一种转向模拟机构、整车在环测试台架及其测试方法与流程

1.本发明涉及智能汽车技术领域，具体涉及一种转向模拟机构、整车在环测试台架及其测试方法。


背景技术：

2.无人驾驶智能汽车一般搭载多种传感器以及各种复杂的自动驾驶算法，电子和通讯技术的成熟推动着传统汽车向无人驾驶智能汽车转变，随之而来的是车辆检测技术的更新提升。为了全面检验其安全性和稳定性以及保证测试的经济性，目前广泛通过整车在环测试台架进行试验。
3.在整车在环测试台架试验中，车辆停放在台架上，在与车辆每个车轮对应的位置均通过电机台架安装有轴耦合电机，轴耦合电机与对应位置的车轮进行连接，车轮与车辆转向系统横拉杆的末端进行连接，在进行车辆的转向负载模拟时，目前的设备大多通过在台架的底部安装转向轮，再用一组电机带动其在坚硬地面上整体移动的方式来模拟车辆转向，但是这种方式会导致转向机构的自身惯量较大，无法模拟汽车高频转向工况；在试验时利用底部转向轮沿一定运动轨迹在地面上滚动实现转向模拟，测试结果会受到地面条件影响，容易被干扰；同时这种转向机构由于需要带动台架整体运动，惯量过大，导致仅能进行转向力矩逆向加载，无法进行转向力正向加载试验，功能单一。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：如何提供一种能使得测试结果不受到地面条件的影响，同时可实现车辆高频转向的台架测试以及转向力矩正向的加载试验的转向模拟机构、整车在环测试台架及其测试方法。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种转向模拟机构，包括转向导向轴和球头连接臂，所述球头连接臂沿竖向方向设置，且所述球头连接臂的上端用于与车辆转向系统横拉杆的末端连接，所述球头连接臂的下端与所述转向导向轴转动连接，所述转向导向轴沿轴向方向设置，且所述转向导向轴远离其连接所述球头连接臂的一端设有转向驱动组件，所述转向驱动组件能够沿轴向方向移动，以带动所述转向导向轴沿轴向方向移动。
6.本发明的工作原理是：本发明的转向模拟机构在进行转向模拟试验时，将该转向模拟机构分别安装在与车辆两个前轮对应位置的电机台架上，然后断开车辆车轮与车辆转向系统横拉杆的连接，并将两个车辆前轮处的球头连接臂与车辆转向系统横拉杆的末端进行连接，在进行转向模拟试验时，启动转向驱动组件，转向驱动组件带动转向导向轴沿轴向方向移动，转向导向轴沿轴向方向移动的同时通过球头连接臂带动车辆转向系统横拉杆移动，以实现对车辆转向的模拟，因此，本方案在进行转向模拟时，由转向模拟机构直接带动车辆的转向系统运动，转向模拟过程中，台架、车轮和轴耦合电机均处于静止状态。
7.综上，本发明的转向模拟机构在进行车辆的转向模拟时，由于取消了台架底部的
转向轮，使得测试结果不会受到地面条件的影响；同时由于转向模拟机构没有与车轮和轴耦合电机进行连接，故整个转向系统的质量小，运动时的惯性力小，可实现车辆高频转向的台架测试以及转向力矩正向的加载试验，弥补现有整车在环测试的缺点，在模拟车辆转向时车身也不会出现较大的晃动。
8.优选的，所述转向驱动组件包括转向驱动电机和转向驱动部件，所述转向驱动部件分别与所述转向驱动电机和所述转向导向轴连接，以将所述转向驱动电机的旋转运动转换为轴向直线运动后传递给所述转向导向轴。
9.这样，在进行转向模拟试验时，转向驱动电机转动带动转向驱动部件运动，转向驱动部件再将转向驱动电机的旋转运动转换为直线运动后传递给转向导向轴，以通过转向导向轴带动球头连接臂运动，进而通过球头连接臂带动车辆转向系统的横拉杆运动，实现车辆的模拟转向。
10.优选的，所述转向驱动部件包括转向驱动齿轮和转向驱动齿条，所述转向驱动齿轮与所述转向驱动电机的转轴连接，以使得所述转向驱动电机能够带动所述转向驱动齿轮转动，所述转向驱动齿条与所述转向驱动齿轮啮合，以将所述转向驱动齿轮的旋转运动转换为轴向直线运动，所述转向驱动齿条还与所述转向导向轴连接，以带动所述转向导向轴沿轴向方向移动。
