CN116183253A - 一种方向盘的转向测试方法及转向测试*** - Google Patents

一种方向盘的转向测试方法及转向测试*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种方向盘的转向测试方法及转向测试***。该转向测试方法根据路面地图和车辆轨迹曲线生成车轮轨迹的水平曲线和高度曲线，再通过转向模拟部模拟车辆的水平曲线，通过路面模拟部模拟车辆的高度曲线，最后获得不同路面的悬架压力、转向扭矩、助力扭矩的映射关系，为分析方向盘转向性能提供有利条件。为了准确响应路面地图高度的变化，本发明的转向测试***根据高度曲线的斜率调整伸缩件的长度，进而改变传动带的第二倾角，本发明可以根据高度曲线的斜率调整传动带的第二倾角，在提供车轮速度的同时产生不同的悬架压力。

Description

一种方向盘的转向测试方法及转向测试***
技术领域
本发明涉及方向盘扭矩模拟及测试技术，尤其涉及一种方向盘的转向测试方法及转向测试***。
背景技术
在汽车电子控制***中，方向盘转向结构属于非线性***，其转向性能受到车辆自身和路面环境等因素的影响。针对方向盘的转向测试***需要在保证一机多用的前提下，可以针对不同速度、行驶路面进行测试。现有的方向盘转向测试台参照CN201510606601.1，这种电动转向***测试台架由力矩方向盘、机械转向器总成、信号转换模块、电源模块构成。机械转向器总成的横拉杆端部连接受力传感器和用于提供载荷的加载装置。由于加载装置为固定构件，只能模拟某一固定的行驶状态。CN201811102133.4公开了具有真实路面特征的车轮悬架试验台，这种试验台通过抬高路面高度，模拟不同路况，完成运行过程中的颠簸测试。但是真实的路面并非垂直高低起伏，而是呈波浪起伏。这种试验台也不能完全满足需要。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种方向盘的转向测试方法及转向测试***，可以模拟不同起伏的路面状况，获得不同路面条件下的转向扭矩和助力扭矩的试验数据。
本申请的发明目的可通过以下技术方案实现：
一种方向盘的转向测试方法，包括以下步骤：
步骤S1、录入待试验的路面地图和车辆轨迹曲线，将路面地图的任意坐标点(x,y,z)投影至z=0的参考平面，该参考平面中车辆轨迹曲线为y=f(x)；
步骤S2、根据车辆轨迹曲线生成车轮轨迹的水平曲线，水平曲线为
Figure SMS_1
，L为汽车悬架宽度；
步骤S3、从路面地图提取所述车轮轨迹的高度曲线
Figure SMS_2
，该高度曲线的斜率为/>
Figure SMS_3
；
步骤S4、将方向盘总成放置在路面模拟部上，方向盘总成的车轮与路面模拟部的传动带接触，保持传动带处于水平状态；
步骤S5、传动带带动车轮以速度v转动，在时刻t车轮的模拟轨迹长度为vt，
Figure SMS_4
，x1为高度曲线起点的横坐标，x2为t时刻车轮的横坐标；
步骤S6、转向模拟部根据车辆轨迹曲线调整方向盘的第一倾角，第一倾角的斜率k1= f'(x)，路面模拟部调整伸缩件的长度使得传动带产生第二倾角，第二倾角的斜率为k2；
步骤S7、预测t时刻方向盘总成的悬架压力F1，记录路面模拟部的转向扭矩M1、电动助力器的助力扭矩M2；
步骤S8、基于时刻t建立悬架压力F1、转向扭矩M1、助力扭矩M2的映射关系，确定所述方向盘总成在该路面地图的转向性能。
在本发明中，步骤S6中，根据第二倾角的斜率k2调整伸缩件的实时长度R3，R3= P+R1，P为伸缩件的伸长量，R1为伸缩件的初始长度。
在本发明中，步骤S7中，采集路面模拟部的底座压力F2，根据底座压力与第二倾角的斜率预测悬架压力F1，
Figure SMS_5
。
一种实现所述方向盘的转向测试方法的转向测试***，包括：
