一种汽车转向力矩波动计算方法与流程

1.本发明涉及汽车分析领域，尤其涉及一种汽车转向力矩波动计算方法。


背景技术：

2.随着汽车行业分析发展，正向设计越来越多，汽车cae(工程设计中的计算机辅助工程)及相关设计计算的运用也越来越广泛。现有汽车转向力矩波动的计算方法是在作图软件中作图列出转向传动系统的硬点，再代入到相关公式中手动计算，反复计算，直到满足要求为止，因此比较繁琐。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种汽车转向力矩波动计算方法，用以解决传统的汽车转向力矩波动计算方法存在需要反复计算，比较繁琐的技术问题。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种汽车转向力矩波动计算方法，所述汽车转向力矩波动计算方法包括以下步骤：
5.s1、预设转向上轴、转向下轴及转向器输入轴的各硬点的位置坐标，根据位置坐标计算转向上轴、转向下轴和转向器输入轴的长度；
6.s2、利用三角函数求出转向上轴和转向下轴的角度、转向下轴和转向器输入轴的角度；
7.s3、利用排列计算出转向上、下轴确定的面与转向下轴、转向器输入轴确定的面的夹角；
8.s4、根据转向相位角与两个面的夹角相等，再根据瞬时功率相等，计算出力矩波动范围；计算出的力矩波动范围若在要求范围内，则满足设计要求；
9.s5、若力矩波动范围不在要求范围内，则可通过旋转转向器输入轴角度，改变转向上、下轴长度进行优化。
10.在一个实施例中，所述步骤s1中，预设计方向盘上表面与转向上轴交点为a，转向上轴与转向下轴交点为b，转向下轴与转向器输入轴交点为c，转向器输入轴上一点为d。
11.在一个实施例中，所述步骤s1中，空间任意点e(x1,y1,z1)和点f(x2,y2,z2)之间的距离之间距离ef＝[(x2-x1)2 (y2-y1)2 (z2-z1)2]
0.5
，可利用上述公式计算出转向上轴、转向下轴和转向器输入轴的长度。
[0012]
在一个实施例中，设转向上轴和转向下轴的夹角为θ1(锐角)，转向下轴和转向器输入轴夹角为θ2(锐角)；根据三角函数，可以求出：
[0013]
θ1＝180
°‑
cos-1
[(ab 2
bc2–
ac 2
)/(2ab*bc)]
[0014]
θ2＝180
°‑
cos-1
[(bc 2
cd2–
bd 2
)/(2bc*cd)]
[0015]
利用上述公式求出θ1、θ2。
[0016]
本发明实施例中上述的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0017]
本发明实施例提供的汽车转向力矩波动计算方法，首先预设转向上轴、转向下轴
及转向器输入轴的各硬点的位置坐标，根据位置坐标计算转向上轴、转向下轴和转向器输入轴的长度；利用三角函数求出转向上轴和转向下轴的角度、转向下轴和转向器输入轴的角度；利用排列计算出转向上、下轴确定的面与转向下轴、转向器输入轴确定的面的夹角；转向相位角与两个面的夹角相等。再根据瞬时功率相等，计算出力矩波动范围。计算出的范围若在要求范围内，满足设计要求；若不在要求范围，可通过旋转转向器输入轴角度，改变转向上、下轴长度等措施进行优化。本发明采用了数学解析的方法，将以上编入到excel表中，只要将坐标输入到表中，即可求出力矩波动的数值。进而解决传统的计算方法需要重复技术，步骤繁琐的技术问题。
附图说明
[0018]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
[0019]
图1为本发明实施例提供的a、b、c、d的为位置关系；
[0020]
图2为本发明实施例提供的abcd四个点的(x,y,z)的坐标值；
[0021]
图3为本发明实施例计算出的abcd四个点之间的长度值；
[0022]
图4为本发明实施例计算出的各个角度值；
[0023]
图5为本发明实施例计算出的不同输出角度下扭力变化的结果。
[0024]
其中，a、方向盘上表面与转向上轴交点；b、转向上轴与转向下轴交点；c、转向下轴与转向器输入轴交点；d、转向器输入轴上一点。
具体实施方式
[0025]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面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。
[0026]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0027]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0028]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情
况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0029]
请参阅图1，本技术实施例提供了一种汽车转向力矩波动计算方法，包括以下步骤：
[0030]
s1、预设转向上轴、转向下轴及转向器输入轴的各硬点的位置坐标，根据位置坐标计算转向上轴、转向下轴和转向器输入轴的长度；
[0031]
s2、利用三角函数求出转向上轴和转向下轴的角度、转向下轴和转向器输入轴的角度；
[0032]
s3、利用排列计算出转向上、下轴确定的面与转向下轴、转向器输入轴确定的面的夹角；
[0033]
s4、根据转向相位角与两个面的夹角相等，再根据瞬时功率相等，计算出力矩波动范围；计算出的力矩波动范围若在要求范围内，则满足设计要求；