11.这样，在进行转向模拟试验时，转向驱动电机转动带动转向驱动齿轮转动，转向驱动齿轮转动再进一步带动转向驱动齿条进行轴向方向的直线运动，转向驱动齿条直线运动的同时则可以进一步带动转向导向轴沿轴向方向移动。
12.优选的，所述转向驱动组件还包括减速器，所述减速器的输入轴与所述转向驱动电机的转轴连接，所述减速器的输出轴与所述转向驱动齿轮连接，以将所述转向驱动电机的旋转运动进行减速后输出给所述转向驱动齿轮。
13.这样，通过设置减速器，可以减速器对转向驱动电机的旋转运动进行减速输出。
14.优选的，所述转向模拟机构还包括滑块和导向器，所述滑块与所述转向驱动齿条轴向滑动连接，以对所述转向驱动齿条的轴向运动进行导向，所述导向器与所述转向导向轴轴向滑动连接，以对所述转向导向轴的轴向运动进行导向。
15.这样，通过设置滑块和导向器，当转向驱动齿条在转向驱动齿轮的作用下移动时，通过滑块对转向驱动齿条的导向，可以保证转向驱动齿条始终沿轴向水平方向运动，同理，当转向导向轴在转向驱动齿条的带动下移动时，通过导向器对转向导向轴的导向，可以保证转向导向轴始终沿轴向水平方向运动，由此通过设置滑块和导向器，以分别实现对转向驱动齿条和转向导向轴的导向作用，使得转向驱动齿条和转向导向轴始终沿轴向水平方向移动。
16.优选的，在所述转向驱动齿条与所述转向导向轴的连接处还设有拉压力传感器，以对转向模拟时车辆转向系统受到的力进行测量。
17.这样，通过设置拉压力传感器，可以实时对转向模拟时车辆转向系统受到的力进行测量。
18.优选的，在所述转向导向轴内还设有位移传感器，以对转向模拟时车辆转向系统的转角进行测量。
19.优选的，在所述转向导向轴靠近所述球头连接臂的一端还设有限位凸起。
20.这样，通过设置限位凸起，利用限位凸起可以模拟车辆转向时的最大转向角。
21.一种整车在环测试台架，包括安装平台，在所述安装平台上设有四个电机台架，所述电机台架上安装有轴耦合电机，在与车辆前轮对应的两个所述电机台架处分别上述的转向模拟机构，所述转向驱动组件位于所述电机台架背离车辆前轮的一侧，且所述转向导向轴穿过所述电机台架，所述球头连接臂用于与车辆转向系统横拉杆的末端连接。
22.一种整车在环测试台架的测试方法，采用上述的整车在环测试台架，包括以下步骤：步骤1）断开车辆车轮与车辆转向系统横拉杆的连接；步骤2）将两个车辆前轮处的球头连接臂与车辆转向系统横拉杆的末端进行连接；步骤3）启动转向驱动组件，所述转向驱动组件带动所述转向导向轴沿轴向方向移动，所述转向导向轴沿轴向方向移动的同时通过所述球头连接臂带动车辆转向系统横拉杆移动，以实现对车辆转向的模拟。
23.与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、本发明的转向模拟机构，通过车辆动力学模型计算车辆实时行驶工况下车轮所受到的地面反馈给转向系统的力，然后通过控制转向驱动电机的转矩来实时模拟该力，并结合拉压力传感器和位移传感器的信号，对转向系统进行闭环反馈控制以减小误差，为车辆台架测试还原较为真实的地面反馈转向力。
24.2、本发明中球头连接臂下端与转向导向轴连接，其连接的水平距离和旋转角度可根据测试车辆轮距的不同进行调节，使得本发明具有普遍的适用性。
25.3、本发明的转向驱动齿条和转向导向轴与车辆转向系统的横拉杆之间通过球头连接臂连接，以将转向驱动齿条和转向导向轴的左右运动转换成车辆的左右转向；由于本发明的转向模拟机构没有与车轮和轴耦合电机连接，转向系统质量小，运动时的惯性力小，可实现车辆转向频率较高台架测试，弥补现有整车在环转向模拟的缺点。
26.4、本发明中的轴耦合电机及电机台架和安装平台固定连接，且转向模拟机构的质量较小，为此在模拟车辆转向时车身不会出现较大的晃动，减少了对轴耦合电机的冲击。