一方向盘总成，该方向盘总成包括方向盘、电动助力器以及车轮；
一转向模拟部，该转向模拟部向方向盘提供转向扭矩，使得方向盘产生第一倾角；
路面模拟部，路面模拟部包括驱动电机、伸缩件以及传动带，驱动电机经传动带带动车轮转动，伸缩件带动传动带旋转，使得传动带产生第二倾角；
数据采集部，数据采集部采集方向盘的转向扭矩、电动助力器的助力扭矩；
数据处理部，数据处理部根据路面模拟部的底座压力预测悬架压力。
在本发明中，所述路面模拟部还包括向所述传动带提供支持力的支撑杆以及安装伸缩件的底座。
在本发明中，该数据采集部包括用于检测第一倾角的第一角度传感单元、用于检测第二倾角的第二角度传感单元、用于检测转向扭矩的第一扭矩传感单元、用于检测助力扭矩的第二扭矩传感单元以及用于检测底座压力的压力传感单元。
在本发明中，所述传动带的两端设有第一传动辊和第二传动辊，所述第一传动辊与驱动电机连接，所述第二传动辊与伸缩件铰接。
在本发明中，所述传动带的中间设有平面支撑件，所述平面支撑件的一端与第一传动辊连接，另一端与第二传动辊连接，所述平面支撑件上设有多处支撑辊，该支撑辊与传动带接触。
在本发明中，所述伸缩件由第二气缸、第一铰接座和第二铰接座组成，所述第一铰接座与第二铰接座铰接，所述第二气缸安装在第一铰接座上，所述第二气缸上端与第二传动辊铰接。
实施本发明的这种方向盘的转向测试方法及转向测试***，具有以下有益效果：根据路面地图和车辆轨迹曲线生成车轮轨迹的水平曲线和高度曲线，再通过转向模拟部模拟车辆的水平曲线，通过路面模拟部模拟车辆的高度曲线，最后获得不同路面的悬架压力、转向扭矩、助力扭矩的映射关系，为分析方向盘转向性能提供有利条件。进一步地，本发明可以根据高度曲线的斜率调整伸缩件的长度，进而改变传动带的第二倾角，在提供车轮速度的同时产生不同的悬架压力，可以准确响应路面地图高度的变化。
附图说明
图1为本发明的方向盘的转向测试方法的流程图；
图2为本发明的路面地图的示意图；
图3为本发明的车辆轨迹与车轮轨迹关系的示意图；
图4为本发明的高度曲线的示意图；
图5为一个试验周期内转向扭矩的示意图；
图6为一个试验周期内助力扭矩的示意图；
图7为本发明的转向测试***的***框图；
图8为本发明的转向测试***的结构图；
图9为图8中转向模拟部的结构图；
图10为图8中路面模拟部的结构图；
图11为本发明的路面模拟部处于水平状态的示意图；
图12为本发明的路面模拟部处于倾斜状态的示意图；
图13为本发明的路面模拟部的一个状态受力分析图；
图14为本发明的路面模拟部的另一状态受力分析图。
图中：方向盘总成10、方向盘11、电动助力器12、车轮13、转向模拟部20、第一气缸21、连杆22、旋转杆23、路面模拟部30、驱动电机31、支撑杆32、传动带33、平面支撑件34、支撑辊35、第一传动辊36、第二传动辊37、底座40、第一支撑板41、第二支撑板42、伸缩件50、第二气缸51、第一铰接座52、第二铰接座53、压力传感单元60。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明的方向盘的转向测试方法及转向测试***，可以根据路面地图和车辆轨迹曲线生成车轮轨迹的水平曲线和高度曲线，再通过转向模拟部模拟车辆的水平曲线，通过路面模拟部模拟车辆的高度曲线，最后获得不同路面的悬架压力、转向扭矩、助力扭矩的映射关系。
实施例一
如图1至图6所示，本实施例的方向盘的转向测试方法包括以下步骤：
S1、录入待试验的路面地图和车辆轨迹曲线，将路面地图的任意坐标点 (x,y,z)投影至z=0的参考平面，该参考平面中车辆轨迹曲线为y=f(x)。路面地图为三维地形。世界坐标系oxyz中z=0时，路面地图投影至平面oxy。在图2中，路面地图的中间虚线为车辆轨迹曲线，车辆轨迹曲线定义为平面坐标系oxy中的曲线方程y=f(x) ，车辆轨迹曲线任意点的斜率为导数f'(x)。图2的等高线表示路面地图沿z轴的高度。本发明模拟车辆沿车辆轨迹曲线行驶的状态。
