CN104866639A - 一种获得汽车转向系统阻力的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种获得汽车转向系统阻力的方法，包括步骤：确定所述汽车转向系统的轴重、外轮转角、内轮转角、前轮主销内倾角、转向拉杆力臂长度值，以及获得轮胎接地印迹宽度以及轮胎接地印迹长度；根据所述参数获得转向回正阻力矩和转向摩擦阻力矩：根据所获得的转向回正阻力矩和转向摩擦阻力矩获得所述汽车转向系统的系统阻力矩。本发明实施例相应提供了一种获得汽车转向系统阻力的装置。实施本发明实施例，可以很方便地通过计算获得汽车转向系统的阻力矩，并且精度高。

Description

一种获得汽车转向系统阻力的方法及装置

技术领域

本发明涉及汽车设计领域，尤其涉及一种获得汽车转向系统阻力的方法及装置。

背景技术

在进行汽车设计时，对汽车的原地转向系统阻力计算或者测试是进行转向系统设计的前提。原地转向系统阻力的大小直接关系到动力转向系统助力选型或者匹配。原地转向阻力的计算结果过于保守则可能导致转向系统资源浪费，而计算系统阻力矩过小则将导致助力不足。

目前，传统的计算方法由于考虑的因素太少，计算准确度较差。而通过试验手段获得转向系统阻力，往往需要大量的时间和精力，且这种试验往往要在实车开发中进行，所以不利于转向系统的前期开发工作。

目前，最常见的转向阻力计算公式为：

$T=\frac{f*W^{1.5}}{3P^{0.5}}$

其中，f：轮胎与地面摩擦因数；

W：前轴荷（Kg）；

P：轮胎胎压（MPa）；

T：转向阻力矩（Nm）。

在上述计算公式中，系统转向阻力矩主要考虑了三个因数：前轴荷，地面摩擦和胎压的影响。然而实际情况远比这样复杂，在以上参数保持不变的情况下，诸如轮胎参数的变化、悬架的参数变化等也会引起转向阻力矩的变化。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种获得汽车转向系统阻力的装置及方法。可以在汽车前期开发过程中，通过计算获得汽车转向系统的阻力矩，并且精度高。

为了解决上述技术问题，本发明实施例的一方面，提供一种获得汽车转向系统阻力的方法，包括如下步骤：

确定所述汽车转向系统的轴重、外轮转角、内轮转角、前轮主销内倾角、转向拉杆力臂长度值，以及获得轮胎接地印迹宽度以及轮胎接地印迹长度；

通过下述公式一计算获得转向回正阻力矩T₀：

$T_0=\mathrm{\η}*\mathrm{Fz}*[\frac{g_z*c*(\cos {\mathrm{\θ}}_w-\cos {\mathrm{\θ}}_n)}{2}+\frac{{\mathrm{\θ}}_n*b*\sin 2\mathrm{\β}}{180}]---1)$

通过下述公式二计算获得转向摩擦阻力矩T₁：

$T_1=\mathrm{Fz}*f*\frac{\sqrt{B^2+L^2}}{4}---2)$

根据所获得的转向回正阻力矩T₀和转向摩擦阻力矩T₁获得所述汽车转向系统的系统阻力矩；

其中，η为效率系数，Fz为轴重，g_z为滚阻系数，c为主销偏移距，θ_w为外轮转角，θ_n为内轮转角，b为转向拉杆力臂长度，β为前轮主销内倾角，f为摩擦系数，B为轮胎接地印迹宽度，L为轮胎接地印迹长度。

优选地，根据所获得的转向回正阻力矩T₀和转向摩擦阻力矩T₁获得所述汽车转向系统的系统阻力矩具体为：

将所述转向回正阻力矩T₀与所述转向摩擦阻力矩T₁两者相加，获得所述系统阻力矩T。

优选地，其中，所述效率系数η的取值范围为0.85～0.9，所述滚阻系数g_z为0.02，所述摩擦系数f为0.7。

优选地，所述获得轮胎接地印迹长度的步骤具体为：

通过下述公式计算获得所述轮胎接地印迹长度L：

$L=1.7\sqrt{(R-\mathrm{\Δ})\mathrm{\Δ}}---3)$

$\mathrm{\Δ}=\frac{C_l*K*{\left(0.5\mathrm{Fz}\right)}^{0.85}}{B^{0.7}*R^{0.45}*P^{0.6}}---4)$

K=0.0015*B+0.42         5)

Fz=W*g            6)

