中汽研转向系统异响试验台设备

设备介绍

转向系统异响试验台可施加与实车状态下相等的转向负载，能按照期望模拟原齿条力负载曲线进行加载。同时设备可控制方向盘输入转速，复现实车状态下，转向系统在打方向、换向过程中的机构运动。并通过振动传感器、麦克风检测转向系统的异响。能进行转向功能复现、快速换向功能复现、转向系统rattle测试、噪声测试等。

适用标准：

• GB 17675-2021 汽车转向系统基本要求
• QC/T 29097—2010 汽车转向器总成技术条件
• QC/T 29096—2010 汽车转向器总成台架试验方法
• QC/T 529-2000 汽车动力转向器总成台架试验方法
• Q/JQ 3422-2015 电动转向总成技术条件
• T/CSAE 279－2022 汽车电动转向系统噪声台架性能要求及测试方法

技术参数

设备组成

1.驾驶员模拟器装置

驾驶员模拟器用以模拟驾驶员对车辆的操控，包括驱动电机、电机法兰、扭矩传感器、联轴器、传动轴、消声工装及其它结构组成，驾驶员模拟器用于产生旋转运动，控制精度高，驱动系统可通过回转工作台调整加载角度，以匹配不同的转向器安装。

驾驶员模拟器主要技术指标：

（1） 持续扭矩：±30 Nm

（2） 峰值扭矩：±90 Nm

（3） 转速范围：±200RPM（±1200°/s）

（4） 不连接管柱，转向机器人在30RPM的工况下，距离转向机器人150mm位置处，运行噪声声压级不超过32dB(A)。驾驶员模拟器标配隔震系统，有效隔绝噪声和振动；

（5）可以实现顺时针旋转和逆时针旋转，匀速旋转，旋转角度无极限位置；

（6）驾驶员模拟器的控制方式包括轴的位置 旋转角速度 角加速度以及扭矩

2.直线载荷模拟器

负载电机竖直安装，节省安装空间。通过联轴器连接，保证电机输出轴的对中性能。通过摇臂将电机输出轴的旋转运动转换为直线运动。将摇臂设计成可拆卸结构，并提供不同长度的摇臂，满足不同试验载荷的需求。摇臂前后端均有轴承支撑，保证支撑刚度。

负载电机工装采用半封闭式框架结构，一方面能够保证负载电机的安装刚度、模态等，另一方面预留足够的操作空间。工装可在底板上沿Y轴移动。主要技术指标：

（1） 持续负载力：±8000N

（2） 峰值力：±16000N

（3） 负载电机响应频率：50Hz

（4） 位移：≥±100mm

3.旋转载荷模拟器

旋转载荷模拟器采用与转向输入电机同类型的电机，安装在万向盘上，可调节电机轴线与转向管柱在水平面内的夹角。万向盘安装在仰角调节装置上，可调节电机轴线与转向管柱在竖直平面内的夹角。主要技术指标：

（1） 加载范围：±200Nm

（2） 角速度：无限制

（3） 角位置：无限制

4.输入驱动调节机构

驾驶员模拟装置通过万向盘安装到滑块上，可调节转向输入电机与转向管柱轴线的角度；滑块安装到滑轨2上，可以调节转向输入电机的Z向高度；立柱通过万向盘安装到滑块上，可以调节立柱绕Z的角度；通过斜支撑，提高立柱的模态频率；滑块沿滑轨1可以X向移动，调节转向输入电机X向的位置；滑轨1安装在底座上，可以沿Y向移动。驾驶员模拟器调节机构测试时为抱死状态，主要技术指标：

负载（垂向）：200 kg

定位精度：1 mm

横向调节范围：0-3000 mm

纵向调节范围：0-1240 mm

高度方向调节范围：300-1800mm旋转方向调节范围：无限制

5.管柱安装调节机构

管柱安装调节机构包括升降机、立柱、直线滑轨、行程开关、回转工作台、调节板、调节丝杆、手轮、底座管柱夹具及其它结构组成，可以实现横向、纵向、高度及角度调节，满足不同转向器管柱的安装。整体结构简单，调节方便快捷。

6.试验台底座 试验台底座为铁地板结构，上层表面配置T型槽，用于 安装试验台其余所有机械结构及支撑作用，具有极大的刚度及强度。 试验台底座参数：长4000mm，宽3000mm，厚300mm，总质量约 2000kg。

7.齿轮齿条转向器夹具 转向器通过两个立柱安装在连接板上。连接板可以相 对立柱沿Z向调节高度。立柱安装在底板上，底板可以沿X向调节位置。

设备功能及测试方法

1. 试验准备

模拟实车状态或者水平安装转向助力装置，其中方向盘侧连接转角控制装置，中间轴侧连接载荷加载装置（见图1、图2）。连接电源与控制器，设置车速为0 km/h，使助力电机处于工作状态。将采用1000 Hz，94 dB(A)的纯音标定过的传声器垂直布置在距助力电机壳体径向200 mm处，加速度传感器布置在齿轮齿条啮合位置、蜗轮蜗杆啮合位置和调整间隙位置。

