新型汽車轉(zhuǎn)向器總成性能試驗臺的開發(fā)

歐陽光明，李曉梯，才維富，王 偉

（1.長春科威機(jī)械有限責(zé)任公司，長春130103；2.吉林省長達(dá)通信技術(shù)有限公司，長春130022；3.黑龍江省泰來縣金澤自來水有限公司，黑龍江 齊齊哈爾162400；4.空軍航空大學(xué)飛行訓(xùn)練基地一團(tuán)機(jī)務(wù)大隊，長春130103）

0 前言

轉(zhuǎn)向器是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中最重要的部件，它的工作性能直接影響汽車的安全操控。汽車轉(zhuǎn)向器總成性能試驗臺是測試汽車轉(zhuǎn)向器性能的關(guān)鍵設(shè)備之一。試驗臺準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性以及高精度和智能化的測試方法是汽車轉(zhuǎn)向器產(chǎn)品質(zhì)量的重要保證。

轉(zhuǎn)向器總成試驗是轉(zhuǎn)向器出廠前的最后一道檢驗工序，是保證轉(zhuǎn)向器產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。目前國內(nèi)很多轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)廠家使用的轉(zhuǎn)向器總成試驗臺精度差、效率低、操作時由工人手動完成被檢測部件的裝夾工作，很不方便，在切換檢測項目時需要人工干預(yù)，自動化和智能化程度低[1－4]。除功能上存在缺陷外，還存在測試速度慢、液壓系統(tǒng)噪聲大、效率低等問題[3－4]。要解決以上問題，就必須按新的國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計全新的汽車轉(zhuǎn)向器總成試驗臺，在充分考慮試驗臺的先進(jìn)性、可靠性、穩(wěn)定性和高效率的前提下，要求試驗臺結(jié)構(gòu)美觀、智能化高、部件裝夾方便、功能完善、縮短產(chǎn)品測試時間并盡量降低噪聲，以適合于大批量生產(chǎn)。

1 轉(zhuǎn)向器總成性能試驗臺技術(shù)原理及實現(xiàn)

1.1 轉(zhuǎn)向器總成性能試驗臺技術(shù)原理

依據(jù)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC／T529—2000《汽車動力轉(zhuǎn)向器總成臺架試驗方法》和QC／T530—2000《汽車轉(zhuǎn)向器總成技術(shù)條件》，自主開發(fā)了以ECU控制為核心，以組合設(shè)計方法為基礎(chǔ)，采用最新機(jī)電控制技術(shù)，通過改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)和選擇高精度傳感器，可自動完成各種型號轉(zhuǎn)向器的在線性能檢測，包括轉(zhuǎn)向器總?cè)?shù)、空載轉(zhuǎn)動力矩、回力特性、轉(zhuǎn)向靈敏度特性、內(nèi)泄漏、回正能力、功能試驗、傳動比和齒條行程等。

轉(zhuǎn)向器總成性能試驗臺原理框圖如圖1所示，總體裝配圖如圖2所示。整個試驗臺可分為機(jī)械結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)及軟件3大部分。

圖1 轉(zhuǎn)向器總成性能試驗臺原理圖

1.2 轉(zhuǎn)向器總成性能試驗臺機(jī)械系統(tǒng)

