作者：姜凤娟1  何小辉1 

1. 北京中科泛华测控技术有限公司、自动化测试部门、北京市海淀区西小口路66号东升科技园北领地A4 、100089

【摘要】电动助力转向系统(EPS)耐久性试验台实现了在实验室环境下，通过伺服电机模拟驾驶员对方向盘的操作，采用磁粉制动器仿真不同路况下的转向受力情况等主要方式，对EPS实际使用工况进行模拟，以判断其潜在失效模式，验证其耐久性及可靠性。系统结构灵活可调，软件测试序列可编辑，能适应多种EPS，并可同时完成对4个EPS测试。

【关键词】汽车电子、EPS、耐久性测试、测试环境仿真

Electric Power Steering (EPS) Durability Test System

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
电动助力转向系统EPS( Electric Power Steering)，以其转向手感好，节省燃油、环保、装配灵活等优势，将逐步替代旧式的机械转向、液压助力转向系统。
作为汽车上重要的安全部件之一，EPS在生产中需进行严格的性能测试与耐久试验以验证其可靠性并获得最佳工作状态数据。由于实车试验不仅危险性高且费用昂贵，生产商更倾向于搭建试验台来模拟不同工况下的实车试验，这种方式不仅安全、方便、成本较低，并且能够达到比较理想效果。
2 系统设计
试验台主要由机械台架、控制系统等构成,如图2.1所示。采用伺服电机仿真驾驶员对方向盘的操作，磁粉制动器进行仿真不同路况下的转向受力, EPS作为被测件提供转向助力。其中，控制系统由上位机、测试台控制器组成，按功能可分为驱动系统、加载系统、样件供电和通信系统，且这四个控制系统均各具 4个可分别独立运行的单元，可同时测试 4 只EPS 样件。

2.1 工作原理
系统充分考虑模块化设计，工作原理设计如图2.2所示。其中驱动系统使用伺服电机控制器控驱动电机转动。对输入端的转角、扭矩等数据进行测量分析，并实现驱动器参数的闭环调整。
磁粉制动器作为加载系统，其负载方式通过PXI系统编程控制，获得负载端的扭矩和转角数据，并通过张力控制器实现扭矩的闭环控制。
供电系统使用外接电源和电池并联方式对系统不间断供电，保证系统的长期稳定工作，在系统工作期间，对每个样件的耗电进行监测，读取每个样件的电压、电流值，同时可对各路电源随时切与接通。
2.2 电气设计
   
系统在充分模拟4个EPS正常工作状态的基础上，使用PXI对系统各个模块进行控制，数据采集、分析和处理。由供电电源，PXI控制器，运动控制卡、AO模拟输出卡，计数器卡、数据采集卡和数字IO卡构成。运动控制卡控制驱动系统中四个电机的转动，机箱控制器运行RT操作系统，保证系统稳定可靠运行。DAQ板卡模拟输入用于采集扭矩传感器信息、EPS耗电的电压、电流信息。计数器卡用于读取驱动系统和加载系统的编码器信息，用于测试角度。AO模拟输出卡，输出控制供电电源电压，同时将采集到得角度信号转换为模拟量输出。数字IO 板卡用于控制点火信号、总电源开关、单路EPS供电开关和点火信号开关及指示灯等。
2.2 结构设计
系统机械结构如图2.2所示，由驱动系统、EPS、加载系统组成。工作时，驱动系统带动EPS转动，加载系统对EPS的运动其阻尼作用。
为了和实车情况保持一致，EPS 耐久性测试系统采用高可靠性轴承和导轨，保证了驱动系统的轴向位置、角度，加载端的角度能够灵活调节，同时加载端X、Y、Z距离均可自由调整。灵活的调节机构使得系统可以适应多种不同型号的EPS测试。
2.3 软件设计
系统基于LabVIEW软件进行开发，完成系统的实时控制测量，在保证测试精度，速度等基础上系统稳定可靠运行。测试界面美观、整齐，自动记录测试数据，测试系统具备错误与异常处理能力。
系统中设计的测试序列灵活可编辑，可根据不同的路况编辑不同的测试序列，如图2.5所示。用户可自定义驱动端的转角曲线，加载端的负载扭矩曲线，可以是标准的正弦波、三角波、方波，也可以是自定义的任意曲线。结合自定义曲线和不同的车速，发动机转速用户可以设计出不同的操作者模型、路况模型，具有很强的适应性。
测试结果曲线实时显示，如图2.6所示。系统数据采用定时保存，即每运行一段时间后保存一段数据。一旦发生错误系统自动将将错误发生前后一段时间的数据保存下来，方便用户进行数据分析，发现产品中的不足与缺陷。
3 系统功能及指标
3.1 系统功能
系统可以实现的功能有：自定义转角曲线、加载曲线，自定义测试序列，监测序列执行状态，监测EPS的输入输出角度、扭矩和被测件的工作电压、电流，以及三种数据记录方式等。系统主要功能项目见表3.1所示：
表3.1 系统功能

类别	项目		描述
功能项目	台架控制器驱动系统	驱动系统控制	电机速度、位置控制
		驱动系统测试	测试驱动系统的扭矩及角度；
	台架控制器加载系统	加载系统控制	控制磁粉制动器加载实现扭矩的闭环控制
		加载系统测试	测试四路加载系统的扭矩及角度
		数字信号监测	监测台架控制器发出的输入输出角度信号
	供电系统	供电系统控制	可编程电源和蓄电池保证系统不间断运行
		供电系统测试	测供电单元的电压与电流；

3.1 系统指标
表3.2 系统指标

测试控制项	范围	精度
转角	≥±550°	8192线
负载扭矩	0~175Nm	——
角速度	0~400°/s	——
供电	0-20V	0.1V
电流	0-100A	0.1A

4 总结
电动助力转向系统耐久性试验台作为EPS耐久性测试平台，其灵活的调节机构，可自定义的路况信息，可编辑的测试序列，坚固可靠的设备结构使得该系统适应性非常强，可作为汽车上大部分电动助力式转向系测试和分析用的设备。
参考文献

[1] 包寿红，刘运来. 汽车EPS性能检测与评定方法. 1003-8639，2011(4)，52-56.
[2] 何黎霞.汽车EPS电机微扭矩测试台的设计与实现. 1673-1131, 2013(2)，54-55.
[3] 华军. EPS系统综合性能实验研究. 江苏省汽车工程学会第九届学术年会，2010，江苏.