负载装置和测试系统的制作方法

本实用新型涉及电动助力转向技术领域，具体地说，涉及一种用于在电动助力转向装置的测试过程中提供负载力的负载装置和包括该负载装置的测试系统。

背景技术：

电动助力转向(electricpowersteering，简称eps)装置是一种通过电机提供辅助扭矩的动力转向系统，已被越来越多的车辆使用。

电动助力转向系统在装配至车辆前，需要进行测试。在测试过程中，需要模拟车辆行驶时转向轮施加给电动助力转向系统的负载阻力。目前，一般通过液压装置、弹簧装置或配重装置模拟负载阻力。

其中，液压装置结构复杂，且价格较高；弹簧装置装配复杂，且没有调整空间；配重装置只能提供固定配重。这三种装置无法满足在电动助力转向系统的测试过程中，灵活地提供可变的负载阻力以适应不同的测试场景，并简化装配、降低成本的需求，这会对电动助力转向系统的测试带来不利影响。

需要说明的是，在上述背景技术部分申请的信息仅用于加强对本实用新型的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种负载装置和测试系统，以克服现有的装置无法满足在电动助力转向系统的测试过程中，灵活地提供可变的负载阻力以适应不同的测试场景，并简化装配、降低成本的需求的弊端。

根据本实用新型的一个方面，提供一种负载装置，所述负载装置包括：一固定基座；一扭臂，所述扭臂具有沿其延伸方向开设的一通孔；一扭杆，沿轴向延伸并垂直于所述扭臂，所述扭杆的一第一端和一第二端分别固定连接所述固定基座和所述扭臂，所述扭杆和所述扭臂的连接点与所述通孔中的一点之间形成驱动所述扭杆绕所述轴向扭转的力臂；以及至少一限位臂，自所述固定基座沿垂直于所述扭杆的方向伸出并间隙环套所述扭杆。

在本实用新型的一个实施例中，所述负载装置还包括：一第一固定块，紧固环套所述扭杆的第一端，并固定连接所述固定基座；以及一第二固定块，紧固环套所述扭杆的第二端，并固定连接所述扭臂。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一固定块和所述第二固定块分别通过螺栓固定连接所述固定基座和所述扭臂。

在本实用新型的一个实施例中，所述固定基座包括：一第一直角固定座，具有一第一垂直固定板和一第一水平固定板；其中，所述第一垂直固定板平行于所述扭杆，所述限位臂设于所述第一垂直固定板上，所述第一水平固定板固定连接所述扭杆的第一端。

在本实用新型的一个实施例中，所述固定基座还包括：一第二直角固定座，与所述第一直角固定座相背设置，所述第一垂直固定板固定于所述第二直角固定座的一第二垂直固定板上。

在本实用新型的一个实施例中，所述限位臂靠近所述扭杆的第二端设置。

在本实用新型的一个实施例中，所述限位臂包括自所述固定基座伸出并半环套所述扭杆的第一部分和半环套所述扭杆并与所述第一部分固定连接的第二部分；其中，所述第一部分和所述第二部分通过螺栓固定连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述力臂的长度l1满足：100mm≤l1≤500mm；所述扭杆的长度l2满足：200mm≤l2≤800mm；所述扭杆的直径d满足：10mm≤d≤60mm；所述扭杆的切应力τ满足：τ≤46mpa。

在本实用新型的一个实施例中，所述力臂的长度l1、所述扭杆的长度l2、所述扭杆的直径d和所述扭杆的切应力τ满足：

其中，f是所述负载装置的负载力，g是所述扭杆的切变模量，e是所述扭杆的弹性模量，μ是所述扭杆的泊松比。

根据本实用新型的另一个方面，提供一种测试系统，所述测试系统包括：一测试机台；一如上述任意实施例所述的负载装置，所述负载装置通过所述固定基座固定于所述测试机台；一电动助力转向装置，所述电动助力转向装置通过一球头固定于所述扭臂的一通孔中，以通过所述扭臂驱动所述扭杆绕所述轴向扭转，所述扭杆产生的负载力通过所述扭臂输出至所述电动助力转向装置。

