一种用于动力学模型辨识的转向系统刚度测量装置以及测试方法与流程

1.本发明涉及转向系统刚度测试技术领域，具体涉及一种用于动力学模型辨识的转向系统刚度测量装置以及测试方法。


背景技术：

2.转向系统动力学建模过程中需要测量转向系统各零部件的刚度。试验结果的精度对动力学建模中侧向力前束、回正力局前束、不足转向度、转向灵敏度、横摆相应时间等参数的精度的影响很大。
3.但现有的测量方法无法保证转向系统动力学建模的输入正确性。
4.现有技术，专利文献cn208663566u公开了“一种用于转向系统刚度测试的夹持装置”，解决了有关于汽车转向系统测试中，汽车轮辋的固定方法需要拆卸掉车辆轮辋，利用夹具将转向节刚性的固定在地面上。由于需要专门的夹具进行，导致试验效率低下，且夹具设计复杂、通用性差。专利文献cn201016866公开了“一种汽车转向系统刚度实验台”，能够有效解决在汽车转向系统的装配过程中，对转向系统刚度困难，检测结果不准确，检测效率低下的技术问题，同时，所提供的实验台还具有通用性好，可以用于多种车辆转向系统刚度的测量。装置简易，便于安装、调整，容易操作，使用寿命长等特点。
5.综上所述，现有的测量方法无法保证转向系统动力学建模的输入正确性。


