CN103353404B - 一种汽车线控转向路面阻力模拟试验台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车线控转向路面阻力模拟试验台。现有转向阻力模拟试验台的精度不满足要求。本发明中转向器输入轴的底部固定有阻力蜗轮和传动齿轮，顶部与转向执行传动轴的底部通过万向节连接；转向器输出轴上的齿牙与传动齿轮啮合；转向器输出轴的两端分别通过转向器横拉杆与一个转向器导杆铰接，每个转向器导杆与一个车轮固定；与阻力模拟电机的输出轴固定的阻力蜗杆与阻力蜗轮配合；转向执行传动轴的中部固定有传动蜗轮，顶部与角度传感器的内部转子固定，角度传感器与电控单元的输入端连接；与转向执行电机的输出轴固定的传动蜗杆与传动蜗轮配合；阻尼模拟电机和转向执行电机分别与电控单元的一个输出端连接。本发明可准确模拟转向阻力。
Description
技术领域
本发明涉及汽车转向技术领域，具体涉及一种汽车线控转向路面阻力模拟试验台。
背景技术
汽车转向系统性能直接影响汽车行驶过程中操纵稳定性、安全性和舒适性。汽车转向系统经历了传统的机械式转向、液压助力转向系统和电动助力转向系统等阶段，对驾驶员操纵稳定性、舒适性方面有了较大的改进。上述转向系统的共同点是操纵机构和转向执行机构之间存在着机械连接，传动比固定，汽车的转向特性随车速而发生变化。当前汽车电子控制技术的迅猛发展给汽车转向系统带来了技术上的改革和创新。线控技术正在逐步应用于转向系统中，即当前转向技术的研究热点为线控转向。线控转向取消了操纵机构和转向执行机构之间的机械连接，通过电子控制单元将驾驶员的转向意图传递给转向执行机构并实时反馈信息。线控转向技术的电子控制单元可以设置任意传动比，从而摆脱传统转向定传动比限制，补偿了随车速变化的参数，使得汽车转向特性不随车速而发生变化，提高了汽车驾驶主动安全性和稳定性。
汽车转向系统从研发到量产应用需要经历物理样机设计、台架试验、实车测试和修改完善等一系列阶段。线控转向系统因取消了操纵机构和转向执行机构之间的机械连接，控制系统中控制逻辑算法较为复杂，可靠性和安全性有待进一步验证，因而在进行实车测试之前必须对系统的软件和硬件进行充分调试，直到系统具有最佳性能。因而线控转向仿真试验台架搭建在线控转向系统开发过程中显得尤为重要，可以为实车测试做好充分的准备。
在线控转向仿真试验台架搭建中，为了能够实时仿真出转向时转向机构的受力环境从而获得更为准确的试验数据，因此对路面转向阻力的模拟是试验台架的重要组成部分，其主要是用于模拟车辆转向执行装置所受到的阻力。
目前对转向阻力模拟有采用弹簧来进行的，如申请号200820081713.5采用一端固定的弹簧模拟阻力，模拟的阻力大小与弹簧的压缩量或伸长量成线性变化，一旦选定弹簧则弹簧刚度保持不变，即侧向阻力只和弹簧长度有关，精确度不能满足试验要求，不能反映实际试验过程的阻力情况。申请号201010191612.5采用电液系统进行阻力模拟，采用伺服阀对液压缸进行阻力模拟控制，由于液压系统设备要求比较多，成本高，占用空间大，结构较为复杂，液压系统存在的漏油隐患目前尚无法有效解决，同时液压系统输出存在一定的滞后性，不能满足仿真的实时性要求。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种汽车线控转向路面阻力模拟试验台，该试验台根据角度传感器测得转向执行电机的转向信号对阻力模拟电机的阻力大小和方向进行控制，从而准确地模拟转向阻力。
本发明包括支撑装置、转向器、万向节、阻力模拟系统、角度传感器、联轴器、电控单元、转向执行系统和两个车轮。