27.5、本发明提供的整车在环测试台架，与现有台架不同，取消了台架底部的转向轮。在车辆转向系统横拉杆末端的球头处断开与车轮的连接，并采用本方案的转向模拟机构与车辆转向系统横拉杆末端的球头连接，并通过拉动车辆转向系统横拉杆的左右运动，以此实现车辆转向模拟；另外，本发明通过控制转向驱动电机可以实时模拟车辆转向时地面反馈给转向系统的力，为测试提供更真实的转向力模拟。
附图说明
28.图1为本发明整车在环测试台架的总体立体结构示意图；图2为本发明整车在环测试台架的正面剖切示意图；图3为本发明整车在环测试台架中转向模拟机构和电机台架处的立体结构示意图；图4为本发明整车在环测试台架中转向模拟机构和电机台架处正面剖切示意图；图5为本发明整车在环测试台架中转向模拟机构和电机台架处的底部示意图；图6为本发明整车在环测试台架中转向模拟机构与车辆转向系统连接时的正向示
意图；图7为本发明整车在环测试台架中转向模拟机构与车辆转向系统连接时的底部示意图。
29.附图标记说明：转向驱动电机1、减速器2、转向驱动齿轮3、转向驱动齿条4、滑块5、拉压力传感器6、转向导向轴7、导向器8、限位凸起9、球头连接臂10、车辆转向系统横拉杆11、电机台架12、位移传感器13、安装平台14、轴耦合电机15。
具体实施方式
30.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
31.如附图1到附图7所示，一种整车在环测试台架，包括安装平台14，在安装平台14上设有四个电机台架12，电机台架12上安装有轴耦合电机15，在与车辆前轮对应的两个电机台架12处分别上述的转向模拟机构，转向驱动组件位于电机台架12背离车辆前轮的一侧，且转向导向轴7穿过电机台架12，球头连接臂10用于与车辆转向系统横拉杆11的末端连接。
32.本发明中的转向模拟机构，包括转向导向轴7和球头连接臂10，球头连接臂10沿竖向方向设置，且球头连接臂10的上端用于与车辆转向系统横拉杆11的末端连接，球头连接臂10的下端与转向导向轴7转动连接，转向导向轴7沿轴向方向设置，且转向导向轴7远离其连接球头连接臂10的一端设有转向驱动组件，转向驱动组件能够沿轴向方向移动，以带动转向导向轴7沿轴向方向移动。
33.这样，转向模拟机构在进行转向模拟试验时，将该转向模拟机构分别安装在与车辆两个前轮对应位置的电机台架12上，然后断开车辆车轮与车辆转向系统横拉杆11的连接，并将两个车辆前轮处的球头连接臂10与车辆转向系统横拉杆11的末端进行连接，在进行转向模拟试验时，启动转向驱动组件，转向驱动组件带动转向导向轴7沿轴向方向移动，转向导向轴7沿轴向方向移动的同时通过球头连接臂10带动车辆转向系统横拉杆11移动，以实现对车辆转向的模拟，因此，本方案在进行转向模拟时，由转向模拟机构直接带动车辆的转向系统运动，转向模拟过程中，台架、车轮和轴耦合电机15均处于静止状态。
34.综上，本发明的转向模拟机构在进行车辆的转向模拟时，由于取消了台架底部的转向轮，使得测试结果不会受到地面条件的影响；同时由于转向模拟机构没有与车轮和轴耦合电机15进行连接，故整个转向系统的质量小，运动时的惯性力小，可实现车辆高频转向的台架测试以及转向力矩正向的加载试验，弥补现有整车在环测试的缺点，在模拟车辆转向时车身也不会出现较大的晃动。
35.在本实施例中，转向驱动组件包括转向驱动电机1和转向驱动部件，转向驱动部件分别与转向驱动电机1和转向导向轴7连接，以将转向驱动电机1的旋转运动转换为轴向直线运动后传递给转向导向轴7。
36.这样，在进行转向模拟试验时，转向驱动电机1转动带动转向驱动部件运动，转向驱动部件再将转向驱动电机1的旋转运动转换为直线运动后传递给转向导向轴7，以通过转向导向轴7带动球头连接臂10运动，进而通过球头连接臂10带动车辆转向系统的横拉杆运动，实现车辆的模拟转向。
37.在本实施例中，转向驱动部件包括转向驱动齿轮3和转向驱动齿条4，转向驱动齿轮3与转向驱动电机1的转轴连接，以使得转向驱动电机1能够带动转向驱动齿轮3转动，转
向驱动齿条4与转向驱动齿轮3啮合，以将转向驱动齿轮3的旋转运动转换为轴向直线运动，转向驱动齿条4还与转向导向轴7连接，以带动转向导向轴7沿轴向方向移动。