轉(zhuǎn)向器試驗臺機(jī)械系統(tǒng)圖如圖3所示。機(jī)械裝置主要由驅(qū)動系統(tǒng)、夾具裝置、負(fù)載系統(tǒng)、夾具等組成。為了使試驗更接近于實際，工件放置與車上狀態(tài)一致，驅(qū)動裝置作為動力輸入，根據(jù)試驗對象的不同，可在水平方向X－Y軸移動調(diào)整，并可繞垂直Z軸做±45°旋轉(zhuǎn)，以滿足多品種的要求。進(jìn)行正向驅(qū)動（輸入軸驅(qū)動）時，伺服電機(jī)通過行星減速器、扭矩傳感器、聯(lián)軸器、輸入軸、轉(zhuǎn)向器，對轉(zhuǎn)向器驅(qū)動軸進(jìn)行驅(qū)動。夾緊和負(fù)載裝置設(shè)在左右雙層滑臺上，主滑臺作為殼體夾緊，上滑臺為負(fù)載加載裝置，結(jié)構(gòu)緊湊可靠。負(fù)載系統(tǒng)采用伺服系統(tǒng)作為加載器，通過伺服電機(jī)及控制元件模擬所需負(fù)載，以完成轉(zhuǎn)向機(jī)的功能試驗；在做轉(zhuǎn)向機(jī)回正試驗時，伺服電機(jī)又可作為驅(qū)動器，對動力轉(zhuǎn)向器進(jìn)行逆向驅(qū)動，從而實現(xiàn)了加載（功能）和回正試驗的連續(xù)自動測試，突破了傳統(tǒng)落后的回正試驗測試方法。檢測系統(tǒng)加載裝置采用伺服電機(jī)驅(qū)動使加載載荷準(zhǔn)確可靠，轉(zhuǎn)向機(jī)齒條通過頂桿直接作用于力傳感器上，通過傳感器及相應(yīng)的控制單元，可任意調(diào)整負(fù)載力并保持恒定，適應(yīng)范圍廣，同時準(zhǔn)確、方便、可靠?？蛰d試驗時負(fù)載裝置退后，齒條處于自由狀態(tài)，需要加載時，負(fù)載裝置前進(jìn)加載。在需要固定夾緊時，負(fù)載裝置前進(jìn)加載一定力后兩鎖緊油缸自動夾緊，使其間隙為0，實現(xiàn)夾緊。該自動加載裝置的設(shè)計成功，為檢測系統(tǒng)實現(xiàn)全自動控制創(chuàng)造了條件，這也是檢測系統(tǒng)有別于國內(nèi)外其他同類檢測系統(tǒng)的顯著特點之一。

圖2 總體裝配圖

圖3 轉(zhuǎn)向器總成性能試驗臺機(jī)械系統(tǒng)

1.3 轉(zhuǎn)向器總成性能試驗臺液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)的作用是為轉(zhuǎn)向器、工件定位等提供動力。為了轉(zhuǎn)向機(jī)試驗不受液壓波動的影響，該液壓系統(tǒng)設(shè)計成分離式雙液壓系統(tǒng)，即將試驗液壓系統(tǒng)和驅(qū)動液壓系統(tǒng)分開，以保證試驗液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定；試驗液壓系統(tǒng)采用一個柱塞變量泵獨立供油，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)流量及壓力，完全滿足了多種動力轉(zhuǎn)向器輸入流量、壓力不同的要求。試驗系統(tǒng)采用了供油、回油雙過濾，即進(jìn)油口粗濾，回油口精濾的雙重過濾系統(tǒng)，保證了油液清潔度，清洗、更換濾網(wǎng)均很方便。

比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過電液控制調(diào)節(jié)所需流量，通過壓力、流量傳感器組成的監(jiān)控顯示系統(tǒng)，向轉(zhuǎn)向機(jī)提供以滿足轉(zhuǎn)向機(jī)性能參數(shù)要求的流量和壓力油。

針對轉(zhuǎn)向機(jī)泄漏流量測試難度較大的問題，系統(tǒng)中采用了德國威仕流量傳感器，并將流量傳感器安裝在轉(zhuǎn)向器進(jìn)油口，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)向器工作油流量與泄漏流量同時測量，解決了困擾動力轉(zhuǎn)向器檢測系統(tǒng)的流量測試問題。

試驗完成，系統(tǒng)中還具有對試驗件排油的功能；壓縮空氣通過氣源調(diào)節(jié)器，經(jīng)過換向閥進(jìn)入轉(zhuǎn)向器，在壓縮空氣的作用下將油通過換向閥排入到油箱。

1.4 轉(zhuǎn)向器總成性能試驗臺控制系統(tǒng)及軟件的實現(xiàn)