2. 试验过程

载荷加载装置施加70%负载转矩，转角控制装置分别以180︒/s、270︒/s、360︒/s的速度带动输入轴转动，待输入轴转速稳定后，设置声音采样率为48 kHz和振动采样频率为5120 Hz，分别采集传声器和加速度信号，测试时间30 s。

3. 数据处理

设置频率分辨率1Hz，对采集的声音和加速度信号进行20 Hz～2000 Hz的带通滤波，计算声音信号的A计权经过带通滤波后的总值或三个位置的加速度的有效值（RMS）。

功能二.转向助力装置换向噪声

1. 试验准备

模拟实车状态安装转向助力装置，其中方向盘侧连接转角控制装置，中间轴侧连接载荷加载装置。（见图1、图2）连接电源与控制器，设置车速为0 km/h，使助力电机处于工作状态。将采用1000 Hz，94 dB(A)的纯音标定过的传声器布置在距助力电机壳体径向（垂直于壳体表面）200 mm处，加速度传感器布置在齿轮齿条啮合位置、蜗轮蜗杆啮合位置和调整间隙位置。

2. 试验过程

载荷加载装置施加25%的负载转矩，转角控制装置以±5︒/3 Hz～5 Hz的速度往复运动；载荷加载装置施加50%的负载转矩，转角控制装置以± 30︒/1 Hz～2 Hz的速度往复运动；待运行状态稳定后，设置声音采样率为

48 kHz和振动采样频率为5120Hz，分别采集传声器和加速度信号，测试时间30 s。每个位置测量三次，两次测量至少间隔2分钟。

3. 数据处理

对采集的声音和加速度信号进行20 Hz～2000 Hz的带通滤波分析，计算声音

信号的A计权经过带通滤波后的声压级总值或三个位置的加速度的有效值（RMS）。

1. 试验准备

模拟实车状态安装转向助力装置，齿条位于中位，转向器小齿轮端的拉杆上连接一个载荷加载装置，另一侧拉杆连接弹簧系统，弹性系数为300 N/mm±30 N/mm；输入轴端连接惯量为0.04 kg.m2惯量盘。（见图3）

在齿条衬套处壳体正上方、间隙调整机构处壳体正上方，分别布置一个三向加速度传感器。麦克风垂壳体径向200 mm处（垂直于壳体表面）。

2. 试验过程

内拉杆角度处于设计状态，控制载荷加载装置在拉杆上施加频率5-20 Hz扫频，

幅值0.35倍设计载荷的力，设置声音采样率为48 kHz和振动采样频率为5120 Hz，待测试系统运行稳定后采集传声器和加速度传感器的信号，测试时间30秒，重复测试三次，两次测试之间至少间隔2分钟。

内拉杆角度处于全上跳和全下跳状态时，重复上述试验过程。

3. 数据处理

对采集的声音和加速度信号进行20 Hz～2000 Hz的带通滤波分析，计算声音信

号的A计权经过带通滤波后的声压级总值或三个位置的加速度的有效值（RMS）。

图3 转向器总成振动噪音测试示意图

标引序号说明：1—消音环境；2—载荷加载装置；3—加速度传感器1；4—转向器总成；5—麦克风；6—惯量盘；7—加速度传感器2；8—弹簧系统；9—转向器固定台架；10—加速度传感器3。

功能四.转向助力装置路谱加载及耐久测试

可将实车采集的转向器输入角度以及转向拉杆的负载，在试验台进行迭代后可准确复现转向系统在实际路面的工况，可用于转向系统的噪音测试及耐久测试。

功能五.后轮转向、线控转向振动噪声测试

1. 试验准备

模拟实车状态安装后轮转向装置，齿条位于中位，转向器拉杆上连接一个载荷加载装置；

在电机壳体位置、减速机构输入端壳体位置、减速机构输出端壳体位置、位置传感器壳体位置、车架安装点位置，分别布置一个三向加速度传感器。传声器布置电机壳轴向中心垂壳体正后方300 mm处和滚珠丝杠壳体中心正上方 300mm处。

2. 试验过程

运行噪声测试：

2、运行速度：1mm/s，5mm/s，10mm/s，5mm/s步长至移动速度

 3、负载力：3kN，5kN，10kN，13.5kN，15kN至负载力

换向噪声测试：

1、轮胎转角以±0.1°/3Hz~5 Hz 的速度往复运动，25%负载转矩，设置车速为0km/h；

2、轮胎转角以±0.6°/1Hz~2 Hz 的速度往复运动，50%负载转矩，设置车速为0km/h；

Rattle噪声测试：

1、正弦扫频频率5-25Hz，负载力：单边±3kN，±4kN，，±5kN，±5.25kN。

图4 后轮转向振动噪音测试图

设备案例