.X)”和“汽車電動助力轉(zhuǎn)向試驗臺(申請?zhí)枺?01320052322.1)”等專利顯示的是設計示意圖，是一種設計構(gòu)思，與實際應用有一定的差距；專利“一種汽車電動助力轉(zhuǎn)向測試實驗臺(申請?zhí)枺?0152073485.0)”等顯示的設計過于復雜。上述的專利除了以上缺點外，還具有以下共同的缺點：一是不同的車型重量不一樣，懸架承受的重量不能調(diào)整；二是在助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作時，系統(tǒng)電路中的電壓不易測量；三是所研制的臺架只能做實驗或者實訓使用，不能兩者兼顧。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提出一種汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實驗實訓臺架，將電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和測試系統(tǒng)結(jié)合在一起。

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案為：一種汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實驗實訓臺架，包括控制系統(tǒng)和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括移動臺架、方向盤、電機、轉(zhuǎn)向軸、電磁離合器、減速機構(gòu)、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向助力機構(gòu)、轉(zhuǎn)向橫拉桿、下擺臂、車輪、實訓臺面板和點火開關(guān)，所述控制系統(tǒng)包括ECU單元、車速傳感器、扭矩傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、H橋驅(qū)動電路、繼電器驅(qū)動電路、繼電器、保護電路、電流采樣電路、波形處理電路和離合器驅(qū)動電路，車速傳感器、扭矩傳感器和方向盤轉(zhuǎn)角傳感器連接至ECU單元，ECU單元經(jīng)H橋驅(qū)動電路連接至電機，ECU單元經(jīng)繼電器驅(qū)動電路、繼電器控制H橋驅(qū)動電路，H橋驅(qū)動電路經(jīng)保護電路連接至ECU單元，電機經(jīng)離合器連接至轉(zhuǎn)向助力機構(gòu)，電機經(jīng)電流采樣傳感器和波形處理電路連接至ECU單元，ECU單元經(jīng)離合器驅(qū)動電路連接至離合器，所述實訓臺面板上安裝有檢測端子，檢測端子在面板上顯示檢測電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電路元件的電信號。

所述移動臺架的底端設有四個滾輪，滾輪設有鎖止裝置。所述轉(zhuǎn)向橫拉上設有液壓減震器、減震彈簧和模擬加載系統(tǒng)，液壓減震器與轉(zhuǎn)向橫拉連接，減震彈簧套在液壓減震器外圍，模擬加載系統(tǒng)包括液壓缸、ARM現(xiàn)場控制器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、第一電液比例溢流閥、第二電液比例溢流閥、第一單向閥、第二單向閥開關(guān)量輸出模塊和模擬量輸出模塊，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)直接連接ARM現(xiàn)場控制器，ARM現(xiàn)場控制器通過開關(guān)量輸出模塊和模擬量輸出模塊連接至第一電液比例溢流閥和第二電液比例溢流閥，液壓缸的有桿腔通過第一單向閥和第一溢流閥連接至換向閥，液壓缸的無桿腔通過第二單向閥和第二溢流閥連接至換向閥，液壓缸的活塞推桿連接至液壓減震器。所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括兩個三線制壓力傳感器、一個溫度傳感器和一個流量傳感器，壓力傳感器安裝在液壓油路進、出油口，對壓力信號進行采集。

本實用新型有益效果是:1.本專利可以動態(tài)測量轉(zhuǎn)向電動機、扭矩傳感器、組合儀表、電源輸入、制動開關(guān)輸入信號等具體的電壓值。2.本臺架既可以作為科研使用，也可以作為教學使用，具有雙重功能。3.本臺架的懸架系統(tǒng)承受重量可以調(diào)整。4.本臺架可以自由移動或固定，便于使用。5.本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、實施方便、易于推廣等特點。

附圖說明

下面對本說明書附圖所表達的內(nèi)容及圖中的標記作簡要說明：

圖1是本實用新型的具體實施方式的汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實驗實訓臺架示意圖。

圖2是本實用新型的具體實施方式的助力轉(zhuǎn)向機構(gòu)示意圖。

圖3是本實用新型的具體實施方式的電動助力轉(zhuǎn)向控制示意圖。

圖4是本實用新型的具體實施方式的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖5是本實用新型的具體實施方式的模擬加載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1-換向閥、2第二溢流閥、3-第一單向閥、4-第一溢流閥、5-液壓缸、6-第二單向閥、7-方向盤、8-轉(zhuǎn)向助力機構(gòu)、9-轉(zhuǎn)向橫拉桿、10-下擺臂。