所述的支撑装置包括底部支撑架、转向器支撑板、多根支撑杆、转向执行系统支撑板和角度传感器支撑架；所述的底部支撑架包括底座、转向器支撑板安装轴和两根车轮安装杆；转向器支撑板安装轴水平固定设置在底座的顶部；所述的车轮安装杆呈T字形，包括一体成型的支撑轴部分和安装轴部分；每根车轮安装杆的支撑轴部分与底座的顶部末端固定连接，且两根车轮安装杆的支撑轴部分同轴水平设置；两根车轮安装杆的安装轴部分均竖直设置，每根车轮安装杆的安装轴部分嵌入到一个车轮轮毂上开设的安装槽内并与车轮铰链连接，所述安装槽的两侧面关于车轮的旋转中心轴对称布置；所述转向器支撑板安装轴上固定设置有转向器支撑板；多根支撑杆呈矩阵排布在转向器支撑板上，每根支撑杆的底部与转向器支撑板固定连接，顶部与转向执行系统支撑板固定连接；角度传感器支撑架固定设置在转向执行系统支撑板上；角度传感器的外壳体固定设置在角度传感器支撑架上。
所述的转向器包括转向器输入轴、转向器输出轴、转向器横拉杆、转向器导杆和转向器壳体；转向器壳体整体呈L形，一个臂水平固定设置在转向器支撑板上，另一个臂竖直设置，两臂转弯处开设有电机安装孔；转向器输入轴整体设置在转向器壳体竖直设置的臂内并与转向器壳体通过轴承连接，转向器输入轴的顶部伸出转向器壳体并与万向节的一端固定连接；转向器输入轴的底部依次固定设置有阻力蜗轮和传动齿轮，所述的传动齿轮为斜齿轮；所述的转向器输出轴整体设置在转向器壳体水平设置的臂内并与转向器壳体滑动连接，转向器输出轴的中部设置有齿牙，齿牙与转向器输入轴上的传动齿轮啮合；转向器输出轴的两端均伸出转向器壳体，并分别与一个转向器横拉杆的一端铰接连接，每个转向器横拉杆的另一端与一个转向器导杆的一端铰接连接，每个转向器导杆的另一端与一个车轮固定连接。
所述的阻力模拟系统包括阻力模拟电机和阻力模拟电机控制器；阻力模拟电机固定在转向器壳体上，阻力模拟电机的输出轴伸入电机安装孔内，阻力模拟电机的输出轴上固定设置有阻力蜗杆，阻力蜗杆与转向器输入轴上的阻力蜗轮配合连接，阻尼模拟电机的输入端通过电线与阻力模拟电机控制器的输出端连接，阻力模拟电机控制器的输入端与电控单元的一个输出端连接。
所述的转向执行系统包括转向执行传动轴、转向执行电机和转向执行电机控制器；所述的转向执行传动轴的底部与万向节的另一端固定连接；转向执行传动轴的中部固定设置有传动蜗轮，顶部通过联轴器与角度传感器的内部转子固定连接，角度传感器的输出端与电控单元的输入端连接；转向执行电机的输出轴端固定设置有传动蜗杆，传动蜗杆与转向执行传动轴上的传动蜗轮配合连接；转向执行电机固定设置在转向执行系统支撑板上，转向执行电机的输入端与转向执行电机控制器的输出端连接，转向执行电机控制器的输入端与电控单元的另一个输出端连接。
本发明的有益效果：
1、本发明根据角度传感器测得转向执行电机的转向信号对阻力模拟系统的阻力大小和方向进行控制，从而准确地模拟转向阻力。
2、本发明可以通过改变电控单元中阻力模拟系统控制算法来比较不同控制算法下产生的模拟阻力，针对不同状况确定理想的控制算法。
3、本发明采用车轮形象、生动地展示转向意图。
4、本发明结构简单，操作简便。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为图1中阻尼模拟系统和转向执行系统的立体结构示意图；
图3为本发明中转向器及阻力模拟系统的传动原理图；
图4为本发明中转向执行系统的传动原理图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，一种汽车线控转向路面阻力模拟试验台包括支撑装置1、转向器2、万向节3、阻力模拟系统、角度传感器5、联轴器6、电控单元7、转向执行系统8和两个车轮9。