本实用新型与现有技术相比的有益效果至少包括：

本实用新型的负载装置结构简单，装配方便，降低成本；通过设于扭臂上的通孔实现驱动扭杆的力臂的灵活调整，以适应不同的测试场景；通过驱动扭杆的力臂的长度的变化和/或扭杆的扭转角度的变化调整负载装置输出的负载力；通过限位臂间隙环套扭杆，支撑扭杆并限位扭杆的扭转方向，确保扭杆绕轴向扭转。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本实用新型的一个实施例中一种负载装置的结构示意图；

图2示出本实用新型的一个实施例中一种负载装置的局部结构示意图；

图3示出本实用新型的一个实施例中力臂的长度l1、扭杆的长度l2和扭杆的直径d之间的doe等值线图；

图4示出本实用新型的一个实施例中力臂的长度l1、扭杆的长度l2和扭杆的切应力τ之间的doe等值线图；

图5示出本实用新型的一个实施例中一种测试系统的局部结构示意图；

图6示出本实用新型的一个实施例中一种齿条助力型电动助力转向装置的滚珠丝杠的局部结构示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

电动助力转向装置在装配至车辆前，需要进行测试。本实用新型提供的负载装置，用于在电动助力转向装置的测试过程中，模拟转向轮提供负载阻力，提高测试的准确性和可靠性。

图1示意出一个实施例中一种负载装置的结构，图2示意出图1中负载装置的局部结构。参照图1和图2所示，在本实用新型的一个实施例中，负载装置包括：

一固定基座1；

一扭臂2，扭臂2具有沿其延伸方向开设的一通孔21；

一扭杆3，沿轴向x延伸并垂直于扭臂2，扭杆3的一第一端31和一第二端32分别固定连接固定基座1和扭臂2，扭杆3和扭臂2的连接点o1与通孔21中的一点o2之间形成驱动扭杆3绕轴向x扭转的力臂；以及

至少一限位臂4，自固定基座1沿垂直于扭杆3的方向伸出并间隙环套扭杆3。

其中，通孔21沿扭臂2的延伸方向开设，形成为一长通孔。连接点o1是扭杆3的轴线33与相垂直的扭臂2的延伸线22的交汇点，通孔21中的一点o2可以是通孔21中任意一点，具体视电动助力转向装置装配至通孔21中的位置而定。由于通孔21是一个长通孔，因此通孔21中的一点o2与扭杆3和扭臂2的连接点o1之间形成的力臂的长度l1并不固定，可以随测试需要而变化，满足电动助力转向装置的测试灵活性需求。通过扭臂2带动扭杆3绕轴向x扭转，扭转方向参照图1中箭头r所示，使扭杆3产生扭矩，进而输出电动助力转向装置测试所需的负载力。

其中，限位臂4间隙环套扭杆3是指，一方面，限位臂4的通孔环套扭杆3，对扭杆3起到支撑作用；另一方面，限位臂4的通孔与扭杆3之间具有微量的间隙，从而允许扭杆3可扭转地限位于限位臂4的通孔中。限位臂4支撑扭杆3并限位扭杆3的扭转方向，使扭杆3绕轴向x扭转变形，避免发生弯曲变形。

在一个实施例中，可以如图1和图2所示靠近扭杆3的第二端32处设置一个限位臂4，因扭杆3的扭转变形主要发生于扭杆3的第二端32处，在此处设置限位臂4可以对扭杆3起到更好的支撑作用和限位作用。在另一些实施例中，限位臂4可以设置多个，或靠近扭杆3的第二端32设置，或沿轴向x均匀地设置，只要如本实用新型所揭示的，限位臂4间隙环套扭杆3，对扭杆3起到支撑和限位作用即可。

