一種汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量裝置，該測量系統包括：一機械裝置、一控制裝置和一分析裝置；本測量裝置能快速、精確的對汽車空調步進電機力矩輸出特性參數進行檢測，可用于研究單位的技術測量和生產流水線的質量測量，并基于該系統拓展、開發其它的性能參數測量功能。
【專利說明】一種汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬機電一體化傳感器電子測量【技術領域】，涉及一種汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量裝置。
【背景技術】
[0002]汽車空調步進電機產品由塑料殼體、步進馬達、塑料齒輪組及輸出軸組成；通過汽車空調ECU給汽車步進電機內的步進馬達加電旋轉帶動減速齒輪組和輸出軸旋轉一定角度的開環控制角度輸出的器件，常用于汽車空調風門位置的開度大小的執行驅動；步進電機的力矩輸出特性的大小與汽車空調箱體傳動機構扭矩的正確匹配，關系到汽車空調系統可靠性。汽車步進電機輸出力矩特性主要包括:牽入力矩、牽出力矩、堵轉力矩、矩頻曲線。
[0003]汽車空調步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移的器件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進馬達中的轉子按設定的方向轉動一個固定的角度，轉子帶動塑料齒輪組及輸出軸就轉動一個角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度(步距角)一步一步運行的。通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的，即:運轉角度=步距角X步進數。
[0004]帶有汽車空調步進電機的車載電動空調和車載自動空調裝置已成為滿足駕乘舒適性的標準配置。當步進電機力矩輸出特性小于空調箱體傳動機構扭矩時，就會造成步進電機運轉失步，即電機運轉時運轉的步數，不等于理論上的步數。稱之為失步。空調箱體的風門就會關閉不到位出現漏風或達不到預定風門開度，從而影響空調系統舒適性；
[0005]以往的汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量裝置是將被測步進電機固定在模擬特性力矩要求大小負載機上，根據其特性力矩參數定義去測試是否滿足要求或手動繪制特征力矩曲線，如要測量具體的參數值，需手動多次重復測試，效率低，且因事后對模擬的負載還需用標準扭力計去核實具體的扭矩值，非實時狀態環境的扭矩值，造成測量精度低，不能實現生產批量測量。
實用新型內容
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型采用的一個技術方案是:提供一種汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量裝置，其包括一用于獲取測量汽車空調中步進力矩輸出特性的傳感器信號的機械裝置、一用于處理所述傳感器信號以獲得傳感器處理信號并接收分析裝置發出的被測步進電機驅動信號和負載機控制信號的控制裝置以及一用于向控制裝置發出被測步進電機驅動信號和負載機控制信號并分析顯示所述傳感器處理信號的分析裝置；
[0007]所述機械裝置與所述控制裝置電連接；所述控制裝置與所述分析裝置電連接。
[0008]所述的汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量裝置，其特征在于，所述機械裝置包括固定支架、扭矩傳感器、負載機和角度傳感器、聯軸器；所述扭矩傳感器、負載機和角度傳感器、聯軸器均同軸固定于固定支架上；所述扭矩傳感器通過所述聯軸器與固定在固定支架上的被測件步進電機相連；所述扭矩傳感器通過所述聯軸器與所述負載機相連，所述負載機通過所述聯軸器與所述角度傳感器相連；所述機械裝置用于接收所述控制裝置的負載機控制信號和向所述控制裝置發出扭矩傳感器信號和角度傳感器信號。
[0009]所述的汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量裝置，其特征在于，所述控制裝置包括步進電機驅動器、扭矩傳感器信號處理電路、角度傳感器信號處理電路和負載機控制器。