S2、根据车辆轨迹曲线生成车轮轨迹的水平曲线，水平曲线为
Figure SMS_6
，L为汽车悬架宽度。沿图2的路面地图的两侧虚线为车轮的轨迹。参照图3，对于车辆轨迹曲线的任意点(x0,y0)，相应的车轮轨迹(x1,y1)满足：
Figure SMS_7
，/>
Figure SMS_8
。因此车轮轨迹的水平曲线方程为/>
Figure SMS_9
。
S3、从路面地图提取所述车轮轨迹的高度曲线
Figure SMS_10
，该高度曲线的斜率为/>
Figure SMS_11
。沿水平曲线的方向剖切路面地图，根据截面高度生成车轮轨迹的高度曲线。与车辆轨迹曲线相同，高度曲线可以表示为另一曲线方程，如图4所示。在高度曲线中，横坐标为/>
Figure SMS_12
。
S4、将方向盘总成放置在路面模拟部上，方向盘总成的车轮与路面模拟部的传动带接触，保持传动带处于水平状态。路面模拟部的结构参照实施例二所述。
S5、传动带带动车轮以速度v转动，在时刻t车轮的模拟轨迹长度为vt，
Figure SMS_13
，x1为高度曲线起点的横坐标，x2为t时刻车轮的横坐标。传动带向后以60km/h移动时，可以模拟车轮以60km/h向前移动，相应的行驶距离为vt。根据曲线长度算法，车辆轨迹曲线在区间[x1,x2]的长度为
Figure SMS_14
。在已知车辆行驶距离vt和高度曲线起点的横坐标x1的情况下，可以获得车辆t时刻的横坐标x2，由此确定t时刻车辆的位置(x2,y2,z2)。参照图4，本实施例中x1=0。
S6、转向模拟部根据车辆轨迹曲线调整方向盘的第一倾角，第一倾角的斜率k1=f'(x)，路面模拟部调整伸缩件的长度使得传动带产生第二倾角，第二倾角的斜率为k2。本实施例中，方向盘的第一倾角是指方向盘向车轮提供的输出倾角。例如方向盘的传动比为1:8，在转向模拟部输入64°的偏角时，第一倾角（输出倾角）为8°。
S7、预测t时刻方向盘总成的悬架压力F1，记录路面模拟部的转向扭矩M1、电动助力器的助力扭矩M2。方向盘总成的悬架压力可以换算得到，路面模拟部的转向扭矩与电动助力器的助力扭矩通过采集得到。在一个试验周期下，转向扭矩与助力扭矩的测量值可以参照图5、图6所示。
S8、基于时刻t建立悬架压力F1、转向扭矩M1、助力扭矩M2的映射关系，确定所述方向盘总成在该路面地图的转向性能。通过试验可以获得该路面地图中悬架压力与转向扭矩的关系，可以评价转向扭矩是否带来良好的驾驶体验。通过转向扭矩与助力扭矩的关系，确定恶劣驾驶条件下电子助力器是否满足实际需要，完成方向盘总成的测试工作。
实施例二
本实施例的这种转向测试***用于实现所述方向盘的转向测试方法。如图7至图10所示，该转向测试***包括：方向盘总成10、转向模拟部20、路面模拟部30、数据采集部以及数据处理部。
方向盘总成10包括方向盘11、电动助力器12、传动机构以及车轮13。方向盘11经传动机构控制车轮13。传动机构具有第一转向柱、联轴器、第二转向柱和拉杆。方向盘11与第一转向柱连接，第一转向柱与联轴器连接，联轴器与第二转向柱连接，第二转向柱与拉杆连接，拉杆与车轮13连接。电动助力器12安装在第二转向柱上，在方向盘11转动时，提供助力扭矩。
转向模拟部20向方向盘11提供转向扭矩，使得方向盘11产生第一倾角。参照图所述，转向模拟部20包括第一气缸21、连杆22、旋转杆23。第一气缸21经连杆22带动旋转杆23转动，通过第一气缸21测量转向扭矩。为模拟手持方向盘11的效果，本实施例可以对称设置两组第一气缸21。