在一个实施例中，限位臂4由两部分组成，包括自固定基座1伸出并半环套扭杆3的第一部分41和半环套扭杆3并与第一部分41固定连接的第二部分42。其中，第一部分41和第二部分42通过螺栓固定连接。限位臂4由两部分组成的结构可以方便限位臂4的装配，先将第一部分41固定于固定基座1，装配完扭杆3后，将第二部分42与第一部分41固定连接，使第二部分42与第一部分41间隙环套扭杆3即可。限位臂4的第一部分41可以通过螺栓与固定基座1连接，也可以通过焊接或其他方式固定连接于固定基座1上。

进一步的，为加强对扭杆3的支撑，在一个实施例中，负载装置还包括：一第一固定块51，紧固环套扭杆3的第一端31，并固定连接固定基座1；以及一第二固定块52，紧固环套扭杆3的第二端32，并固定连接扭臂2。其中，紧固环套是指，第一固定块51和第二固定块52与扭杆3之间形成不可松动的固定连接，起到支撑扭杆3的端部和避免扭杆3发生弯曲变形的作用。当扭臂2驱动扭杆3扭转时，扭臂2、第二固定块52和扭杆3的杆体一起绕轴向x扭转，扭杆2的第一端31固定不动，从而扭杆3的杆体由于扭转变形产生扭矩，进而通过扭臂2输出负载力。

在一个实施例中，第一固定块51通过螺栓固定连接固定基座1，第二固定块52通过螺栓固定连接扭臂2。螺栓的个数视固定块的形状而定。以第二固定块52为例，若第二固定块52是图1和图2中所示的方形，可以通过分布于第二固定块52的四个角的四个螺栓实现第二固定块52与扭臂2的固定连接；若第二固定块52是圆形，可以通过均匀分布于第二固定块52的圆周一圈的多个螺栓实现第二固定块52与扭臂2的固定连接。

在一个实施例中，固定基座1包括：一第一直角固定座11，具有一第一垂直固定板111和一第一水平固定板112。其中，第一垂直固定板111平行于扭杆3，限位臂4设于第一垂直固定板111上，第一水平固定板112固定连接扭杆3的第一端31。当扭杆3的第一端31设置有第一固定块51时，则第一水平固定板112通过第一固定块51固定连接扭杆3的第一端31。第一垂直固定板111和第一水平固定板112形成稳固的直角固定结构，且方便装配。第一垂直固定板111和第一水平固定板112之间可以通过螺栓固定连接。如图2所示，第一水平固定板112和扭臂2形成两个平行的平面，扭杆3垂直地设置于该两个平行的平面之间。

进一步的，固定基座还包括：一第二直角固定座12，与第一直角固定座11相背设置，第二直角固定座12具有一第二垂直固定板121和一第二水平固定板122，第一垂直固定板111固定于第二垂直固定板121上。其中，第一直角固定座11和第二直角固定座12的两个垂直固定板固定连接，两个直角固定座相背设置，形成不容易产生偏移的稳定结构。第一直角固定座11和第二直角固定座12之间可以通过螺栓固定连接。例如，第一垂直固定板111沿其延伸方向开设有至少一条通孔1111，通过通孔1111将第一直角固定座11螺接于第二直角固定座12上。在一个实施例中，第二直角固定座12还具有一连接其第二垂直固定板121和第二水平固定板122的固定斜面123，以进一步加强第二直角固定座12的稳固性，确保负载装置的固定。本实用新型的负载装置中，所有部件之间的连接都可以采用螺栓，实现装配的便利和灵活。当然，也可以采用其他的固定方式实现部件之间的连接。

