专利名称：车用液压助力转向机工作环境模拟系统的制作方法
车用液压助力转向机工作环境模拟系统
技术领域：
本发明涉及一种车用转向机工作环境模拟系统，尤其涉及一种实现车用液压助力转向机的性能或疲劳耐久试验的工作环境模拟系统，属于汽车技术领域。
背景技术：
2009年是世界金融危机对全球汽车工业的影响逐步显现的一年，也是我国汽车工业力求克服金融危机带来的负面影响关键年。迅速提高国内汽车企业的自主开发能力、加快技术进步来提升国内企业的核心竞争能力，日益成为我国汽车企业发展的必由之路。其中，提高新产品的试验认证能力是实现自主开发中的一项重要的核心能力。近年来，国内自主品牌汽车制造商逐渐开始重视新产品的试验认证工作。但目前的主要试验手段还主要是进行试车场道路试验，其主要原因在于室内试验台架设备的一次行投入很高。尽管试车场试验的着眼点放在模拟汽车在实际使用中所遇到的最恶劣情况，能够更真实反映车辆在使用过程中的实际情况，然而试车场试验花费时间过长、试验成本过高，而且常常随着由于司机、环境和试验跑道等各自因素的变化而得出不一致的试验结果，所以现在有尽量减少室外道路试验行驶的试验量、更多的利用试验进程更快、重复性更好的试验室试验的趋势。在现代汽车中，转向系统是其重要组成子系统之一，它是用于控制汽车在行驶中的方向的。目前，绝大部分汽车都采用液压助力转向系统来辅助驾驶员在驾驶中更轻松地控制车辆的运行方向，这是通过在转动方向盘时，由转向拉杆同时带动转向控制阀中的滑阀，从而使得转向动力缸中的活塞在液压作用下进行运动来实现的。在液压助力转向系统的开发中，转向机的性能及其结构疲劳耐久试验(例如转向机转向拉杆运动的位移及拉力与驾驶员对方向盘的输入扭矩与转角之间的刚度、摩擦、间隙等性能关系参数的测量试验、 以及转向机转向油壶密封性振动耐久试验等)是非常重要的。对此，国际上著名的液压结构试验设备制造商(例如，美国的MTS公司、MOOG公司、 BIA公司等)能生产专用的转向机试验台架系统，可以模拟整个转向机系统在运行状态下的载荷受力状况、温度状况以及液压助力转向油管中的转向液压力及流速等环境，从而能够在这些综合环境下进行转向机系统的性能及结构疲劳耐久试验。这些比较成熟完善的试验台架系统在功能很完善，然而它们的价格确实非常昂贵，根据功能的不同其价格一般均会在50 100万美金之间。因此，为了降低试验设备成本，国内一些自主品牌的转向机系统制造商在新产品开发验证过程中，通常只购买液压动作缸，然后自行搭建振动耐久试验台架，以此方式来模拟转向机工作中的振动环境进行新开发转向机产品的性能参数和结构耐久性试验。但是，对于目前这类自行搭建的转向机振动耐久试验台，它们通常并不能模拟转向机系统在运行状态下的周围环境温度以及液压助力转向油管中的转向液压力及流速等环境，而这些因素对转向系统的性能及结构疲劳耐久均有很大影响，例如转向机通常布置在发动机附近通常稳态温度很高，所以这些因素的忽略常常使试验结果与实际运行工况有很大误差。

发明内容有鉴于此，本发明的目的在于提供一种车用液压助力转向机工作环境模拟系统， 其结构设计合理、使用方便且经济实用，能够有效地解决现有技术中存在的上述问题，从而可以满足在新车型自主开发过程中对于液压助力转向机性能或结构耐久试验的要求。为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下—种车用液压助力转向机工作环境模拟系统，其包括工作温度模拟子系统，其用于模拟实现所述车用液压助力转向机的工作温度控制，并在其内放置测试部件；液压助力管路流速模拟子系统，其连接于所述工作温度模拟子系统，用以模拟实现所述车用液压助力转向机工作时的转向液流量冲击环境；以及液压助力管路压力模拟子系统，其连接于所述工作温度模拟子系统，用以模拟实现所述车用液压助力转向机的减压作用。 优选地，在上述技术方案中，所述工作环境模拟系统还包括安全控制子系统，用以在所述工作环境模拟系统出现异常时实现安全保护功能。优选地，在上述技术方案中，所述液压助力管路流速模拟子系统包括油泵，其通过连接于所述工作温度模拟子系统的输入管路和输出管路而为所述测试部件供油；变频电机，其用于带动所述油泵转动；以及控制器，其用于通过控制所述变频电机的工作转速来实现所述车用液压助力转向机工作时的转向液流速。优选地，在上述技术方案中，所述变频电机为三向感应式变频电机。优选地，在上述技术方案中，所述液压助力管路压力模拟子系统包括压力控制装置，其设置于所述输出管路中用以控制油压达到所述车用液压助力转向机的实际工作压力，并使得所述输出管路中的油压低于所述输入管路的油压，从而通过二者之间的压力差形成油路的闭环流动。