[0010]所述步進電機驅動器與被測步進電機電連接，所述步進電機驅動器用于將所述步進電機驅動信號通過所述分析裝置發送到被測步進電機；所述扭矩傳感器信號處理電路分別與所述扭矩傳感器和所述分析裝置電連接，所述扭矩傳感器信號處理電路用于將所述扭矩傳感器信號轉變成扭矩傳感器處理信號并發送到所述分析裝置；所述角度傳感器信號處理電路分別于所述角度傳感器和所述分析裝置電連接，所述角度傳感器信號處理電路用于將所述角度傳感器信號轉變為角度傳感器處理信號并發送到所述分析裝置；所述負載機控制器分別與所述負載機和所述分析裝置電連接，所述負載機控制器用于將所述負載機控制信號通過所述分析裝置發送到所述負載機。
[0011]所述的汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量裝置，其特征在于所述分析裝置包括標準通信接口、數據采集卡、測量裝置、顯示裝置；所述數據采集卡分別與所述標準通信接口和測量裝置電連接，所述數據采集卡用于通過所述標準通信接口分別向所述步進電機驅動器和所述負載機控制器發送所述步進電機驅動信號和所述負載機控制信號；所述數據采集卡還用于通過所述標準通信接口分別將所述扭矩傳感器處理信號和所述角度傳感器處理信號發送到所述測量裝置；所述測量裝置分別與所述數據采集卡和所述顯示裝置電連接，所述測量裝置用于控制所述步進電機驅動信號和所述負載機控制信號；所述測量裝置還用于將所述數據采集卡采集到的所述扭矩傳感器處理信號和角度傳感器處理信號處理成實際測量的扭矩值和角度值；所述顯示裝置用于顯示所述實際測量的扭矩值和角度值。
[0012]本實用新型解決了以往需手動多次重復測試，效率低，且因事后對模擬的負載還需用標準扭力計去核實具體的扭矩值，非實時狀態環境的扭矩值，造成測量精度低，不能實現生產批量測量的問題；提供了一種快速、精確的的汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量裝置，可用于研宄單位的技術測量和生產流水線的質量測量，并基于該系統拓展、開發其它的性能參數測量功能。
【專利附圖】
【附圖說明】
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[0013]圖1是汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量裝置組成圖
[0014]圖2是圖1中的機械裝置部分結構圖
[0015]圖3是汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量方法總體流程圖
[0016]圖4是圖3中用于牽入力矩測量的流程圖
[0017]圖5是圖3中用于牽出力矩測量的流程圖
[0018]圖6是圖3中用于堵轉力矩測量的流程圖
【具體實施方式】
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[0019]如圖1所示，一種汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量裝置，包括機械裝置1、控制裝置2和分析裝置3 ;其總的檢測方法在于按被測步進電機4特征力矩參數的定義，通過LABVIEW編程軟件環境及基于該環境的汽車步進電機測量軟件，控制被測步進電機4在負載機模擬的其特征力矩參數環境下工作，分析裝置3內的數據采集卡34采集動態扭矩傳感器11和角度傳感器13的監測數據，通過程序統計分析完成其參數的測量，并將測量結果顯示在顯示裝置32上。
[0020]如圖2所示，所述機械裝置I包括固定支架15、扭矩傳感器11、負載機12和角度傳感器13、聯軸器14 ;所述扭矩傳感器11、負載機12和角度傳感器13、聯軸器14均同軸固定于固定支架15上且同心度小于Φ0.05mm ;所述扭矩傳感器11的測量端通過聯軸器14與固定在固定支架15上的被測件步進電機4相連；扭矩傳感器11的另一端通過聯軸器14與負載機12的相連，負載機12的另一端通過聯軸器14與角度傳感器13相連。
[0021]選取的扭矩傳感器11，工作電壓:DC±12V，測量的扭矩以電壓信號輸出V:1V?5V，對應的扭矩為:-200 N.cm(正轉)?+200N.cm(反轉)，它們之間的關系為線性關系，F(N.cm) = (3-V) X 100;其測量方法，動態的扭矩傳感器11輸出的電壓信號與控制裝置2的動態扭矩傳感器11信號處理電路2輸入端相連，輸出與PC1-1711數據采集卡34電壓模擬量輸入端口(Al?O)相連，實際測量過程中采集的電壓值，通過測量裝置33將上述公式將電壓值轉換為扭矩值，從而實現動態扭矩的測量。