在一个实施例中，通过对扭臂2和扭杆3的参数的设定，使扭杆3能提供足够的扭矩，满足为电动助力转向装置提供负载力的需求。扭臂2的通孔21中的任意一点o2与扭杆3和扭臂2的连接点o1之间形成的力臂的长度l1满足：100mm≤l1≤500mm。扭杆3的长度l2满足：200mm≤l2≤800mm；其中，扭杆3的长度l2是指扭杆3能发生扭转变形的长度。扭杆3的直径d满足：10mm≤d≤60mm。扭杆3的切应力τ满足：τ≤46mpa；其中，扭杆3的切应力τ是一个疲劳应力，用于约束扭杆3所受的应力。

在设计负载装置的力臂的长度l1、扭杆3的长度l2、扭杆3的直径d和扭杆3的切应力τ时，需要考虑使设计出的负载装置能提供的负载力适应各种车型的各种助力类型的电动助力转向装置。力臂的长度l1、扭杆3的长度l2、扭杆3的直径d和扭杆3的切应力τ这些参数之间满足如下公式①～④的约束：

其中，π是一个常数，ip是与扭杆3的直径d相关的截面极惯性矩。f是由于扭杆3扭转，负载装置产生的负载力，可通过测量工具测得。扭杆3的扭矩t＝f*l1，扭矩t是一个力矩，单位nm，负载力是一个载荷力，单位n，负载力f与力臂l1(单位m)的叉乘即为扭矩t。g是扭杆3的切变模量，e是扭杆3的弹性模量，μ是扭杆3的泊松比，当扭杆3选定一种材料，例如钢材，则切变模量g、弹性模量e和泊松比μ均可以确定。通过上述四个公式①～④的约束，设计扭臂2和扭杆3的参数，实现扭杆3扭转，使负载装置产生足够的负载力。

图3示出一个实施例中负载装置的力臂的长度l1、扭杆3的长度l2和扭杆3的直径d之间的doe等值线图。其中，doe(试验设计，designofexperiment，简称doe)是研究和处理多因子与响应变量关系的一种方法。从图3中可见，随着力臂的长度l1和扭杆3的长度l2增大，扭杆3的直径d增大。图4示出一个实施例中负载装置的力臂的长度l1、扭杆3的长度l2和扭杆3的切应力τ之间的doe等值线图。从图4中可见，随着力臂的长度l1和扭杆3的长度l2增大，扭杆3的切应力τ增大。

本实用新型上述各个实施例所提供的负载装置，结构简单，装配方便，降低成本；通过设于扭臂2上的长通孔21实现驱动扭杆3的力臂的灵活调整，以适应不同的测试场景；通过驱动扭杆3的力臂的长度l1的变化和/或扭杆3的扭转角度的变化调整负载装置输出的负载力；通过限位臂4间隙环套扭杆3，支撑扭杆3并限位扭杆3的扭转方向，确保扭杆3绕轴向x扭转；通过第一固定块51和第二固定块52，支撑扭杆3；并通过第一直角固定座11和第二直角固定座12，给负载装置提供稳固的结构。

图5示出一个实施例中一种测试系统的局部结构。结合图1、图2和图5所示，利用上述的负载装置进行电动助力转向装置的测试时，测试系统包括：

一测试机台(图中并未示意出)；

一负载装置a，负载装置a通过固定基座1固定于测试机台；负载装置a可以通过第二直角固定座12的第二水平固定板122固定于测试机台。

一电动助力转向装置6，电动助力转向装置6的球头61固定于负载装置a的扭臂2的通孔21中，电动助力转向装置6能通过扭臂2驱动扭杆3绕轴向x扭转，扭杆3扭转产生的负载力通过扭臂2输出至电动助力转向装置6。