具體實施方式

下面通過對實施例的描述，本實用新型的具體實施方式如所涉及的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領域技術(shù)人員對本實用新型的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準確和深入的理解。

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由方向盤、扭矩傳感器、電子控制單元(ECU)、電機、轉(zhuǎn)向軸、電磁離合器、減速機構(gòu)、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向助力機構(gòu)、轉(zhuǎn)向橫拉桿、下擺臂組成。在汽車發(fā)動機點火后，轉(zhuǎn)動方向盤時，由安裝在轉(zhuǎn)向軸上的扭矩傳感器測得轉(zhuǎn)向力矩，并送給ECU，ECU根據(jù)轉(zhuǎn)矩和車速，通過預先設置好的助力特性曲線和控制策略計算出一個電機所需的最佳電流，從而控制電機輸出力矩和轉(zhuǎn)動方向，然后經(jīng)過減速機構(gòu)施加到轉(zhuǎn)向機構(gòu)，最終得到一個與行駛工況相適應的轉(zhuǎn)向作用力，輔助轉(zhuǎn)向。

圖1是汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實驗實訓臺架示意圖，該臺架包括面板(控制系統(tǒng))和底座(電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng))，面板上有電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電路圖，其中轉(zhuǎn)向電動機與電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制電腦的端子z1和端子z2連接，在端子z1和端子z2處設有檢測口，可以檢測轉(zhuǎn)向電動機兩端的電壓；扭矩傳感器與電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制電腦的端子n1、端子n2和端子n3連接，在端子n1、端子n2和端子n3處設有檢測口，可以檢測扭矩傳感器輸入和輸出端的電壓；組合儀表與電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制電腦的端子b1和端子b2連接，在端子b1和端子b2處設有檢測口，可以測量儀表兩端的電壓；點火開關(guān)與電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制電腦的端子d1連接，在端子d1處設有檢測口，可以判斷點火開關(guān)的信號是否輸入到控制電腦中；蓄電池與電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制電腦的端子x1和端子x2連接，在端子x1和端子x2處設有檢測口，可以判斷蓄電池電源是否輸入到控制電腦中。面板下方還設有模擬車速旋鈕、扭矩傳感器儀表、檢測電壓表和公共檢測口，旋轉(zhuǎn)模擬車速旋鈕可以調(diào)節(jié)車速大小，扭矩傳感器儀表顯示在助力轉(zhuǎn)向中扭矩傳感器的受力情況。用一根導線，導線一端插入面板下方的公共檢測口(在檢測電壓表右邊)，另一端插入要測量的檢測口(控制電腦的端子)，則電壓值顯示在檢測電壓表中，圖中的導線一端插入公共檢測口(在檢測電壓表右邊)，另一端插入控制電腦檢測口b2，則組合儀表端子b2處的電壓值將顯示在面板下方的檢測電壓表中，如果需要測量組合儀表另一根導線的電壓，則將導線從檢測口b2拔出，插入檢測口b1，導線的另一端還插在公共檢測口中，檢測電壓表將顯示端子b1處的電壓值。如果需要測量轉(zhuǎn)向電動機兩端的電壓，則用導線的一端插入公共檢測口，導線的另一端插入檢測口z1或檢測口z2中，則檢測電壓表將顯示端子z1或端子z2處的電壓值，其它線路中電壓的測量方法與此相似。

汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)包括12V電源、ECU單元、扭矩傳感器、H橋驅(qū)動電路、繼電器驅(qū)動電路、繼電器、保護電路、電流采樣電路、波形處理電路和離合器驅(qū)動電路，如圖4所示。

車速、發(fā)動機、轉(zhuǎn)矩信號經(jīng)處理后送給ECU單元，經(jīng)ECU單元計算后，得到電機助力電流值，經(jīng)H橋驅(qū)動電路后作用于助力電機，控制電機輸出力矩的大小和方向，同時對電機電流進行采樣，并送回單片機，形成閉環(huán)控制。在助力控制基礎上，設計了電機保護電路和故障診斷與提示電路。一旦檢測到故障存在，立即斷開離合器，改用純手動轉(zhuǎn)向，并發(fā)出故障信號，扭矩信號處理由于扭轉(zhuǎn)傳感器獲得的是一些微弱的小信號，容易受干擾，因此需要信號處理電路對其進行濾波處理。

