一种建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及汽车的数字化设计领域，尤其涉及一种建立管柱式电动助力转向系统 的多体模型的方法。
【背景技术】
[0002] 转向性能评价内容主要包括四个方面：转向的灵敏程度、稳定性、准确性和舒适 性。针对上述评价内容，采用中间位置转向性能试验、回正性能试验、移线性能试验和轻便 性能试验进行评价。转向系统是底盘非常重要的一个子系统，它对车辆的转向性能起着决 定性作用。建立准确的转向系统模型用于转向性能仿真分析，可以为转向系统的设计和电 动助力转向系统（Electronic Power Steering, EPS)的标定提供依据。
[0003] 转向系统模型是转向性能仿真分析的关键，准确的转向系统模型应包括转向系统 传动比、转向系统柔性、转向系统摩擦、转向系统阻尼、助力等属性。
[0004] 但是，在现有技术中尚没有出现非常易用的系统的转向性能仿真分析方法。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于，提供一种建立管柱式电动助力转向系统的多体 模型的方法，可以在Adams/Car (-种动力学仿真软件）中进行转向性能仿真分析，为转向 系统的设计和EPS的标定提供准确的依据。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明实施例的一方面提供一种建立管柱式电动助力转 向系统的多体模型的方法，包括如下步骤：
[0007] 根据转向系统的属性建立一个四自由度的转向系统模型，所述转向系统的属性包 括：转向传动比、转向系统柔性、转向系统的干摩擦和阻尼；
[0008] 对所述转向系统模型的各自由度进行参数辨识，获得所述四自由度模型中的各需 要进行辨识的参数的参数值；
[0009] 根据所述已进行参数辨识的转向系统的模型，在Adams/Car中建立对应的转向系 统的多体模型，并对所述转向系统进行仿真校核，在仿真校核后，根据整车的设定的转向性 能目标，设定所述转向系统的多体模型中的相应参数。
[0010] 优选地，所述根据转向系统的属性为所述转向系统建立一个四自由度的转向系统 模型的步骤具体包括：
[0011] 建立所述转向系统模型的第一自由度，所述第一自由度包括：方向盘、助力装置、 转向输入轴以及第一柔性件，其中，第一柔性件连接所述方向盘和转向输入轴，其数学表达 式如下：
[0012]
【主权项】
1. 一种建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法，其特征在于，包括如下步 骤： 根据转向系统的属性建立一个四自由度的转向系统模型，所述转向系统的属性包括： 转向传动比、转向系统柔性、转向系统的干摩擦和阻尼； 对所述转向系统模型的各自由度进行参数辨识，获得所述四自由度模型中的各需要进 行辨识的参数的参数值； 根据所述已进行参数辨识的转向系统的模型，在Adams/Car中建立对应的转向系统的 多体模型，并对所述转向系统进行仿真校核，在仿真校核后，根据整车的设定的转向性能目 标，设定所述转向系统的多体模型中的相应参数。
2. 如权利要求1所述的建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法，其特征在 于，所述根据转向系统的属性为所述转向系统建立一个四自由度的转向系统模型的步骤具 体包括： 建立所述转向系统模型的第一自由度，所述第一自由度包括：方向盘、助力装置、转向 输入轴以及第一柔性件，其中，第一柔性件连接所述方向盘和转向输入轴，其数学表达式如 下： SWT + 7；v, - Tfrisv, - Tdamsiv - /,, = Klh::r(0SH. - )[-]； 建立所述转向系统模型的第二自由度，所述第二自由度包括：转向中间轴、转向输出轴 和第二柔性件，所述第二柔性件连接转向输出轴和齿轮，其数学表达式如下： ^,bar ~ c\s)_ TfriSS ~TdaiUss - Iss Sss = A vv(Sss -δρ)[-]； 建立所述转向系统模型的第三个自由度，所述第三自由度包括：齿轮、齿条、左侧和右 侧两个转向横拉杆、第三柔性件和第四柔性件，所述第三柔性件连接齿条和左侧转向横拉 杆，所述第四柔性件连接齿条与右侧转向横拉杆，其数学表达式如下： Kssds -W Rp -lKSi(DKK - DSA、一 Fjri κκ - Fdi"nlu、= mKK Dkh [二]·， 建立所述转向系统模型的第四个自由度，所述第四自由度包括悬架部分，其数学表达 式如下： K、入Dkk - Ds.t)R、.t -Ty.n' i、p - TdciinKI> = δ mi. I I{li.