优选地，在上述技术方案中，所述工作温度模拟子系统包括送风装置，其用于通过送风管路向所述车用液压助力转向机工作环境模拟系统输送气体；加热装置，其用于加热由所述送风装置输送的气体，并且其内设有温度控制器，所述温度控制器中设置有用户预设的预定温度值；以及容器装置，其与所述送风管路相连接，且其内设有温度传感器，所述温度传感器用于监测所述容器装置内部的实际温度值并将其反馈至所述温度控制器，并由所述温度控制器根据所述实际温度值与所述预定温度值的偏差来调整所述加热装置的输出功率以实现所述车用液压助力转向机的工作温度，所述容器装置在使用状态下时形成封闭空间。优选地，在上述技术方案中，所述工作温度模拟子系统还包括用于放置所述容器装置的平台。优选地，在上述技术方案中，所述平台为能够提供垂直方向振动的液压平台。优选地，在上述技术方案中，所述温度控制器为电热调整器P I D或固态继电器 SSR。
优选地，在上述技术方案中，所述测试部件为所述车用液压助力转向机的转向油壶。首先，随着近年来电子控制器软硬件技术的发展及其成本的下降，使得自主集成构建车用液压助力转向机工作环境模拟系统成为可能。但是，在创新性地系统集成设计开发过程中，发明人事实上是在部件系统的选型、参数的匹配、系统与试验考核转向部件连接等集成调试等等方面进行了大量的试验调试和长期的分析研究，才能够最终创新性地集成构建成本发明的系统，并且与试验车辆在道路试验场进行的道路试验结果相对比进一步验证了其能够与试验结果保持良好的一致性，从而成功地解决了业界一直期望能够以较低的成本来获得仿真度高、使用性能稳定的车用液压助力转向机工作环境模拟系统却始终未能加以实现的技术难题。本发明的有益效果在于与现有的相比，本发明结构设计合理、使用方便并且性能稳定可靠，尤其通过集成液压助力管路流速模拟子系统、液压助力管路压力模拟子系统以及液压助力转向机工作温度模拟子系统，从而低成本地成功构建成了车用液压助力转向机工作环境模拟系统，它的制造成本仅仅约为国外同类产品的1/5，因此具有非常明显的价格成本优势，同时它能很好地满足在新车型自主开发过程中对于液压助力转向机性能或结构耐久试验的要求，因此可以将本发明系统作为重要组成部分集成到自主构建的低成本转向机试验系统中，为汽车制造商提供可行的转向系统低成本试验开发方案，所以本发明的推广应用前景非常广阔。

以下将结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。其中图1是本发明中工作温度模拟子系统的一个较佳实施例的组成示意图；图2是本发明中集成了液压助力管路流速模拟子系统和压力模拟子系统的一个较佳实施例的组成结构示意图；以及图3是采用本发明的一个较佳实施例进行转向油壶振动试验的立体结构示意图。
具体实施方式在本发明的一个实施例中，车用液压助力转向机工作环境模拟系统是通过将三个具有不同功能的子系统(即，液压助力转向机工作温度模拟子系统、液压助力管路流速模拟子系统和液压助力管路压力模拟子系统)进行创新性地系统集成而构建成的。具体而言，其中的工作温度模拟子系统是用来模拟实现车用液压助力转向机的工作温度控制功能，液压助力管路流速模拟子系统是用来模拟实现车用液压助力转向机工作时的转向液流量冲击环境，而液压助力管路压力模拟子系统则是用来模拟实现车用液压助力转向机的减压作用。以下将结合图1至图3来对这些子系统的集成组合及其各自的工作原理进行详细的说明。请参阅图1，它是上述的工作温度模拟子系统的一个较佳实施例的组成示意图。在该较佳实施例中，该工作温度模拟子系统包括送风装置12 (例如风机，尤其是最好采用低噪声的离心风机)、加热装置10和容器装置11。其中，送风装置12是用来向本发明的转向机工作环境模拟系统输送气体(例如空气)，可以采用调节器或变频器等方式来对风量进行调节；加热装置10，则是用来对送风装置12所输送的气体进行加热处理，该加热装置通常可以采用电加热器来实现，在加热装置10的内部设置有温度控制器14，并且由用户根据具体的测试需要而在温度控制器14内预设一个预定温度值；容器装置11可以采用小型的温度箱，并且使用耐热材料及隔热保温纤维棉来确保可以在较高温度下长期、连续、稳定地工作，容器装置11在使用状态下形成封闭空间而将需要进行测试的部件放置在其内部，同时还在容器装置11的内部设置了温度传感器15，该温度传感器15是用来监测容器装置11 的内部实际温度值，并且将测试到的实际温度值反馈给温度控制器14，然后由后者对此时测试到的实际温度值与上述的预定温度值之间的偏差进行对比计算，然后根据该计算结果来对加热装置10的输出功率进行调整以实现对温度模拟控制，具体可以采用固态继电器 SSR(Solid State Relay)(Proportion-Integration-Differentiation)