38.这样，在进行转向模拟试验时，转向驱动电机1转动带动转向驱动齿轮3转动，转向驱动齿轮3转动再进一步带动转向驱动齿条4进行轴向方向的直线运动，转向驱动齿条4直线运动的同时则可以进一步带动转向导向轴7沿轴向方向移动。
39.在本实施例中，转向驱动组件还包括减速器2，减速器2的输入轴与转向驱动电机1的转轴连接，减速器2的输出轴与转向驱动齿轮3连接，以将转向驱动电机1的旋转运动进行减速后输出给转向驱动齿轮3。
40.这样，通过设置减速器2，可以减速器2对转向驱动电机1的旋转运动进行减速输出。
41.在本实施例中，转向模拟机构还包括滑块5和导向器8，滑块5与转向驱动齿条4轴向滑动连接，以对转向驱动齿条4的轴向运动进行导向，导向器8与转向导向轴7轴向滑动连接，以对转向导向轴7的轴向运动进行导向。
42.这样，通过设置滑块5和导向器8，当转向驱动齿条4在转向驱动齿轮3的作用下移动时，通过滑块5对转向驱动齿条4的导向，可以保证转向驱动齿条4始终沿轴向水平方向运动，同理，当转向导向轴7在转向驱动齿条4的带动下移动时，通过导向器8对转向导向轴7的导向，可以保证转向导向轴7始终沿轴向水平方向运动，由此通过设置滑块5和导向器8，以分别实现对转向驱动齿条4和转向导向轴7的导向作用，使得转向驱动齿条4和转向导向轴7始终沿轴向水平方向移动。
43.在本实施例中，在转向驱动齿条4与转向导向轴7的连接处还设有拉压力传感器6，以对转向模拟时车辆转向系统受到的力进行测量。
44.这样，通过设置拉压力传感器6，可以实时对转向模拟时车辆转向系统受到的力进行测量。
45.在本实施例中，在转向导向轴7内还设有位移传感器13，以对转向模拟时车辆转向系统的转角进行测量。
46.在本实施例中，在转向导向轴7靠近球头连接臂10的一端还设有限位凸起9。
47.这样，通过设置限位凸起9，利用限位凸起9可以模拟车辆转向时的最大转向角。
48.一种整车在环测试台架的测试方法，采用上述的整车在环测试台架，包括以下步骤：步骤1）断开车辆车轮与车辆转向系统横拉杆11的连接；步骤2）将两个车辆前轮处的球头连接臂10与车辆转向系统横拉杆11的末端进行连接；步骤3）启动转向驱动组件，转向驱动组件带动转向导向轴7沿轴向方向移动，转向导向轴7沿轴向方向移动的同时通过球头连接臂10带动车辆转向系统横拉杆11移动，以实现对车辆转向的模拟。
49.与现有技术相比，本发明的转向模拟机构，通过车辆动力学模型计算车辆实时行驶工况下车轮所受到的地面反馈给转向系统的力，然后通过控制转向驱动电机1的转矩来实时模拟该力，并结合拉压力传感器6和位移传感器13的信号，对转向系统进行闭环反馈控制以减小误差，为车辆台架测试还原较为真实的地面反馈转向力；本发明中球头连接臂10
下端与转向导向轴7连接，其连接的水平距离和旋转角度可根据测试车辆轮距的不同进行调节，使得本发明具有普遍的适用性；本发明的转向驱动齿条4和转向导向轴7与车辆转向系统的横拉杆之间通过球头连接臂10连接，以将转向驱动齿条4和转向导向轴7的左右运动转换成车辆的左右转向；由于本发明的转向模拟机构没有与车轮和轴耦合电机15连接，转向系统质量小，运动时的惯性力小，可实现车辆转向频率较高台架测试，弥补现有整车在环转向模拟的缺点；本发明中的轴耦合电机15及电机台架12和安装平台14固定连接，且转向模拟机构的质量较小，为此在模拟车辆转向时车身不会出现较大的晃动，减少了对轴耦合电机15的冲击；本发明提供的整车在环测试台架，与现有台架不同，取消了台架底部的转向轮。在车辆转向系统横拉杆11末端的球头处断开与车轮的连接，并采用本方案的转向模拟机构与车辆转向系统横拉杆11末端的球头连接，并通过拉动车辆转向系统横拉杆11的左右运动，以此实现车辆转向模拟；另外，本发明通过控制转向驱动电机1可以实时模拟车辆转向时地面反馈给转向系统的力，为测试提供更真实的转向力模拟。
50.最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。