技术实现要素：

6.本发明解决了现有的测量方法无法保证转向系统动力学建模的输入正确性的问题。
7.本发明所述的一种用于动力学模型辨识的转向系统刚度测量装置，所述装置包括转向柱刚度测量装置1、中间轴刚度测量装置2、转向器本体刚度测量装置3和转向拉杆刚度测量装置4；
8.所述转向器本体刚度测量装置3一端连接转向拉杆刚度测量装置4；
9.所述转向器本体刚度测量装置3中间位置连接中间轴刚度测量装置2的一端，中间轴刚度测量装置2的另一端连接转向柱刚度测量装置1。
10.本发明所述的一种用于动力学模型辨识的转向系统刚度测量方法，所述装置是采用上述方法所述的一种用于动力学模型辨识的转向系统刚度测量装置实现的，包括以下步骤：
11.步骤s1,标定两台扭转电机的扭矩与转角；
12.步骤s2，将两台扭转电机对向安装，一台扭转电机位移保持，另一台扭转电机加载至试验要求的扭矩t，测量并记录一台扭转电机在试验过程中的转角θ1和力矩t1，另一台扭转电机在试验过程中的转角θ2和力矩t2；
13.步骤s3，分别判断一台扭转电机力矩t1与另一台扭转电机力矩t2、一台扭转电机力
矩t1与另一台扭转电机加载至试验要求的扭矩t以及另一台扭转电机力矩t2与另一台扭转电机加载至试验要求的扭矩t的差值是否均小于0.001nm，若是，则进行步骤s4，若否，重复步骤s1～s2；
14.步骤s4，计算出单台扭转电机刚度；
15.步骤s5，在两台扭转电机中间安装转向柱刚度测量装置1，重复步骤s2，得到一台扭转电机在过程中的转角θ1’
和力矩t1’
，另一台扭转电机在过程中的转角θ2’
和力矩t2’
；
16.步骤s6，计算出转向柱刚度测量装置1的刚度；
17.步骤s7，将转向器本体安装在转向器本体刚度测量装置3上，在齿条末端安装转向器本体刚度测量装置3；
18.步骤s8，缓慢转动转向器本体刚度测量装置3，使转向器本体从中间位置移动到一侧极限位置，然后反向转动到另一侧极限位置，最后回到中间位置，得到转向器本体输入轴一侧转角θ3、输入轴另一侧转角θ4、输入轴一侧齿条位移s1和输入轴另一侧齿条位移s2后，计算出传动比；
19.步骤s9，转动转向柱刚度测量装置1至力矩t，得到力矩t、转角θ5和拉杆位移s3；
20.步骤s10，计算出整体刚度；
21.步骤s11，计算出转向系统刚度：
22.步骤s12，判断步骤s10和步骤s11计算出的转向柱刚度测量装置1、中间轴刚度测量装置2、转向器本体刚度测量装置3和转向拉杆刚度测量装置4的刚度是否满足条件，若满足条件，则结果符合要求，若不满足条件，则进行步骤s1～s11。
23.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤s1中，所述的标定两台扭转电机的扭矩与转角为：
24.调整两台扭转电机扭矩的参数精度至少达到0.001nm，调整两台扭转电机转角的参数精度至少达到0.001
°
。
25.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤s4中，所述的单台扭转电机刚度的计算公式为：
26.式中，θ1为一台扭转电机在试验过程中的转角，θ2为另一台扭转电机在试验过程中的转角，t为另一台扭转电机加载至试验要求的扭矩。
27.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤s6中，所述的转向柱刚度测量装置1的刚度的计算公式为：
28.式中，θ1’
为一台扭转电机在过程中的转角，θ2’
为一台扭转电机在过程中的转角，t为另一台扭转电机加载至试验要求的扭矩，k1为单台扭转电机刚度。
29.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤s8中，所述的传动比的计算公式为：
30.i＝(θ3 θ4)/(s1 s2)，式中，θ3为转向器本体输入轴一侧转角，θ4为转向器本体输入轴另一侧转角，s1为转向器本体输入轴一侧齿条位移，s2为转向器本体输入轴另一侧齿条位
移。
31.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤s10中，所述的整体刚度的计算公式为：
32.式中，s1为转向器本体输入轴一侧齿条位移，s2为转向器本体输入轴另一侧齿条位移，θ3为转向器本体输入轴一侧转角，θ4为转向器本体输入轴另一侧转角，t为另一台扭转电机加载至试验要求的扭矩。
33.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤s11中，所述的转向系统刚度的计算公式为：
34.式中，k1为单台扭转电机刚度，k2为转向柱刚度测量装置1刚度，k3为整体刚度。
35.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤s12中，所述的判断步骤s10和步骤s11计算出的转向柱刚度测量装置1、中间轴刚度测量装置2、转向器本体刚度测量装置3和转向拉杆刚度测量装置4刚度是否满足条件为：
36.本发明解决了现有的测量方法无法保证转向系统动力学建模的输入正确性的问题。具体有益效果包括：
37.本发明所述的一种用于动力学模型辨识的转向系统刚度测量装置，通过对试验器件高精度控制的选取，提升了试验精度，且保证转向系统动力学建模的输入正确性。
附图说明
38.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
39.图1是具体实施方式所述的转向系统刚度测量装置图，1为转向柱刚度测量装置，2为中间轴刚度测量装置，3为转向器本体刚度测量装置，4为转向拉杆刚度测量装置。
具体实施方式
40.下面结合附图将对本发明的多种实施方式进行清楚、完整地描述。通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
41.本实施方式所述的一种用于动力学模型辨识的转向系统刚度测量装置，所述装置包括转向柱刚度测量装置1、中间轴刚度测量装置2、转向器本体刚度测量装置3和转向拉杆刚度测量装置4；
42.所述转向器本体刚度测量装置3一端连接转向拉杆刚度测量装置4；