[0022]選取的角度傳感器13，電壓輸出型，工作電壓:DC 5V,電壓輸出信號:0.5?4.5V,對應O?340°，它的輸出信號與PC1-1711數據采集卡34電壓模擬量輸入端口(Al?I)相連，實測過程中將采集電壓值，通過測量裝置33按公式:a = (V-0.5) Χ90°將電壓值轉換為角度值，從而實現實時角度測量。
[0023]選取負載機12，另外選用磁粉離合器與之配套的負載控制器24組成；控制器的電壓輸入信號V:0?5V ;磁粉離合器的輸出扭矩F:0?200Ν.cm。其控制電壓V與傳達之轉矩F關系:F(N.cm) =VX40。加載過程實現:PCI_1711數據采集卡34輸出O?5V模擬電壓(端口:AO?O)給控制盒內的負載控制器24電壓端口，負載控制器24的輸出端口與磁粉離合器輸入端口連接，從而實現負載機12輸出扭矩，實現預置扭矩的加載。
[0024]如圖3所視，所述汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量裝置通過以下總體步驟實現測量其步進電機力矩的輸出特性參數(牽入力矩、牽出力矩、堵轉力矩、矩頻曲線):
[0025]S1、控制被測步進電機4在所述負載機12模擬的其特征力矩參數定義環境下工作:通過所述測量裝置33控制被測步進電機4在所述負載機12模擬的其特征力矩參數定義環境下工作，再通過所述數據采集卡34與所述標準通信接口 31發送到所述步進電機驅動器21，控制被測步進電機運轉。
[0026]S2、采集扭矩傳感器11和角度傳感器13獲得的對被測步進電機4的監測數據:通過所述數據采集卡34采集所述扭矩傳感器信號處理電路22和角度傳感器信號處理電路23的所述扭矩傳感器處理信號和所述角度傳感器處理信號。
[0027]S3、統計分析監測數據，以完成對被測步進電機4牽入力矩、牽出力矩、堵轉力矩、矩頻曲線的測量:通過所述測量裝置33將所述數據采集卡34采集的所述扭矩傳感器處理信號和所述角度傳感器處理信號統計轉換成被測步進電機4的扭矩值和角度值，從而獲取被測步進電機的牽入力矩、牽出力矩、堵轉力矩、矩頻曲線數據。
[0028]當所述汽車空調步進電機力矩輸出特性測量裝置用于控制被測件步進電機4的運轉姿態，則包括如下步驟:
[0029]將所述數據采集34卡的脈沖頻率信號、數值信號輸入給所述步進電機驅動器21。
[0030]進一步的，將被測步進電機4與所述步進電機驅動器21輸出連接，從而控制被測件步進電機4的運轉姿態。
[0031]通過測量裝置33和PC1-1711數據采集卡34的端口:PACER_OUT輸出脈沖頻率信號、脈沖數，端口:DO?0/1輸出數值信號，分別給控制裝置2的步進電機驅動器21的步進脈沖輸入(端口:CP)和方向電平輸入(端口:DIR)、脫機電平輸入(端口:FREE)端口，驅動器輸出與被測件步進電機4相連，從而實現控制被測件進電機4按程序設置的條件運轉。
[0032]當所述汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量系統用于控制負載機12輸出扭矩大小，則包括如下步驟:
[0033]將數據采集卡34的模擬電壓輸入給控制盒內的負載控制器24電壓端口。
[0034]進一步的，將所述負載機控制器24與負載機12連接，從而控制所述負載機12輸出扭矩大小。
[0035]當所述汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量裝置用于采集扭矩傳感器11的對被測步進電機4的扭矩數據時，則包括如下步驟:
[0036]連接動態的扭矩傳感器11輸出端與控制裝置2的動態扭矩傳感器信號處理電路單元22。
[0037]進一步的，連接控制裝置2的輸出與PC1-1711數據采集卡34的電壓模擬量輸入端口。
[0038]進一步的，采集所述扭矩傳感器11中的實際測量過程中的電壓值。
[0039]進一步的，通過所述測量裝置33將電壓值轉換為扭矩值，從而實現動態測量扭矩。
[0040]當所述汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量系統用于采集角度傳感器13的對被測電機4的角度數據時，則包括如下步驟:
[0041]連接角度傳感器13與控制裝置2的角度傳感器信號處理電路23。
[0042]進一步的，連接控制裝置2的輸出與PC1-1711數據采集卡34的電壓模擬量輸入端口。