轉(zhuǎn)向總成性能試驗臺動作、壓力、流量等控制原理如圖4所示。當(dāng)通過觸摸屏選定試驗項目后，系統(tǒng)根據(jù)所要求的試驗條件，向輸出模塊發(fā)出控制信號，控制繼電器卡上各繼電器（線圈）的通斷，實現(xiàn)液壓系統(tǒng)中各電磁閥的通斷。在動力轉(zhuǎn)向器的動作過程中，計算機(jī)通過A／D板采樣的油溫、流量、扭矩和負(fù)載等參數(shù)、動力轉(zhuǎn)向器的位置和狀態(tài)，再根據(jù)這些參數(shù)的變化輸出控制狀態(tài)，使動力轉(zhuǎn)向器完成規(guī)定的動作。試驗完成后，計算機(jī)將結(jié)果顯示在屏幕上，也可打印輸出。

基于LabVIEW開發(fā)的測試軟件采用模塊化設(shè)計，包括參數(shù)設(shè)置、測量、在線及遠(yuǎn)程控制模塊。參數(shù)模塊完成參數(shù)設(shè)置，測量模塊完成規(guī)定的試驗，系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、存儲和打印等功能?？刂颇K對轉(zhuǎn)向器輸入端正反轉(zhuǎn)，伺服的向前、向后加載。該系統(tǒng)也具有遠(yuǎn)程故障診斷功能。

由于工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，除有用信號外，還往往帶有現(xiàn)場和過程通道中的電場、磁場等各種干擾信號。結(jié)合汽車動力轉(zhuǎn)向器的測試要求，分別提出了軟件和硬件抗干擾措施。

控制系統(tǒng)采用研華工控機(jī)獨立完成。整個測控工作的邏輯動作及數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、打印、存儲等功能全部由計算機(jī)完成，并能修改試驗所需的各項參數(shù)，對測試過程的各類參數(shù)實時檢測并顯示，檢測最終結(jié)果滾屏顯示。實物照片如圖5所示。

圖4 計算機(jī)控制系統(tǒng)工作原理

圖5 新型轉(zhuǎn)向器總成性能試驗臺

2 結(jié)語

采用縮緊缸實現(xiàn)可靠定位，負(fù)載裝置帶有彈性體，并與伺服電機(jī)結(jié)合實現(xiàn)恒力控制；采用伺服電機(jī)和擰緊輸入軸同時后退和力傳感器檢測的方式實現(xiàn)對齒條施加恒定負(fù)載；采用量程范圍寬的流量計，在液壓系統(tǒng)只有一個泵供油情況下實現(xiàn)大流量和小流量控制；為了使試驗數(shù)據(jù)精確可信，試驗過程穩(wěn)定可靠，在系統(tǒng)總體設(shè)計中，采取數(shù)據(jù)高速自動采集與智能化分析處理方法；上位計算機(jī)上運行的Lab－VIEW具有友好的人機(jī)界面；在控制策略上采取了多項智能化的故障診斷和故障預(yù)報手段。

研究開發(fā)的檢測裝備可與國外一些先進(jìn)的同類產(chǎn)品相媲美，價格僅為國外進(jìn)口產(chǎn)品的三分之一。研發(fā)的轉(zhuǎn)向器總成性能試驗臺滿足用戶需要，市場前景廣闊。

[1]劉國章，包志超.《JB2957—81汽車轉(zhuǎn)向器總成技術(shù)條件》的制定與實施（下）[J].汽車技術(shù)，1983（2）：58－60.

[2]包志超.轉(zhuǎn)向器總成性能自動測試系統(tǒng)[J].汽車技術(shù)，1986（5）：18－21.

[3]范永光，易孟林，曹樹平.重型越野車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能試驗臺CAT系統(tǒng)的研制[J].機(jī)械與電子，2002（6）：54－56.

[4]吳永強(qiáng)，高利利.動力轉(zhuǎn)向器總成走合試驗臺研制[J].汽車科技，2005（5）：50－53.