電動助力轉向系統（EPS）耐久性試驗臺

來源：北京中科泛華測控技術有限公司 2015年05月22日 10:48

作者：姜鳳娟1 何小輝1

北京中科泛華測控技術有限公司、自動化測試部門、北京市海淀區西小口路66號東升科技園北領地A4 、100089

【摘要】電動助力轉向系統(EPS)耐久性試驗臺實現了在實驗室環境下，通過伺服電機模擬駕駛員對方向盤的操作，采用磁粉制動器仿真不同路況下的轉向受力情況等主要方式，對EPS實際使用工況進行模擬，以判斷其潛在失效模式，驗證其耐久性及可靠性。系統結構靈活可調，軟件測試序列可編輯，能適應多種EPS，并可同時完成對4個EPS測試。

【關鍵詞】汽車電子、EPS、耐久性測試、測試環境仿真

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
電動助力轉向系統EPS( Electric Power Steering)，以其轉向手感好，節省燃油、環保、裝配靈活等優勢，將逐步替代舊式的機械轉向、液壓助力轉向系統。
作為汽車上重要的安全部件之一，EPS在生產中需進行嚴格的性能測試與耐久試驗以驗證其可靠性并獲得*工作狀態數據。由于實車試驗不僅危險性高且費用昂貴，生產商更傾向于搭建試驗臺來模擬不同工況下的實車試驗，這種方式不僅安全、方便、成本較低，并且能夠達到比較理想效果。
2 系統設計
試驗臺主要由機械臺架、控制系統等構成,如圖2.1所示。采用伺服電機仿真駕駛員對方向盤的操作，磁粉制動器進行仿真不同路況下的轉向受力, EPS作為被測件提供轉向助力。其中，控制系統由上位機、測試臺控制器組成，按功能可分為驅動系統、加載系統、樣件供電和通信系統，且這四個控制系統均各具 4個可分別獨立運行的單元，可同時測試 4 只EPS 樣件。

圖示 EPS耐久性試驗臺

2.1 工作原理
系統充分考慮模塊化設計，工作原理設計如圖2.2所示。其中驅動系統使用伺服電機控制器控驅動電機轉動。對輸入端的轉角、扭矩等數據進行測量分析，并實現驅動器參數的閉環調整。
磁粉制動器作為加載系統，其負載方式通過PXI系統編程控制，獲得負載端的扭矩和轉角數據，并通過張力控制器實現扭矩的閉環控制。
供電系統使用外接電源和電池并聯方式對系統不間斷供電，保證系統的長期穩定工作，在系統工作期間，對每個樣件的耗電進行監測，讀取每個樣件的電壓、電流值，同時可對各路電源隨時切與接通。

圖2.2 原理圖

2.2 電氣設計

圖2.3 電氣設計

系統在充分模擬4個EPS正常工作狀態的基礎上，使用PXI對系統各個模塊進行控制，數據采集、分析和處理。由供電電源，PXI控制器，運動控制卡、AO模擬輸出卡，計數器卡、數據采集卡和數字IO卡構成。運動控制卡控制驅動系統中四個電機的轉動，機箱控制器運行RT操作系統，保證系統穩定可靠運行。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。計數器卡用于讀取驅動系統和加載系統的編碼器信息，用于測試角度。AO模擬輸出卡，輸出控制供電電源電壓，同時將采集到得角度信號轉換為模擬量輸出。數字IO 板卡用于控制點火信號、總電源開關、單路EPS供電開關和點火信號開關及指示燈等。
2.2 結構設計
系統機械結構如圖2.2所示，由驅動系統、EPS、加載系統組成。工作時，驅動系統帶動EPS轉動，加載系統對EPS的運動其阻尼作用。
為了和實車情況保持一致，EPS 耐久性測試系統采用高可靠性軸承和導軌，保證了驅動系統的軸向位置、角度，加載端的角度能夠靈活調節，同時加載端X、Y、Z距離均可自由調整。靈活的調節機構使得系統可以適應多種不同型號的EPS測試。

圖2.4結構設計

2.3 軟件設計
系統基于LabVIEW軟件進行開發，完成系統的實時控制測量，在保證測試精度，速度等基礎上系統穩定可靠運行。測試界面美觀、整齊，自動記錄測試數據，測試系統具備錯誤與異常處理能力。

圖2.5 序列編輯界面

系統中設計的測試序列靈活可編輯，可根據不同的路況編輯不同的測試序列，如圖2.5所示。用戶可自定義驅動端的轉角曲線，加載端的負載扭矩曲線，可以是標準的正弦波、三角波、方波，也可以是自定義的任意曲線。結合自定義曲線和不同的車速，發動機轉速用戶可以設計出不同的操作者模型、路況模型，具有很強的適應性。

圖2.6 測試界面

測試結果曲線實時顯示，如圖2.6所示。系統數據采用定時保存，即每運行一段時間后保存一段數據。一旦發生錯誤系統自動將將錯誤發生前后一段時間的數據保存下來，方便用戶進行數據分析，發現產品中的不足與缺陷。
3 系統功能及指標
3.1 系統功能
系統可以實現的功能有：自定義轉角曲線、加載曲線，自定義測試序列，監測序列執行狀態，監測EPS的輸入輸出角度、扭矩和被測件的工作電壓、電流，以及三種數據記錄方式等。系統主要功能項目見表3.1所示：
表3.1 系統功能

類別	項目		描述
功能項目	臺架控制器驅動系統	驅動系統控制	電機速度、位置控制
	臺架控制器驅動系統	驅動系統測試	測試驅動系統的扭矩及角度；
	臺架控制器加載系統	加載系統控制	控制磁粉制動器加載實現扭矩的閉環控制
		加載系統測試	測試四路加載系統的扭矩及角度
		數字信號監測	監測臺架控制器發出的輸入輸出角度信號
	供電系統	供電系統控制	可編程電源和蓄電池保證系統不間斷運行
	供電系統	供電系統測試	測供電單元的電壓與電流；

3.1 系統指標
表3.2 系統指標

測試控制項	范圍	精度
轉角	≥±550°	8192線
負載扭矩	0~175Nm	——
角速度	0~400°/s	——
供電	0-20V	0.1V
電流	0-100A	0.1A

4 總結
電動助力轉向系統耐久性試驗臺作為EPS耐久性測試平臺，其靈活的調節機構，可自定義的路況信息，可編輯的測試序列，堅固可靠的設備結構使得該系統適應性非常強，可作為汽車上大部分電動助力式轉向系測試和分析用的設備。
參考文獻

[1] 包壽紅，劉運來. 汽車EPS性能檢測與評定方法. 1003-8639，2011(4)，52-56.
[2] 何黎霞.汽車EPS電機微扭矩測試臺的設計與實現. 1673-1131, 2013(2)，54-55.
[3] 華軍. EPS系統綜合性能實驗研究. 江蘇省汽車工程學會第九屆學術年會，2010，江蘇.

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