来实现这种输出功率调控。例如，当采用电热调整器PID时，它是根据预定温度值来对监测到的实际温度进行PID(闭环比例/积分/微分)的自适应闭环控制调节，从而能够迅速调节加热装置10的输出功率，例如控制实际温度迅速达到期望的温度。如图2所示，它是集成了本发明中的液压助力管路流速模拟子系统和压力模拟子系统的一个较佳实施例的组成结构示意图。其中，液压助力管路流速模拟子系统包括油泵 22、变频电机23和控制器M ；而液压助力管路压力模拟子系统包括压力控制装置25。在本实施例中，所测试的是某车型的液压助力转向机的转向油壶20的结构疲劳耐久性能。将转向油壶20按照其在汽车上的实际安装状态固装在支架上，并且通过管夹21将其与输入管路沈和输出管路观(输出管路观中的一部分可以采用导向硬管27)进行连接。变频电机23通过皮带轮四带动油泵22转动，从而将油通过输入管路沈输入到转向油壶20。为了真实模拟车用液压助力转向机实际工作时的转向液流速，则需要通过设置控制器对来加以实现。具体而言，控制器M是根据其输入轴与皮带轮四之间的传动比而将变频电机 23的工作转速调整控制在所需要的转速，进而控制了油泵22的转速而实际控制了管路中的液体流速。为了控制管路中的液体压力并保证油压能够达到车用液压助力转向机的实际工作压力，另外在输出管路观中设置压力控制装置25，通过它使得输出管路洲中的油压低于输入管路26中的油压，从而在凭借该压力差而在整个管路中形成油的闭环流动。在此实施例中，变频电机23可以采用三向感应式变频电机，压力控制装置25可以采用现有技术中通用的压力控制阀。在本发明的另一个较佳实施例中，还设置了安全控制子系统(未示出)，它是用来在车用液压助力转向机工作环境模拟系统出现异常时实现对其进行必要的安全保护。具体而言，例如可以根据实际需要而在送风装置12和/或加热装置10装设超温保护装置，在整个系统的电路中设置急停开关以防止误操作来保证安全，并且还可以设置温度异常报警器、电动机过载保护器、工作状态指示灯等各种安全装置。转向油壶是液压助力转向系统中的重要零件，其最主要失效模式就是转向油泄漏，并因此而容易导致客户产生抱怨。能否快速有效的对转向油壶结构设计进行验证，考察其密封性能，在液压助力转向系统开发过程中变得相当重要。传统的转向油壶振动试验，通常在封闭油壶流道的情况下在单一频率下进行振动模拟。传统的验证方法无论在激励信号类型，还是在油壶工作环境，都与实际车辆上油壶的运行情况有相当大的差距，因此，利用传统的振动方法来验证油壶的密封性就存在着局限性。以下将具体说明如何使用本发明的车用液压助力转向机工作环境模拟系统来对转向油壶进行振动试验。当然，如上所述，由于转向油壶是具有典型性的重要部件，所以在此仅以其进行示范性举例来说明如何具体使用本发明的工作环境模拟系统，然而事实上完全可以将本发明的工作环境模拟系统应用于其他部件进行测试验证。图3是采用前述的较佳实施例来进行转向油壶振动试验的立体结构示意图。如该图所示，工作温度模拟子系统还包括一个平台4，它采用液压工作形式并能够提供垂直方向振动。容器装置11被放置在平台4上，在容器装置11的内部放置了本次测试所用的转向油壶20。此时，容器装置11形成了封闭空间，并且通过与其相连接的送风管路13、输入管路26和输出管路观而由设置在其外部的送风装置12、加热装置10 (为了简单起见，未在图3中对它们进行图示)、油泵22、变频电机23和控制器M等提供车用液压助力转向机的工作温度、工作压力和转向液流量冲击的真实模拟环境。使用本实施例的模拟系统，对转向油壶本体及液压油管路进行了以下测试在三种不同频率的垂向振动激励信号条件下，是否会出现漏油以及油壶支架是否出现断裂等会引起客户抱怨的失效现象。在试验过程中， 具体考察了转向油壶20被放置在平台4上进行三种不同频率的垂向正弦运动加载的情况。 与传统的验证手段相对比，本发明系统在提供振动环境的同时，主要是通过引入模拟转向液流量冲击环境、实车上油壶的工作温度环境、三种不同频率的激励信号等，从而能够全方位、综合性地模拟出转向油壶的实际运行工况，高效仿真出转向油壶发生漏油的故障现象， 其验证结果更具有可信性，所以能够为结构改进设计提供强有力的技术分析依据。