[四]·， 其中，各字母的含义如下： SWT :方向盘力矩； Tass :电动助力力矩； Tfrisw :方向盘处的干摩擦力矩； Tdamsw :方向盘处的阻尼力矩； Tfriss :转向管柱处的干摩擦力矩； Tdamss :转向管柱处的阻尼力矩； Ffriffl :齿条处的干摩擦力； Fdamffi :齿条处的阻尼力； TfriKP :主销处的干摩擦力矩； TdamKP :主销处的阻尼力矩； Ktto:第一柔性件的角刚度； Kss :第二柔性件的角刚度； Ksa :第三柔性件和第四柔性件的线刚度； Ssw :方向盘的角位移； :方向盘角加速度； Sss :转向管柱的角位移； Sm:转向管柱的角加速度； Dffl :齿条位移； :齿条加速度； Skw :车轮的角位移； hr:车轮角加速度； Rp :齿轮分度圆半径； Rsa:转向臂长度； Isw :方向盘沿方向盘轴线的转动惯量； Iss :转向管柱沿转向输出轴线的转动惯量； mKK :齿条和转向横拉杆的质量； Ikw :车轮沿主销轴线的转动惯量。
3. 如权利要求2所述的建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法，其特征在 于，对所述转向系统模型的各自由度进行参数辨识，获得所述四自由度模型中的各需要进 行辨识的参数的参数值的步骤包括： 将所述四自由度模型所对应的转向系统总成安装在实验台架上，在输入端加载正弦波 角位移输入，使各自由度的输出端沿各自轴线自由运动或沿各自轴线加载相反方向的力或 力矩，获得输入端的角位移和力矩；并获得输出端的位移或角位移，以及力或力矩，其中，所 述输入端对应于方向盘，所述各自由度的输出端分别对应于转向输入轴、转向输出轴、转向 横拉杆或车轮； 按照所述各数学表达式分别在Matlab中编写主程序，在Matlab的子模块Simulink中 建立辨识模型； 将所述实验获得的所述输入端的角位移，以及各自由度的输出端的位移或角位移和力 或力矩分别作为对应辨识模型的输入，同时设置需辨识的参数的初始值和变化范围，获得 所述输入端力矩的仿真结果； 将所述实验获得的输入端力矩与仿真结果中的输入端力矩进行比较，运行所述主程序 采用最小二乘法反复迭代使两者差值小于设定的误差最小值，从而获得所需辨识的参数的 参数值。
4. 如权利要求3所述的建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法，其特征在 于，对所述转向系统模型的各自由度进行参数辨识，获得所述四自由度模型中的各需要进 行辨识的参数的参数值的步骤具体包括： 将所述第一自由度对应的方向盘到转向输入轴之间的总成安装在实验台架上，使转向 输入轴端可沿其轴线自由旋转，关闭助力，并给方向盘输入频率为0.0 lHz，幅值为60deg的 正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及转向输入轴的角位移； 设定干摩擦力矩的初始值、干摩擦的刚度系数初始值、误差最小值，将所述方向盘的角 位移和力矩，以及转向输入轴的角位移输入至根据所述数学表达式一建立的辨识模型，获 得所述方向盘力矩的仿真结果，并采用最小二乘法函数的进行反复迭代，当所述通过实验 获得的方向盘力矩与其仿真结果的差值小于所述设定的误差最小值时，获得方向盘处的经 过辨识的干摩擦力矩的稳态值和干摩擦刚度系数； 将所述第一自由度对应的方向盘到转向输入轴之间的总成安装在实验台架上，使转向 输入轴端可沿其轴线自由旋转，关闭助力，并给方向盘输入频率为IHz,幅值为60deg的正 弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及转向输入轴的角位移；从而采用类似过程 获得方向盘处经过辨识的阻尼参数； 将所述第一自由度对应的方向盘到转向输入轴之间的总成安装在实验台架上，使转向 输入轴端可沿其轴线自由旋转，关闭助力，并给方向盘输入频率为〇.