[0043]進一步的采集所述角度傳感器13中的實際測量過程中的電壓值。
[0044]進一步的，通過所述測量裝置33將電壓值轉換為角度值，從而實現動態測量角度。
[0045]當所述汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量裝置用于測量被測電機的牽入力矩值時，則包括如下步驟:
[0046]給所述負載機12施加一個預制負載扭矩值。
[0047]進一步的，配置所述被測步進電機4牽入力矩測量參數，啟動被測步進電機4運轉，所述角度傳感器13監控被測步進電機4的實際運轉角度。
[0048]進一步的，對比所述角度傳感器13監控的被測步進電機4的實際運轉角度與理論運轉角度:
[0049]如圖4所示，給負載機12施加一個預置(標稱牽入力矩值)負載扭矩值后，按被測步進電機4牽入力矩測量參數:一定的驅動電壓、步進頻率、步進數，啟動電機運轉，同時，角度傳感器13監控實際運轉的角度，并與理論運轉角度比對:
[0050](I)如果被測步進電機4實際運轉與理論運轉角度值相差小于5%，則程序在預置負載扭矩值的基礎上遞增一扭矩后，按上述方法再次啟動被測步進電機4運轉直至實際運轉角度值與理論運轉角度相差大于5%時，前一次動態的所述扭矩傳感器11測量的扭矩值即為所述被測步進電機的實測牽入力矩值。
[0051](2)如所述被測步進電機4實際運轉與理論運轉角度值相差大于5%，則程序在預置負載扭矩值的基礎上遞減一扭矩后，按上述方法再次啟動被測步進電機4運轉直至實際運轉角度值與理論運轉角度相差小于5%時，此時由動態的扭矩傳感器11測量的值，即為該被測步進電機4的實測牽入力矩值。
[0052]當所述汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量裝置用于測量被測步進電機的牽出力矩值時，則包括如下步驟:
[0053]啟動被測步進電機4運轉，使程序進入一個執行循環。
[0054]進一步的，給負載機12施加一個預制負載，同時給被測步進電機4施加一定的步進數，所述角度傳感器13監控被測步進電機的實際運轉角度。
[0055]進一步的，比對角度傳感器13的實際運行的角度與理論運轉角度:
[0056]如圖5所示，空載啟動被測步進電機4運轉后，程序進入一個執行循環，給負載機12施加一個預置(標稱牽出力矩值)負載扭矩值的同時給步進電機施加一定的步進數，并檢測角度傳感器13的實際運行的角度，與理論運轉角度比對:
[0057](I)如被測步進電機4實際運轉與理論運轉角度值相差小于5%，則程序在初始負載扭矩值的基礎上遞增一扭矩后，程序繼續執行直至實際運轉角度值與理論運轉角度相差大于5%時，前一次動態的所述扭矩傳感器11測量的扭矩值即為所述被測步進電機4的實測牽出力矩值。
[0058](2)如所述被測步進電機4實際運轉與理論運轉角度值相差大于5%，則程序在預置負載扭矩值的基礎上遞減一扭矩后，程序繼續執行直至實際運轉角度值與理論運轉角度相差小于5%時，此時由動態的扭矩傳感器11測量的值，即為所述被測步進電機4的實測牽出力矩值。
[0059]當所述汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量裝置用于測量堵轉力矩時，則包括如下步驟:
[0060]配置被測步進電機4堵轉力矩測量參數，并啟動被測步進電機4運轉。
[0061]進一步的，給負載機12施加一個最大負載扭矩值。
[0062]進一步的，檢測角度傳感器13角度值變化量，并分析計算:當所述值為O時，此時，動態的扭矩傳感器11測量的扭矩值，即為該被測步進電機4的實測堵轉力矩值。
[0063]如圖6所示，被測步進電機4堵轉力矩的測量流程，按被測步進電機4堵轉力矩測量參數(一定的驅動電壓、步進頻率)啟動被測電機4運轉后，通過程序給負載機12施加一個最大負載扭矩值，當檢測角度傳感器13角度值變化量為O時，此時，動態的扭矩傳感器11測量的扭矩值，即為該被測步進電機4的實測堵轉力矩值。
[0064]當所述汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量裝置用于測量矩頻曲線時，則包括如下步驟:
[0065]根據被測步進電機4的步進頻率工作范圍，按一定的步頻遞增掃頻，循環執行本步驟至該被測步進電機4的步進頻率工作范圍的上限。
[0066]進一步的，測量相應步進頻率下的牽出力矩。
[0067]進一步的，繪制并生成步進頻率與牽出力矩之間的變化關系曲線圖表，即為步進電機4的矩頻曲線。