综上所述，本发明所提供的车用液压助力转向机工作环境模拟系统通过综合集成了多种不同功能的子系统而能够真实地模拟转向机的实际工作环境，其仿真度高、结构设计合理并且性能优良，尤其具备非常明显的价格成本优势，所以在汽车行业领域具有十分良好的推广应用前景。以上列举了若干具体实施例来详细阐明本发明的车用液压助力转向机工作环境模拟系统，这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员还可以做出各种变形和改进， 因此所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。
权利要求
1.一种车用液压助力转向机工作环境模拟系统，其特征在于，其包括工作温度模拟子系统，其用于模拟实现所述车用液压助力转向机的工作温度控制，并在其内放置测试部件；液压助力管路流速模拟子系统，其连接于所述工作温度模拟子系统，用以模拟实现所述车用液压助力转向机工作时的转向液流量冲击环境；以及液压助力管路压力模拟子系统，其连接于所述工作温度模拟子系统，用以模拟实现所述车用液压助力转向机的减压作用。
2.根据权利要求1所述的工作环境模拟系统，其特征在于，所述工作环境模拟系统还包括安全控制子系统，用以在所述工作环境模拟系统出现异常时实现安全保护功能。
3.根据权利要求1所述的工作环境模拟系统，其特征在于，所述液压助力管路流速模拟子系统包括油泵，其通过连接于所述工作温度模拟子系统的输入管路和输出管路而为所述测试部件供油；变频电机，其用于带动所述油泵转动；以及控制器，其用于通过控制所述变频电机的工作转速来实现所述车用液压助力转向机工作时的转向液流速。
4.根据权利要求3所述的工作环境模拟系统，其特征在于，所述变频电机为三向感应式变频电机。
5.根据权利要求3所述的工作环境模拟系统，其特征在于，所述液压助力管路压力模拟子系统包括压力控制装置，其设置于所述输出管路中用以控制油压达到所述车用液压助力转向机的实际工作压力，并使得所述输出管路中的油压低于所述输入管路的油压，从而通过二者之间的压力差形成油路的闭环流动。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的工作环境模拟系统，其特征在于，所述工作温度模拟子系统包括送风装置，其用于通过送风管路向所述车用液压助力转向机工作环境模拟系统输送气体；加热装置，其用于加热由所述送风装置输送的气体，并且其内设有温度控制器，所述温度控制器中设置有用户预设的预定温度值；以及容器装置，其与所述送风管路相连接，且其内设有温度传感器，所述温度传感器用于监测所述容器装置内部的实际温度值并将其反馈至所述温度控制器，并由所述温度控制器根据所述实际温度值与所述预定温度值的偏差来调整所述加热装置的输出功率以实现所述车用液压助力转向机的工作温度，所述容器装置在使用状态下时形成封闭空间。
7.根据权利要求6所述的工作环境模拟系统，其特征在于，所述工作温度模拟子系统还包括用于放置所述容器装置的平台。
8.根据权利要求7所述的工作环境模拟系统，其特征在于，所述平台为能够提供垂直方向振动的液压平台。
9.根据权利要求6所述的工作环境模拟系统，其特征在于，所述温度控制器为电热调整器PID或固态继电器SSR。
10.根据权利要求1-5中任一项所述的工作环境模拟系统，其特征在于，所述测试部件为所述车用液压助力转向机的转向油壶。
全文摘要
本发明公开了一种车用液压助力转向机工作环境模拟系统，其包括工作温度模拟子系统，其用于模拟实现所述车用液压助力转向机的工作温度控制，并在其内放置测试部件；液压助力管路流速模拟子系统，其连接于所述工作温度模拟子系统，用以模拟实现所述车用液压助力转向机工作时的转向液流量冲击环境；以及液压助力管路压力模拟子系统，其连接于所述工作温度模拟子系统，用以模拟实现所述车用液压助力转向机的减压作用。通过创新集成上述各子系统，可以构建成结构设计合理、仿真度高且性能优良的车用液压助力转向机工作环境模拟系统，其制造成本约为国外同类产品的1/5，具备非常明显的价格成本优势，因此推广应用前景非常广阔。
文档编号G01M17/06GK102207431SQ201010135439
公开日2011年10月5日 申请日期2010年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者张桂明, 李毅刚, 杨春伟, 江合连, 王海沛, 闫冬 申请人:上海通用汽车有限公司, 泛亚汽车技术中心有限公司