底座中安裝有電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，如圖2所示，包含轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方向盤、轉(zhuǎn)向橫拉桿、下擺臂、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向助力機構(gòu)等，其中轉(zhuǎn)向助力機構(gòu)中裝有扭矩傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器和轉(zhuǎn)向電動機，轉(zhuǎn)向電動機由外界電源供電。

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過液壓減震器與臺架底座的上方連接，底座的上方可以再加上模擬加載系統(tǒng)，模擬加載系統(tǒng)的重力最后通過液壓減震器和減震彈簧施加到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，模擬不同車型前輪承受的重力，使得本臺架模擬助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各個數(shù)據(jù)更為準確。

模擬加載系統(tǒng)包括液壓缸、ARM現(xiàn)場控制器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、第一電液比例溢流閥、第二電液比例溢流閥、第一單向閥和第二單向閥，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)直接連接ARM現(xiàn)場控制器，ARM現(xiàn)場控制器通過開關(guān)量輸出模塊和模擬量輸出模塊連接至液壓缸，通過調(diào)節(jié)電液比例溢流閥的溢流壓力，使液壓缸輸出相應的加載力。同時采集液壓系統(tǒng)的壓力、溫度、流量參數(shù)，實時監(jiān)測液壓系統(tǒng)的運行狀態(tài)并反饋給ARM現(xiàn)場控制器。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括兩個三線制壓力傳感器、一個溫度傳感器、一個流量傳感器。壓力傳感器安裝在液壓油路進、出油口，對壓力信號進行采集。溫度和流量傳感器根據(jù)實際需要可靈活選擇安裝位置，主要對加載工作過程中油液溫度變化情況和流量變化情況進行監(jiān)測。

加載過程中通過ARM現(xiàn)場控制器輸出的模擬電信號驅(qū)動溢流閥保持制定開度，使第一溢流閥、第二溢流閥的開啟壓力保持在某一額定值。電磁閥處于左位時，液壓油經(jīng)過第一單向閥進入液壓缸無桿腔，當液壓缸有桿腔壓力達到第二溢流閥的額定壓力時，有桿腔油液經(jīng)第二溢流閥泄油，液壓桿伸出。電磁閥處于右位時，液壓油經(jīng)過第一單向閥進入液壓缸無桿腔，當液壓缸有桿腔壓力達到第二溢流閥的額定壓力時，有桿腔油液經(jīng)第二溢流閥泄油，液壓桿伸出。至此液壓缸伸出、收回過程結(jié)束，壓力傳感器記錄下了兩個液壓腔的壓力變化情況，如圖5所示。

臺架的下方有四個滾輪，便于移動本實驗實訓臺架，滾輪設有鎖止裝置，當不想臺架移動時，用鎖止裝置將滾輪鎖止，本實驗實訓臺架將不能移動。

本臺架助力轉(zhuǎn)向控制示意圖如圖3所示，模擬車速電動機用來模擬車速信號，由外接電源驅(qū)動，車速大小由面板下方的模擬車速旋鈕控制，車速信號處理器接收車速傳感器、轉(zhuǎn)向扭矩傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等信號，處理后送入到控制電腦中，控制電腦控制助力電動機輸出轉(zhuǎn)矩的大小，實施助力控制并調(diào)節(jié)助力大小。

在實驗或?qū)嵱枙r，根據(jù)不同的車型，合理配置前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)承受的重力，轉(zhuǎn)動方向盤，扭矩傳感器儀表將顯示具體的扭矩大小，各個電器部件輸入和輸出的電壓值將可以直接測量。

本實驗實訓臺架，還可以在線路中設置斷路或虛接的故障點，將更加有效的服務于教學。

上面對本實用新型進行了示例性描述，顯然本實用新型具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本實用新型的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種非實質(zhì)性的改進，或未經(jīng)改進將本實用新型的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應用于其它場合的，均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。本實用新型的保護范圍應該以權(quán)利要求書所限定的保護范圍為準。