[发明专利]汽车转向系统用电动加载试验装置及方法

权利要求书

1.一种汽车转向系统用电动加载试验装置，其特征在于：包括加载电机驱动器、加载电机及减速机构、运动变换机构、加载力传感器、加载运动传感器和控制器，加载力传感器安装在加载机构输出端与转向系统转向器齿条之间，用于检测实际的加载力信号；该加载运动传感器包括转角传感器、位移传感器，转角传感器安装在转向系统里，或者在加载系统增加转角或位移传感器，用于对转向盘转角进行检测。

2.根据权利要求1所述的汽车转向系统用电动加载试验装置，其特征在于：该加载电机为旋转电机，所述的加载电机与减速机构相连接构成减速增扭装置，减速机构和运动变换机构中的输入部件相连将电机的旋转运动转变为直线运动，运动变换机构中的输出部件与转向系统的转向器齿条相连对转向器齿条进行直线运动力加载。

3.根据权利要求1所述的汽车转向系统用电动加载试验装置，其特征在于：该加载电机为直线电机，直线电机的动子直接与转向系统的转向器齿条相连输出直线运动与加载力。

4.根据权利要求1至3中任一所述的汽车转向系统用电动加载试验装置，其特征在于：其加载力频域响应特性：截止频率大于10Hz。

5.根据权利要求4所述的汽车转向系统用电动加载试验装置，其特征在于：其满足进行汽车操纵稳定性国标试验的要求，并且能够准确模拟各种行驶工况下转向系统所受到的回正力或力矩以及转向轮摆振和不平路面所造成的高频振动力或力矩。

6.根据权利要求5所述的汽车转向系统用电动加载试验装置，其特征在于：所述的“高频”的范围是20hz-40hz。

7.使用权利要求1所述的汽车转向系统用电动加载试验装置的方法，其特征在于：将转向盘转角以及车速信号输入到控制器根据车辆模型实时生成动态的转向系统加载指令力信号，加载指令力信号、拉压力传感器检测到的实际加载力信号与转角或位移信号一起输入到控制器的前馈补偿模块加PID力闭环控制模块，通过各模块计算出加载力控制信号并通过电机驱动器输出所需的电机电流，使电机实时输出加载力矩或力，该加载力矩或力通过运动变换机构或直接对转向系统转向器齿条进行直线运动力加载；该前馈补偿模块包括摩擦力前馈补偿模块和对加载系统减速机构及运动变换机构的惯量及其它等效干扰力的干扰估计前馈补偿模块。

8.使用权利要求1所述的汽车转向系统用电动加载试验装置的方法，其特征在于：将转向盘转角以及车速信号输入到控制器根据车辆模型实时生成动态的转向系统加载指令力信号，加载指令力信号、拉压力传感器检测到的实际加载力信号与转角或位移信号一起输入到二自由度内模力控制模块中，通过各模块计算出加载力控制信号并通过电机驱动器输出所需的电机电流，使电机实时输出加载力矩或力，该加载力矩或力通过运动变换机构或直接对转向系统转向器齿条进行直线运动力加载。

9.根据权利要求7所述的使用汽车转向系统用电动加载试验装置的方法，其特征在于：该摩擦力前馈补偿模块的输入信号为对转角传感器信号或位移传感器提供的位移信号，对该信号进行微分得到的相应的速度信号，摩擦力前馈补偿模块对加载系统内部的摩擦力分不同运动方向进行补偿，补偿力的大小与加载系统传动机构移动的速度成一定数学关系；该干扰估计前馈补偿模块的输入信号为拉压力传感器检测到的实际的加载力信号y和系统力控制输出量m，输出为对干扰的估计d′，其中M为加载系统的标称数学模型，F(s)为滤波器环节；PID力闭环控制模块对加载指令力信号和拉压力传感器检测到的实际的加载力信号之差进行PID算法的计算，其结果与前馈补偿模块的计算结果相加作为加载力控制信号输出给加载电机驱动器。

10.根据权利要求8所述的使用汽车转向系统用电动加载试验装置的方法，其特征在于：该二自由度内模力控制模块的输入信号为加载指令力信号和拉压力传感器检测到的实际的加载力信号，输出为加载力控制信号；所述的二自由度内模力控制模块包括两个控制器Q₁(s)和Q₂(s)，Q₁(s)用来调整加载系统的目标值跟踪特性，其参数的调节由系统希望达到的闭环带宽决定；Q₂(s)用来调整加载系统的干扰抑制特性和鲁棒性，其参数的调节由系统拉压力传感器的检测噪声频率和加载系统的位置干扰频率共同决定；二自由度内模力控制模块输出的加载力控制信号输出给电机驱动器。