转向管柱万向节微小摆动扭矩测量系统的研究

摘要

随着汽车工业的快速发展，人们对汽车在动力性、舒适性和安全性方面提出了更高的要求。在我国未来汽车技术的发展趋势中，安全性已成为人们普遍关注的焦点。Rover750型转向管柱是基于被动安全技术的设计理念，它的可溃式伸缩吸能结构和管内变形元件的设计，以及两刚性杆件之间的万向节连接，使得在车辆发生碰撞时，能通过伸缩、变形吸收能量，有效减少驾驶员受方向盘的冲击力，使整个转向系统具有更好的安全性。 为了对这种新型的转向管柱的性能进行评估，其中一点是需要测量它的万向节的微小摆动扭矩。由于万向节能同时在两个不同的平面内运动，所以在检测一个平面内的摆动扭矩时必须保证在另一个平面内的静止。传统的检测方法是通过弹簧挂钩将万向节一端稳定在一个平面内，但对测量引入了外力，而且这种外力是变化的，不能作为系统误差消除。 该论文提出了两种新型实用的检测万向节摆动扭矩的方法：托肘方法和磁悬浮方法。托肘方法主要是借助力传感器能够承受一定范围内的切向力，而且对这种切向力不敏感的特性，通过力传感器直接支撑万向节的一端，保证在测试过程中万向节在另一个平面内静止。磁悬浮方法类似于磁悬浮列车的原理，用大块永久性磁铁产生近似的匀强磁场，通过磁斥力与万向节的重力相抵消，从而可以防止万向节的一端往下掉。这两种方法都有效地解决了万向节在另一个平面内如何保持稳定的问题，而且都不会引入外力，不会对测量结果产生影响。 论文还详细介绍了根据托肘方法设计和开发出来的能实现完全自动化操作的测试系统。论文首先介绍了测试系统在机械设计上的特点，它的工件夹具能在三个坐标轴内自由地滑动，从而有效地防止在测试过程中发生“卡死”现象而对测量结果产生影响。该测试系统以工业控制计算机作为整个系统的核心，通过控制永磁直流力矩电机，采用高精度力传感器和信号调理放大电路，以及PCL－818L ISA总线数据采集卡实现对万向节微小摆动扭矩的自动测量。经过与弹簧挂钩方法的数据进行比较，证明了托肘方法的正确性和有效性，充分表明了该测试系统的高精度、高效率和强大的数据运算和处理能力的特性。该系统自投入生产使用以来，一直运行良好，大大提高了生产效率。 论文还对测试系统的软件部分进行了详细介绍，对VC中的精确定时和软件数据滤波，以及实时绘图技术和自动界面响应技术进行了深入的探讨和研究。