支撑装置1包括底部支撑架1-1、转向器支撑板1-2、三根支撑杆1-3、转向执行系统支撑板1-4和角度传感器支撑架1-5；底部支撑架1-1包括底座、转向器支撑板安装轴和两根车轮安装杆；转向器支撑板安装轴水平固定设置在底座的顶部；车轮安装杆呈T字形，包括一体成型的支撑轴部分和安装轴部分；每根车轮安装杆的支撑轴部分与底座的顶部末端固定连接，且两根车轮安装杆的支撑轴部分同轴水平设置；两根车轮安装杆的安装轴部分均竖直设置，每根车轮安装杆的安装轴部分嵌入到一个车轮9轮毂上开设的安装槽内并与车轮铰链连接，安装槽的两侧面关于车轮的旋转中心轴对称布置；转向器支撑板安装轴上固定设置有转向器支撑板1-2；三根支撑杆1-3呈三角形排布在转向器支撑板上，每根支撑杆1-3的底部与转向器支撑板固定连接，顶部与转向执行系统支撑板1-4固定连接；角度传感器支撑架1-5固定设置在转向执行系统支撑板上；角度传感器5的外壳体固定设置在角度传感器支撑架1-5上。
如图1和图3所示，转向器2包括转向器输入轴2-1、转向器输出轴2-2、转向器横拉杆2-3、转向器导杆2-4和转向器壳体2-5；转向器壳体2-5整体呈L形，一个臂水平固定设置在转向器支撑板1-2上，另一个臂竖直设置，两臂转弯处开设有电机安装孔；转向器输入轴2-1整体设置在转向器壳体竖直设置的臂内并与转向器壳体通过轴承连接，转向器输入轴的顶部伸出转向器壳体并与万向节3的一端固定连接；转向器输入轴2-1的底部依次固定设置有阻力蜗轮2-6和传动齿轮2-7，传动齿轮为斜齿轮；转向器输出轴2-2整体设置在转向器壳体水平设置的臂内并与转向器壳体滑动连接，转向器输出轴2-2的中部设置有齿牙，齿牙与转向器输入轴2-1上的传动齿轮2-7啮合；转向器输出轴2-2的两端均伸出转向器壳体，并分别与一个转向器横拉杆2-3的一端铰接连接，每个转向器横拉杆2-3的另一端与一个转向器导杆2-4的一端铰接连接，每个转向器导杆2-4的另一端与一个车轮9固定连接。
阻力模拟系统包括阻力模拟电机4-1和阻力模拟电机控制器4-2；阻力模拟电机4-1固定在转向器壳体上，阻力模拟电机的输出轴伸入电机安装孔内，阻力模拟电机的输出轴上固定设置有阻力蜗杆4-3，阻力蜗杆与转向器输入轴2-1上的阻力蜗轮2-6配合连接，阻尼模拟电机4-1的输入端通过电线与阻力模拟电机控制器4-2的输出端连接，阻力模拟电机控制器4-2的输入端与电控单元7的一个输出端连接。
如图1和图4所示，转向执行系统8包括转向执行传动轴8-1、转向执行电机8-2和转向执行电机控制器8-3；转向执行传动轴8-1的底部与万向节3的另一端固定连接；转向执行传动轴8-1的中部固定设置有传动蜗轮8-4，顶部通过联轴器6与角度传感器5的内部转子固定连接，角度传感器5的输出端与电控单元7的输入端连接；转向执行电机8-2的输出轴端固定设置有传动蜗杆8-5，传动蜗杆与转向执行传动轴上的传动蜗轮8-4配合连接；转向执行电机8-2固定设置在转向执行系统支撑板1-4上，转向执行电机的输入端与转向执行电机控制器8-3的输出端连接，转向执行电机控制器8-3的输入端与电控单元7的另一个输出端连接。
一种汽车线控转向路面阻力模拟试验台的工作过程如下：
驾驶员通过方向盘系统将驾驶指令信号传递给电控单元7，根据电控单元7内部执行转向控制算法对驾驶指令信号进行处理后将转向指令传递给转向执行电机控制器8-3，转向执行电机控制器8-3驱动转向执行电机8-2执行转向，经过传动蜗轮8-4和传动蜗杆8-5减速后通过转向执行传动轴8-1输出，角度传感器5将测得的转向执行传动轴8-1的角度信号传递给电控单元7；转向执行传动轴8-1通过万向节3将转向动作传递给转向器输入轴2-1，转向器输入轴2-1上的传动齿轮2-7与转向器输出轴2-2上的齿牙啮合，将转向器输入轴2-1的旋转运动转换为转向器输出轴2-2的直线运动，转向器输出轴2-2带动转向器横拉杆2-3运动，转向器横拉杆2-3拉动与车轮固定的转向器导杆2-4实现车轮的转向。电控单元7接收到角度传感器5的角度信号，根据转向阻尼控制算法对角度信号进行处理，并产生阻尼信号发送给阻力模拟电机控制器4-2，阻力模拟电机控制器4-2驱动阻力模拟电机4-1产生模拟阻力，通过阻力模拟电机的输出轴上的阻力蜗杆4-3与转向器输入轴2-1上的阻力蜗轮2-6配合，将模拟阻力作用于转向器输入轴2-1上实现阻力模拟。