其中，电动助力转向装置可以是现有的任意一种助力类型的电动助力转向装置，包括管柱助力型电动助力转向(columnassistelectricpowersteering，简称c-eps)装置；小齿轮助力型电动助力转向(pinionassistelectricpowersteering，简称p-eps)装置、齿条助力型电动助力转向(rackassistelectricpowersteering，简称r-eps)装置、等等。这些电动助力转向装置都具有一中间轴用于与车辆的方向盘连接，一活动连接中间轴的转向杆用于通过球头与车辆的转向轮连接。在车辆转向时，电动助力转向装置可以提供辅助的转向扭矩。在电动助力转向装置的测试过程中，负载装置a可以模拟转向轮，负载装置提供的负载力相当于车辆行驶时转向轮的负载阻力。在测试中，当给方向盘施加一定的转角，如果电动助力转向装置6能够克服负载装置a的负载力，产生预期的位移，则将电动助力转向装置装配于车辆时，该电动助力转向装置能够克服转向轮的阻力，在车辆转向时提供辅助扭矩。

以图5所示电动助力转向装置6为r-eps为例，该电动助力转向装置6包括转向机62、转向拉杆63、球头61和其他并未详细示意出的结构。球头61外表面具有螺纹，球头61伸入扭臂2的通孔21中，并通过螺母固定于通孔21的一位置。该位置与扭杆3和扭臂2的连接点o1之间形成本次测试时驱动扭杆3扭转的力臂。视测试需求不同，力臂的长度可以相应变化。针对不同助力类型的电动助力转向装置，通过其球头固定在扭臂2的通孔21中的不同位置，改变力臂的长度，以适应测试需求的变化。

在齿条助力型电动助力转向装置中，图5中虚线框b区域的滚珠丝杠的局部结构参照图6所示。齿条64连接转向拉杆63，滚珠螺母65连接转向机62，滚珠螺母65与齿条64之间分布有滚珠66，实现滚珠螺母65与齿条64的相对运动。在一个测试实例中，使方向盘顺时针或逆时针转动20°，齿条64能够克服负载装置a产生的500n的负载力，产生了3.063mm的位移。其中，θ＝m*l2/(g*ip)，θ是方向盘的转角、m是负载装置a的扭杆3的扭矩，l2是扭杆3的长度，g是扭杆3的切变模量，ip是扭杆3的截面极惯性矩。δl＝θ*l1，δl是齿条64的位移，l1是力臂的长度。m＝f*l1，f是负载装置a提供的负载力。

如上所述，在设计负载装置的力臂的长度l1、扭杆3的长度l2、扭杆3的直径d和扭杆3的切应力τ时，需要考虑使设计出的负载装置能提供的负载力适应各种车型的各种助力类型的电动助力转向装置。例如，以一款cfactor为55的电动助力转向装置为例，其中cfactor是齿条助力型电动助力转向装置中，方向盘转动一周360°，齿条直线运动的距离，单位为毫米mm。按照上述测试实例所测试的，该齿条助力型电动助力转向装置中，方向盘转动20°，齿条64克服负载装置a产生的500n的负载力，产生了3.063mm的位移。则当该齿条助力型电动助力转向装置装配至车辆，用于转向助力时，当车辆的方向盘转动一周360°，齿条64能克服转向轮产生的负载阻力，产生55.134mm的位移，符合cfactor为55的需求。上述测试实例所测试的齿条助力型电动助力转向装置，能够满足cfactor为6～157的涵盖各种车型的各种助力类型的电动助力转向装置的情况。对于一些可变速比的电动助力转向装置，如cfactor为52～64，也可以灵活地满足其转向助力需求。

在设计负载装置的力臂的长度l1、扭杆3的长度l2、扭杆3的直径d和扭杆3的切应力τ时，也需要考虑用户习惯、疲劳因素等。总之，使力臂的长度l1、扭杆3的长度l2、扭杆3的直径d和扭杆3的切应力τ满足上述实施例所限定的数值范围和公式①～④的条件约束，即可实现负载装置适应各种测试需求，提供所需的负载力。

综上，本实用新型提供的负载装置和测试系统，能够克服现有的装置无法满足在电动助力转向系统的测试过程中，灵活地提供可变的负载阻力以适应不同的测试场景，并简化装配、降低成本的需求的弊端，具有高通用性、高灵活性、结构简单、装配方便、成本低廉等优点。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。