[0034]
s5、若力矩波动范围不在要求范围内，则可通过旋转转向器输入轴角度，改变转向上、下轴长度进行优化。
[0035]
本实施例提供的汽车转向力矩波动计算方法，首先预设转向上轴、转向下轴及转向器输入轴的各硬点的位置坐标，根据位置坐标计算转向上轴、转向下轴和转向器输入轴的长度；利用三角函数求出转向上轴和转向下轴的角度、转向下轴和转向器输入轴的角度；利用排列计算出转向上、下轴确定的面与转向下轴、转向器输入轴确定的面的夹角；转向相位角与两个面的夹角相等。再根据瞬时功率相等，计算出力矩波动范围。计算出的范围若在要求范围内，满足设计要求；若不在要求范围，可通过旋转转向器输入轴角度，改变转向上、下轴长度等措施进行优化。本发明采用了数学解析的方法，将以上编入到excel表中，只要将坐标输入到表中，即可求出力矩波动的数值。进而解决传统的计算方法需要重复技术，步骤繁琐的技术问题。
[0036]
具体步骤如下：
[0037]
1)预设计方向盘上表面与转向上轴交点a、转向上轴与转向下轴交点b、转向下轴与转向器输入轴交点c、转向器输入轴上一点d；
[0038]
2)空间上的任意点e(x1,y1,z1)和点f(x2,y2,z2)之间的距离((x1,y1,z1)为任意点e的坐标值，(x2,y2,z2)为任意点f的坐标值)：
[0039]
ef＝ [(x2
‑ꢀ
x1)2 (y2
‑ꢀ
y1)2 (z2
‑ꢀ
z1)2]
0.5
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0040]
根据公式(1)，可以求出向量ab、bc、ac、cd、bd的长度。
[0041]
3)设转向上轴和转向下轴的夹角为θ1(锐角)，转向下轴和转向器输入轴夹角为θ2(锐角)；根据三角函数，可以求出:
[0042]
θ1 ＝ 180
°ꢀ‑ꢀ
cos-1
[(ab 2 bc 2
ꢀ–
ac 2
)/(2ab *bc)]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0043]
θ2 ＝ 180
°ꢀ‑ꢀ
cos-1
[(bc 2 cd 2
ꢀ–
bd 2
)/(2 bc* cd)]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0044]
利用公式(2)和公式(3)，可以求出θ1、θ2。
[0045]
4)设转向上轴和转向下轴确定平面1，转向下轴和转向器输入轴确定平面2，平面1和平面2形成的夹角为α
[0046]
a1x b1y c1z d1＝0转向上轴和转向下轴形成的面。
[0047]
a2x b2y c2z d2＝0转向下轴和转向器输入轴形成的面。
[0048]
各面方程式加各坐标值，求解三元一次方程式，得到a1,a2,b1,b2,c1,c2值.
[0049]
a1x1 b1y1 c1z1＝1a2x2 b2y2 c2z2＝1
[0050]
a1x2 b1y2 c1z2＝1a2x2 b2y2 c2z2＝1
[0051]
a1x3 b1y3 c1z3＝1a2x3 b2y3 c2z3＝1
[0052]
各面的排列式两侧乘于逆排列，如下方式求解。
[0053][0054][0055][0056]
同理
[0057][0058]
逆排列的方法按照下面的方法进行参考
[0059]
例如
[0060][0061]
a的逆排列是d＝aei bfg dhc-ceg-bdi-fha
[0062]
按照上式方法求出a1,a2,b1,b2,c1,c2；
[0063]
根据下式，求出夹角α
[0064]
α＝cos-1
[(a1*a2 b1*b2 c1*c2)/(a12 b12 c12)
0.5
/(a22 b22 c22)
0.5
]
[0065]
设转向下轴两节叉的相位角ψ
[0066]
2个万向节变换成相当于1个时，等效轴叉角(实际轴叉角)βe
[0067]
βe2＝{[θ
12-θ
22
cos2(ψ-α)]2 θ
24
sin2(2ψ-2α)}
0.5
[0068]
当α＝ψ时，βe最小时力矩变化率最小。
[0069]
设t2为输出扭矩，t1为输入扭矩,θ为输入轴转角
[0070]
t2/t1＝1
–
sin2βe*cos2θ/cosβe
[0071]
(t2-t1)/t1＝
–
sin2βe*cos2θ/cosβe
[0072]
则(t1-t2)/t1为变化率，则为sin2βe*cos2θ/cosβe
[0073]
按照上述步骤，将所有过程采用公式等编入到excel表格中，只需要输入a、b、c、d四个点的坐标就可以求出变化率。
[0074]
示例1：
[0075]
例：某皮卡在布置dp-eps国产化时，输入轴由于结构的原因需要加长17mm；计算后发现力矩波动比进口车差，于是将cd绕齿条轴线顺时针转动3度(从汽车左侧向右侧看)，考虑到与周边间隙，将cd点向由移动1.5mm。
[0076]
其中，具体的abcd是个点的(x,y,z)的坐标值如图2所示；将图2中的各个点的坐标代入到公式(1)中，求出各个点之间的距离(ab、bc、cd、ac、bd)，具体结果如图3所示。而后根据公式(2)、(3)求出θ1、θ2。并按照后续排列运算方法求得α、ψ、βe的值如图4所示。最后将进口车、优化前、优化后的各个输出角度下的扭力变化(torque variation)情况进行对比，如图5所示。
[0077]
从图5中可以看出，优化后的变化率为4.057％，比进口车7.539％还要小。
[0078]
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。