Claims (2)
1.一种汽车线控转向路面阻力模拟试验台，包括支撑装置、转向器、万向节、阻力模拟系统、角度传感器、联轴器、电控单元、转向执行系统和两个车轮，其特征在于：
所述的支撑装置包括底部支撑架、转向器支撑板、多根支撑杆、转向执行系统支撑板和角度传感器支撑架；所述的底部支撑架包括底座、转向器支撑板安装轴和两根车轮安装杆；转向器支撑板安装轴水平固定设置在底座的顶部；所述的车轮安装杆呈T字形，包括支撑轴部分和安装轴部分，所述的支撑轴部分和安装轴部分一体成型；每根车轮安装杆的支撑轴部分与底座的顶部末端固定连接，且两根车轮安装杆的支撑轴部分同轴水平设置；两根车轮安装杆的安装轴部分均竖直设置，每根车轮安装杆的安装轴部分嵌入到一个车轮轮毂上开设的安装槽内并与车轮铰链连接，所述安装槽的两侧面关于车轮的旋转中心轴对称布置；所述转向器支撑板安装轴上固定设置有转向器支撑板；多根支撑杆呈矩阵排布在转向器支撑板上，每根支撑杆的底部与转向器支撑板固定连接，顶部与转向执行系统支撑板固定连接；角度传感器支撑架固定设置在转向执行系统支撑板上；角度传感器的外壳体固定设置在角度传感器支撑架上；
所述的转向器包括转向器输入轴、转向器输出轴、转向器横拉杆、转向器导杆和转向器壳体；转向器壳体整体呈L形，一个臂水平固定设置在转向器支撑板上，另一个臂竖直设置，两臂转弯处开设有电机安装孔；转向器输入轴整体设置在转向器壳体竖直设置的臂内并与转向器壳体通过轴承连接，转向器输入轴的顶部伸出转向器壳体并与万向节的一端固定连接；转向器输入轴的底部依次固定设置有阻力蜗轮和传动齿轮；所述的转向器输出轴整体设置在转向器壳体水平设置的臂内并与转向器壳体滑动连接，转向器输出轴的中部设置有齿牙，与转向器输入轴上的传动齿轮啮合；转向器输出轴的两端均伸出转向器壳体，并分别与一个转向器横拉杆的一端铰接连接，每个转向器横拉杆的另一端与一个转向器导杆的一端铰接连接，每个转向器导杆的另一端与一个车轮固定连接；
所述的阻力模拟系统包括阻力模拟电机和阻力模拟电机控制器；阻力模拟电机固定在转向器壳体上，阻力模拟电机的输出轴伸入电机安装孔内，阻力模拟电机的输出轴上固定设置有阻力蜗杆，阻力蜗杆与转向器输入轴上的阻力蜗轮配合连接，阻尼模拟电机的输入端通过电线与阻力模拟电机控制器的输出端连接，阻力模拟电机控制器的输入端与电控单元的一个输出端连接；
所述的转向执行系统包括转向执行传动轴、转向执行电机和转向执行电机控制器；所述的转向执行传动轴的底部与万向节的另一端固定连接；转向执行传动轴的中部固定设置有传动蜗轮，顶部通过联轴器与角度传感器的内部转子固定连接，角度传感器的输出端与电控单元的输入端连接；转向执行电机的输出轴端固定设置有传动蜗杆，传动蜗杆与转向执行传动轴上的传动蜗轮配合连接；转向执行电机固定设置在转向执行系统支撑板上，转向执行电机的输入端与转向执行电机控制器的输出端连接，转向执行电机控制器的输入端与电控单元的另一个输出端连接。
2.根据权利要求1所述的一种汽车线控转向路面阻力模拟试验台，其特征在于：所述的传动齿轮为斜齿轮。
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