路面模拟部30包括驱动电机31、伸缩件50、传动带33以及向传动带33提供支持力的支撑杆32、安装伸缩件50的底座40。驱动电机31位于支撑杆32上，驱动电机31保持车轮13处于转动状态，伸缩件50带动传动带33偏转，使得传动带33产生第二倾角，以此模拟具体路况。底座40由第一支撑板41、第二支撑板42组成，第一支撑板41与第二支撑板42之间设置压力传感单元。
传动带33采用橡胶皮带，橡胶皮带表面摩擦力较大，能够更好的配合车轮13。传动带33的两端设有第一传动辊36和第二传动辊37，第一传动辊36通过旋转轴与驱动电机31连接，第二传动辊37与伸缩件50铰接。为避免橡胶皮带凹陷，传动带33的中间设有平面支撑件34。平面支撑件34的一端与第一传动辊36连接，另一端与第二传动辊37连接。在平面支撑件34上设有多处支撑辊35，传动带33与支撑辊35接触。
伸缩件50由第二气缸51、第一铰接座52和第二铰接座53组成，第二气缸51安装在第一铰接座52上，第二气缸51上端与第二传动辊37的旋转轴铰接，第一铰接座52与第二铰接座53铰接连接，第二铰接座53安装在第一支撑板41上。当第二气缸51推动时，第二传动辊37带动传动带33偏转，绕着第一传动辊36转动。
数据采集部采集方向盘11的转向扭矩和电动助力器12的助力扭矩。该数据采集部包括用于检测第一倾角的第一角度传感单元、用于检测第二倾角的第二角度传感单元、用于检测转向扭矩的第一扭矩传感单元、用于检测助力扭矩的第二扭矩传感单元以及用于检测底座压力的压力传感单元60。本实施例不限制各传感单元的安装结构，其中，压力传感单元可以设置在第一支撑板41和第二支撑板42之间。压力传感单元60先测量整个路面模拟部30的反馈力，该反馈力除去路面模拟部30等的固定重量可以获得底座压力。
在本发明中，与驱动电机31连接的第一传动辊36安装在支撑杆上，该支撑杆设置在第一支撑板41上。第二传动辊37的高度可以由伸缩件50改变，使得传动带33倾斜，从而模拟车轮13在起伏地面上行驶，以达到真实的行驶模拟状态。
实施例三
本实施例进一步公开了路面模拟部30的工作原理。路面模拟部30使得车轮13在起伏路面行驶的过程中完成转向操作，即路面模拟部30在向传动带33提供第二倾角的同时，通过底座压力预测悬架压力。参照图11，第一传动辊36、第二传动辊37以及第二铰接座53分别对应三个转动副，分别对应三角形的三个顶点。第一传动辊36与第二传动辊37的距离等于传动件的有效长度R2。传动带33处于水平状态时，第二传动辊37与第二铰接座53的距离为伸缩件50的初始长度R1。第一传动辊36所在顶点的角度为传动带33的初始倾角θ1，
Figure SMS_15
。参照图12，传动带33处于倾斜状态时，伸缩件50的伸长量为P，此时，伸缩件50的实时长度为R3，P= R3-R1。传动带33的实时倾角/>
Figure SMS_16
。第一传动辊36所在顶点的角度为θ1+θ2。/>
Figure SMS_17
。因此第二倾角的斜率k2与伸缩件50实时长度R3的关系为/>
Figure SMS_18
。
本实施例中，数据处理部根据路面模拟部30的底座压力预测悬架压力。图13为水平状态下转向模拟部20与路面模拟部30之间的受力分析。此时在水平方向上，路面模拟部30承担车轮13的摩擦力。在竖直方向上，路面模拟部30还承担转向模拟部20的固定重量，压力传感单元测量的反馈力减去该固定重量后为底座压力F2。图14为倾斜状态下转向模拟部20与路面模拟部30之间的受力分析。车轮13向转向模拟部20提供额外的悬架压力，该悬架压力垂直于传动带33。悬架压力F1= F2/cosθ2。因cos2θ2=1/(tan2θ2+1) =1/(k2 2+1)，所以
Figure SMS_19
。在本实施例先通过压力传感单元测量垂直方向的底座压力，通过垂直方向的底座压力预测方向变换的悬架压力，进一步解决了普通压电传感器无法根据方向的变化调整测量角度的问题。