43.所述转向器本体刚度测量装置3中间位置连接中间轴刚度测量装置2的一端，中间轴刚度测量装置2的另一端连接转向柱刚度测量装置1。
44.本实施方式所述的一种用于动力学模型辨识的转向系统刚度测量方法，所述装置是采用上述实施方式所述的一种用于动力学模型辨识的转向系统刚度测量装置实现的，包括以下步骤：
45.步骤s1,标定两台扭转电机的扭矩与转角；
46.步骤s2，将两台扭转电机对向安装，一台扭转电机位移保持，另一台扭转电机加载至试验要求的扭矩t，测量并记录一台扭转电机在试验过程中的转角θ1和力矩t1，另一台扭转电机在试验过程中的转角θ2和力矩t2；
47.步骤s3，分别判断一台扭转电机力矩t1与另一台扭转电机力矩t2、一台扭转电机力矩t1与另一台扭转电机加载至试验要求的扭矩t以及另一台扭转电机力矩t2与另一台扭转电机加载至试验要求的扭矩t的差值是否均小于0.001nm，若是，则进行步骤s4，若否，重复步骤s1～s2；
48.步骤s4，计算出单台扭转电机刚度；
49.步骤s5，在两台扭转电机中间安装转向柱刚度测量装置1，重复步骤s2，得到一台扭转电机在过程中的转角θ1’
和力矩t1’
，另一台扭转电机在过程中的转角θ2’
和力矩t2’
；
50.步骤s6，计算出转向柱刚度测量装置1的刚度；
51.步骤s7，将转向器本体安装在转向器本体刚度测量装置3上，在齿条末端安装转向器本体刚度测量装置3；
52.步骤s8，缓慢转动转向器本体刚度测量装置3，使转向器本体从中间位置移动到一侧极限位置，然后反向转动到另一侧极限位置，最后回到中间位置，得到转向器本体输入轴一侧转角θ3、输入轴另一侧转角θ4、输入轴一侧齿条位移s1和输入轴另一侧齿条位移s2后，计算出传动比；
53.步骤s9，转动转向柱刚度测量装置1至力矩t，得到力矩t、转角θ5和拉杆位移s3；
54.步骤s10，计算出整体刚度；
55.步骤s11，计算出转向系统刚度：
56.步骤s12，判断步骤s10和步骤s11计算出的转向柱刚度测量装置1、中间轴刚度测量装置2、转向器本体刚度测量装置3和转向拉杆刚度测量装置4的刚度是否满足条件，若满足条件，则结果符合要求，若不满足条件，则进行步骤s1～s11。
57.本实施方式中，所述的步骤s1中，所述的标定两台扭转电机的扭矩与转角为：
58.调整两台扭转电机扭矩的参数精度至少达到0.001nm，调整两台扭转电机转角的参数精度至少达到0.001
°
。
59.本实施方式中，所述的步骤s4中，所述的单台扭转电机刚度的计算公式为：
60.式中，θ1为一台扭转电机在试验过程中的转角，θ2为另一台扭转电机在试验过程中的转角，t为另一台扭转电机加载至试验要求的扭矩。
61.本实施方式中，所述的步骤s6中，所述的转向柱刚度测量装置1的刚度的计算公式为：
62.式中，θ1’
为一台扭转电机在过程中的转角，θ2’
为一台
扭转电机在过程中的转角，t为另一台扭转电机加载至试验要求的扭矩，k1为单台扭转电机刚度。
63.本实施方式中，所述的步骤s8中，所述的传动比的计算公式为：
64.i＝(θ3 θ4)/(s1 s2)，式中，θ3为转向器本体输入轴一侧转角，θ4为转向器本体输入轴另一侧转角，s1为转向器本体输入轴一侧齿条位移，s2为转向器本体输入轴另一侧齿条位移。
65.本实施方式中，所述的步骤s10中，所述的整体刚度的计算公式为：
66.式中，s1为转向器本体输入轴一侧齿条位移，s2为转向器本体输入轴另一侧齿条位移，θ3为转向器本体输入轴一侧转角，θ4为转向器本体输入轴另一侧转角，t为另一台扭转电机加载至试验要求的扭矩。
67.本实施方式中，所述的步骤s11中，所述的转向系统刚度的计算公式为：
68.式中，k1为单台扭转电机刚度，k2为转向柱刚度测量装置1刚度，k3为整体刚度。
69.本实施方式中，所述的步骤s12中，所述的判断步骤s10和步骤s11计算出的转向柱刚度测量装置1、中间轴刚度测量装置2、转向器本体刚度测量装置3和转向拉杆刚度测量装置4刚度是否满足条件为：
[0070][0072]
本实施方式基于本发明所述的一种用于动力学模型辨识的转向系统刚度测试方法，结合图1可以更好的理解本实施方式，提供一种实际的实施方式：
[0073]
1、标定两台扭转电机的扭矩与转角，调整参数直至精度达到0.001
°
、0.001nm或以上；
[0074]
2、将两台扭转电机对向安装，一台位移保持，另一台加载至试验要求的扭矩t，测量并记录一台扭转电机在过程中的转角θ1和力矩t1，另一台扭转电机在过程中的转角θ2和力矩t2；
[0075]
3、t1与t2、t1与t、t2与t的差值均不应大于0.001nm，否则重复步骤1、2；
[0076]
4、计算单台扭转作动器刚度：
[0077]
5、在两台扭转电机中间安装转向柱刚度测量装置1,重复步骤2，得到一台扭转电机在过程中的转角θ1’
和力矩t1’
，另一台扭转电机在过程中的转角θ2’
和力矩t2’
；
[0078]
6、计算转向柱刚度测量装置1刚度：
[0079]
7、将转向器本体(不带内外拉杆)安装在转向器本体刚度测量装置3上，在齿条末端安装转向器本体刚度测量装置3；
[0080]
8、缓慢转动转向器本体刚度测量装置3，使转向器从中间位置移动到一侧极限位置，然后反向转动到另一侧极限位置，最后回到中间位置，得到输入轴左右极限转角θ3、θ4、齿条位移s1、s2；
[0081]
9、计算传动比i＝(θ3 θ4)/(s1 s2)；
[0082]
10、转动转向柱刚度测量装置1至要求的力矩t，得到力矩t、转角θ5、拉杆位移s3；
[0083]
11、计算整体刚度：
[0084]
12、计算转向系统刚度：
[0085]
13、将上述结果进行核算，转向柱刚度测量装置1、中间轴刚度测量装置2、转向器本体刚度测量装置3和转向拉杆刚度测量装置4的刚度是够满足下述要求：
[0086]
14、如满足，则结果符合要求，如不满足，查找原因重复上述所有步骤。
[0087]
以上对本发明所提出的一种用于动力学模型辨识的转向系统刚度测量装置以及测试方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。