液压动力转向器性能测试系统

尤田， 姜涛， 李会明， 张桂林

（长春理工大学机电工程学院，长春130022）

0 引言

随着汽车保有量的不断增加，以及环保和良好的操纵特性要求，成为动力转向技术研究的焦点。液压动力转向器是汽车转向系统的重要组成部分，其综合性能的好坏直接关系到汽车的行驶的安全性［1-2］。但一直以来对转向器的检测方式大部分采用人工检测方式，受环境和人为因素影响较大，很难达到对转向器性能的精确检测。本文根据QC/T529-2000《汽车动力转向器总成台架试验方法》的相关规定［3］，设计了一种液压动力转向器性能测试系统。通过对转向器进行力的特性测试、灵敏度测试、压力降测试、泄漏测试，同时以LabVIEW为开发平台，设计系统人机交互界面，将采集到的数据实时输出显示，满足对液压动力转向器产品的年增长需求，和对汽车的性能和稳定性越来越严格的要求。液压动力转向系统测试作为一项汽车在出厂前的综合性能检测和新产品的试验测试环节，新测试系统的采用可有效地提高工作效率。

1 检测系统总体设计

根据《汽车动力转向器总成台架试验方法》对液压动力转向器检测要求，该试验台共包含以下4个测试试验：转向器力的特性测试试验、灵敏度测试试验、转向器压力测试试验、泄漏测试试验。测试系统总体组成框图如图1所示。系统由转向器试验台夹具及加载系统、系统驱动装置、数据采集系统、传感器及信号处理、工控计算机5部分组成。检测系统以工控机为中心，将采集到的传感器信号分析处理后，控制液压测试驱动系统及试验台总成系统的动作。

图1 系统总体组成框图

转向器灵敏度特性试验时，缓慢平稳驱动控制阀运动，速度约为0.5 r/min，控制转向器进出口油温达到50±5℃，使两侧油压分别达到最大值，记录转向盘转角ai、bi和工作油压P，通过比较ai与bi取其中的最小值可得Li，则检测系统的曲线对称性Ke：

式中n为检测次数，不小于5。

转向器操纵力特性试验时，将转向器安放在机械夹具上，在转向器输入端施加阻力，在油压的工作状态下，将转向器运动到左右极限位置，测量驱动转向器输出扭矩与转角之间的变化关系。

转向器泄漏性能试验时，分别将转向器两端的阀芯运动到极限位置，将转向器工作油压调到最大值，在油压的作用下，在输入轴端施加扭矩，使转向器在10 MPa压力的工作条件下保持5 min，测量两侧泄油量，转向器系统压力降性能试验时，将转向器安装在试验台机械夹具上，当液压油泵达到最大转速V时，测量转向器各点和进出口油压的压力差ΔP，检测系统压力降性能指标。

2 系统结构设计

2.1 机械夹具结构设计

液压动力转向器测试系统机械总成是将待测转向器进行初步定位、装夹、对转向器加载机构的机械设计［4］。对于转向器系统，通常转向器与转向控制阀是一体的，所以转向器测试系统试验台采用夹取整体转向控制阀来测量转向器的装夹方式，其夹具部分如图2所示。

图2 转向夹具示意图

转向器底面靠紧夹具底面，对转向摇臂轴穿过夹具立板，由另一侧的液压夹具固定转向摇臂轴，两个定位销装入转向器上方的孔中，对于半整体及整体式动力转向装置应将转向器及摇臂固定，从而完成对试验台待测转向器的固定夹紧工作。

2.2 系统输入结构设计

由于转向器的外形和型式差别较大，且试验台采用输出轴位置固定的形式，要求输入轴驱动部分在上下，前后以及左右三个方向上位置可调。系统的输入结构如图3所示。输入由步进电机1驱动，步进电机安装在导轨上，通过转轮1带动丝杠转动，控制输入轴步进电机X方向移动。步进电机机架装有齿条，步进电机2带动齿轮转动，通过齿轮齿条转动，控制步进电机Z方向移动，从而通过两个步进电机的运动完成系统的输入。同时，在轴上装有空心轴编码器和扭矩传感器，用于试验过程中记录输入轴转过的角度和转矩。输入部分和转向器输入轴用联轴套连接。转向器的进油口和出油口由两根油管手动连接，油管接有流量传感器和油压传感器，用来采集试验数据。

图3 系统输入结构图

2.3 硬件结构设计

液压动力转向器测试系统由传感器、信号调理、数据采集卡和工控机组成［5］，系统的硬件结构组成如图4所示。检测系统中转向器的进油口和出油口由两根油管联接，油管接有流量传感器和油压传感器，用来采集试验数据。传感器输出的模拟量经过信号调理后送到数据采集卡，经过A/D转换输入计算机。实现对数据采集、电机控制、液压系统控制盒信号数字量输入输出部分的控制功能。

图4 系统硬件结构组成

2.4 系统液压部分设计

为了使系统试验具有真实可靠性，该试验台建立了一套液压系统模拟汽车液压动力转向系统，同时系统实现机械夹具部分的装夹动作［6］。根据转向器性能要求通过对加载系统的控制，实现转向器的液压加载，同时根据压力大小的要求选择合适的液压泵和电机作为系统的液压配件。

3 检测系统软件设计

测试系统的软件部分由LabVIEW实现，LabVIEW是美国国家仪器（NI）公司研制的开发环境，集成了构建应用所需的所有工具，是开发测量或控制系统的理想选择［7-8］。LabVIEW功能主要在于完成系统数据采集、数据分析、数据显示及数据存储。具体的系统程序流程如图5所示。

通过系统软件实现对检测试验台的控制系统操作，利用LabVIEW软件可以做出良好的人机交互界面。通过操作界面对试验系统的操作，选择试验项目，设定参数，控制电机的转速与开关，以及对液压系统的操作，实现对检测系统的精确试验。通过实时数据图像能够清楚地观测待测转向器的实时动态，分析力以及扭矩的图像能够清楚地分析出转向器的各种性能指标。通过与转向器标准相比较，分拣出合格与不合格品，并将数据处理的检测结果生成数据并保存起来，以方便查看。

4 结论

液压动力转向器性能测试系统是一种集光、机、电、算为一体的测试系统，通过对传感器数据采集、数据分析，可准确地检测出转向器的各种性能指标，且具有良好的精度。同时通过LabVIEW建立的人机界面，使测试系统的操作变得更加简单，能够直接地显示采集的实验数据，降低了工人的劳动时间和劳动强度，提高了生产效率。

图5 系统程序流程图

［1］ 王倩，蔺毅.汽车动力转向系统的发展［J］.汽车工业，2009,19（7）：79-80.

［2］ 王若平，蒋军.汽车转阀式液压动力转向器性能测试与试验［J］.农业机械学报，2006，37（11）：16-19.

［3］ QC/T529-2000 汽车动力转向器总成台架试验方法［S］.

［4］ 牛继高.汽车电动助力转向系统测试平台的开发与研究［D］.重庆：重庆交通大学，2009.

［5］ 谭福年.常用传感器应用电路［M］.成都：电子科技大学出版社,1996.

［6］ 章宏甲，黄谊.液压传动［M］.北京：机械工业出版社，2008.

［7］ 何志锋.齿轮齿条式动力转向器性能测试系统研究［D］.长春：长春理工大学，2014.

［8］ 陈锡辉，张银鸿.LabVIEW8.20程序设计从入门到精通［M］.北京：清华大学出版社，2008.