以上所述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。

Claims (9)

1.一种方向盘的转向测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、录入待试验的路面地图和车辆轨迹曲线，将路面地图的任意坐标点 (x,y,z)投影至z=0的参考平面，该参考平面中车辆轨迹曲线为y=f(x)；
步骤S2、根据车辆轨迹曲线生成车轮轨迹的水平曲线，水平曲线为
Figure QLYQS_1
，L为汽车悬架宽度；
步骤S3、从路面地图提取所述车轮轨迹的高度曲线
Figure QLYQS_2
，该高度曲线的斜率为/>
Figure QLYQS_3
；
步骤S4、将方向盘总成放置在路面模拟部上，方向盘总成的车轮与路面模拟部的传动带接触，保持传动带处于水平状态；
步骤S5、传动带带动车轮以速度v转动，在时刻t车轮的模拟轨迹长度为vt，
Figure QLYQS_4
，x1为高度曲线起点的横坐标，x2为t时刻车轮的横坐标；
步骤S6、转向模拟部根据车辆轨迹曲线调整方向盘的第一倾角，第一倾角的斜率k1= f'(x)，路面模拟部调整伸缩件的长度使得传动带产生第二倾角，第二倾角的斜率为k2；
步骤S7、预测t时刻方向盘总成的悬架压力F1，记录路面模拟部的转向扭矩M1、电动助力器的助力扭矩M2；
步骤S8、基于时刻t建立悬架压力F1、转向扭矩M1、助力扭矩M2的映射关系，确定所述方向盘总成在该路面地图的转向性能。
2. 根据权利要求1所述的方向盘的转向测试方法，其特征在于，步骤S6中，根据第二倾角的斜率k2调整伸缩件的实时长度R3，R3= P+R1，P为伸缩件的伸长量，R1为伸缩件的初始长度。
3.根据权利要求1所述的方向盘的转向测试方法，其特征在于，步骤S7中，采集路面模拟部的底座压力F2，根据底座压力与第二倾角的斜率预测悬架压力F1，
Figure QLYQS_5
。
4.一种根据权利要求1所述方向盘的转向测试方法的转向测试***，其特征在于，包括：
一方向盘总成，该方向盘总成包括方向盘、电动助力器以及车轮；
一转向模拟部，该转向模拟部向方向盘提供转向扭矩，使得方向盘产生第一倾角；
路面模拟部，路面模拟部包括驱动电机、伸缩件以及传动带，驱动电机经传动带带动车轮转动，伸缩件带动传动带旋转，使得传动带产生第二倾角；
数据采集部，数据采集部采集方向盘的转向扭矩、电动助力器的助力扭矩；
数据处理部，数据处理部根据路面模拟部的底座压力预测悬架压力。
5.根据权利要求4所述的转向测试***，其特征在于，所述路面模拟部还包括向所述传动带提供支持力的支撑杆以及安装伸缩件的底座。
6.根据权利要求4所述的转向测试***，其特征在于，该数据采集部包括用于检测第一倾角的第一角度传感单元、用于检测第二倾角的第二角度传感单元、用于检测转向扭矩的第一扭矩传感单元、用于检测助力扭矩的第二扭矩传感单元以及用于检测底座压力的压力传感单元。
7.根据权利要求4所述的转向测试***，其特征在于，所述传动带的两端设有第一传动辊和第二传动辊，所述第一传动辊与驱动电机连接，所述第二传动辊与伸缩件铰接。
8.根据权利要求7所述的转向测试***，其特征在于，所述传动带的中间设有平面支撑件，所述平面支撑件的一端与第一传动辊连接，另一端与第二传动辊连接，所述平面支撑件上设有多处支撑辊，该支撑辊与传动带接触。
9.根据权利要求7所述的转向测试***，其特征在于，所述伸缩件由第二气缸、第一铰接座和第二铰接座组成，所述第一铰接座与第二铰接座铰接，所述第二气缸安装在第一铰接座上，所述第二气缸上端与第二传动辊铰接。
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