[0068]被測步進電機4矩頻曲線的測量流程，按上述牽出力矩的方法，被測步進電機4的步進頻率從10Hz?400Hz掃頻，步頻1Hz遞增，循環執行，測量相應步進頻率下的牽出力矩，通過LABVIEW步進電機測量軟件程序的編寫，繪制并生成步進頻率與牽出力矩之間的變化關系曲線圖表，即為被測步進電機4的矩頻曲線。
[0069]本實用新型解決了以往需手動多次重復測試，效率低，且因事后對模擬的負載還需用標準扭力計去核實具體的扭矩值，非實時狀態環境的扭矩值，造成測量精度低，不能實現生產批量測量的問題；提供了一種快速、精確的的汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量裝置，可用于研宄單位的技術測量和生產流水線的質量測量，并基于該系統拓展、開發其它的性能參數測量功能。
[0070]以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關的【技術領域】，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。
【權利要求】
1.一種汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量裝置，其包括一用于獲取測量汽車空調中步進力矩輸出特性的傳感器信號的機械裝置、一用于處理所述傳感器信號以獲得傳感器處理信號并接收分析裝置發出的被測步進電機驅動信號和負載機控制信號的控制裝置以及一用于向控制裝置發出被測步進電機驅動信號和負載機控制信號并分析顯示所述傳感器處理信號的分析裝置； 所述機械裝置與所述控制裝置電連接；所述控制裝置與所述分析裝置電連接。
2.如權利要求1所述的汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量裝置，其特征在于，所述機械裝置包括固定支架、扭矩傳感器、負載機和角度傳感器、聯軸器；所述扭矩傳感器、負載機和角度傳感器、聯軸器均同軸固定于固定支架上；所述扭矩傳感器通過所述聯軸器與固定在固定支架上的被測件步進電機相連；所述扭矩傳感器通過所述聯軸器與所述負載機相連，所述負載機通過所述聯軸器與所述角度傳感器相連；所述機械裝置用于接收所述控制裝置的負載機控制信號和向所述控制裝置發出扭矩傳感器信號和角度傳感器信號。
3.如權利要求2所述的汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量裝置，其特征在于，所述控制裝置包括步進電機驅動器、扭矩傳感器信號處理電路、角度傳感器信號處理電路和負載機控制器； 所述步進電機驅動器與被測步進電機電連接，所述步進電機驅動器用于將所述步進電機驅動信號通過所述分析裝置發送到被測步進電機；所述扭矩傳感器信號處理電路分別與所述扭矩傳感器和所述分析裝置電連接，所述扭矩傳感器信號處理電路用于將所述扭矩傳感器信號轉變成扭矩傳感器處理信號并發送到所述分析裝置；所述角度傳感器信號處理電路分別于所述角度傳感器和所述分析裝置電連接，所述角度傳感器信號處理電路用于將所述角度傳感器信號轉變為角度傳感器處理信號并發送到所述分析裝置；所述負載機控制器分別與所述負載機和所述分析裝置電連接，所述負載機控制器用于將所述負載機控制信號通過所述分析裝置發送到所述負載機。
4.如權利要求2所述的汽車空調步進電機力矩輸出特性的測量裝置，其特征在于所述分析裝置包括標準通信接口、數據采集卡、測量裝置、顯示裝置；所述數據采集卡分別與所述標準通信接口和測量裝置電連接，所述數據采集卡用于通過所述標準通信接口分別向所述步進電機驅動器和所述負載機控制器發送所述步進電機驅動信號和所述負載機控制信號；所述數據采集卡還用于通過所述標準通信接口分別將所述扭矩傳感器處理信號和所述角度傳感器處理信號發送到所述測量裝置；所述測量裝置分別與所述數據采集卡和所述顯示裝置電連接，所述測量裝置用于控制所述步進電機驅動信號和所述負載機控制信號；所述測量裝置還用于將所述數據采集卡采集到的所述扭矩傳感器處理信號和角度傳感器處理信號處理成實際測量的扭矩值和角度值；所述顯示裝置用于顯示所述實際測量的扭矩值和角度值。
【文檔編號】G01L3/00GK204228307SQ201420485696
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年8月27日 優先權日:2014年8月27日
【發明者】楊俊華, 李鄂勝, 張勇, 黃國富 申請人:湖北開特汽車電子電器系統股份有限公司