其中，W为前轴荷，R为轮胎直径，C_l为轮胎系数，△为轮胎径向变形，K为系数，B为轮胎接地印迹宽度，P为胎压，g为重力加速度。

优选地，当所述轮胎的类型为斜交轮胎时，所述轮胎系数C_l为7.22；当所述轮胎的类型为子午线轮胎时，所述轮胎系数C_l为11.2。

优选地，所述获得轮胎接地印迹宽度以及轮胎接地印迹长度的步骤具体为：

通过实验获得所述轮胎接地印迹宽度B以及所述轮胎接地印迹长度L。

相应地，本发明实施例的另一方面，还提供一种获得汽车转向系统阻力的装置，包括：

参数确定单元，用于确定所述汽车转向系统的轴重、外轮转角、内轮转角、前轮主销内倾角、转向拉杆力臂长度值，以及获得轮胎接地印迹宽度以及轮胎接地印迹长度；

转向回正阻力矩获得单元，用于通过下述公式一计算获得转向回正阻力矩T₀：

$T_0=\mathrm{\η}*\mathrm{Fz}*[\frac{g_z*c*(\cos {\mathrm{\θ}}_w-\cos {\mathrm{\θ}}_n)}{2}+\frac{{\mathrm{\θ}}_n*b*\sin 2\mathrm{\β}}{180}]---1)$

转向摩擦阻力矩获得单元，通过下述公式二计算获得转向摩擦阻力矩T₁：

$T_1=\mathrm{Fz}*f*\frac{\sqrt{B^2+L^2}}{4}---2)$

系统阻力矩获得单元，用于根据所获得的转向回正阻力矩T₀和转向摩擦阻力矩T₁获得所述汽车转向系统的系统阻力矩；

其中，η为效率系数，Fz为轴重，g_z为滚阻系数，c为主销偏移距，θ_w为外轮转角，θ_n为内轮转角，b为转向拉杆力臂长度，β为前轮主销内倾角，f为摩擦系数，B为轮胎接地印迹宽度，L为轮胎接地印迹长度。

优选地，系统阻力矩获得单元通过将所述转向回正阻力矩T₀与所述转向摩擦阻力矩T₁两者相加，获得所述系统阻力矩T。

优选地，所述参数确定单元进一步包括：

轮胎接地印迹长度计算单元，用于通过下述公式计算获得所述轮胎接地印迹长度L：

$L=1.7\sqrt{(R-\mathrm{\Δ})\mathrm{\Δ}}---3)$

$\mathrm{\Δ}=\frac{C_l*K*{\left(0.5\mathrm{Fz}\right)}^{0.85}}{B^{0.7}*R^{0.45}*P^{0.6}}---4)$

K=0.0015*B+0.42             5)

Fz=W*g           6)

其中，W为前轴荷，R为轮胎直径，C_l为轮胎系数，△为轮胎径向变形，K为系数，B为轮胎接地印迹宽度，P为胎压，g为重力加速度。

优选地，所述效率系数η的取值范围为0.85～0.9，所述滚阻系数g_z为0.02，所述摩擦系数f为0.7；

当所述轮胎的类型为斜交轮胎时，所述轮胎系数C_l为7.22；当所述轮胎的类型为子午线轮胎时，所述轮胎系数C_l为11.2。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例提供的获得汽车转向系统阻力的装置及方法，通过耦合了大量的整车参数，考虑了不同因素对转向系统阻力的影响，可以很容易地计算出汽车转向系统的阻力矩。并且通过选取不同车型和不同载荷分别进行测试，试验验证表明通过本发明实施例所获得的汽车转向系统的阻力矩，精度非常高；

通过本发明实施例，即可以在转向系统的前期开发工作，获得比较准确的转向系统的阻力矩，从而可以节省汽车开发的周期。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明获得汽车转向系统阻力的方法的一个实施例的主流程示意图；

图2为本发明一种获得汽车转向系统阻力的装置的一个实施例的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，是本发明获得汽车转向系统阻力的方法的一个实施例的主流程示意图，在该实施例中，其包括如下步骤：

步骤S10，确定所述汽车转向系统的轴重、外轮转角、内轮转角、前轮主销内倾角、转向拉杆力臂长度值，以及获得轮胎接地印迹宽度以及轮胎接地印迹长度，其中，轴重、外轮转角、内轮转角、前轮主销内倾角、转向拉杆力臂长度值等系统在整车设计开发初期即可以确定，而轮胎接地印迹宽度可以通过在GB/T2978《轿车轮胎规格、尺寸、气压与负荷》的国家标准中查得（即查对应的轮胎断面宽度参数）；

步骤S12，计算获得转向回正阻力矩T₀，该转向回正阻力矩T₀是由车轮转角变化产生的，其与主主销偏移和车轮转角大小等相关，具体地计算公式如下：

$T_0=\mathrm{\η}*\mathrm{Fz}*[\frac{g_z*c*(\cos {\mathrm{\θ}}_w-\cos {\mathrm{\θ}}_n)}{2}+\frac{{\mathrm{\θ}}_n*b*\sin 2\mathrm{\β}}{180}]---1)$

其中，η为效率系数，Fz为轴重（单位：牛顿），g_z为滚阻系数，c为主销偏移距（单位：米），θ_w为外轮转角（单位：度），θ_n为内轮转角（单位：度），b为转向拉杆力臂长度（单位：米），在该实施例中，效率系数η的取值范围为0.85～0.9，滚阻系数g_z取值为0.02，此处“*”表示乘积，后文公式中的“*”符号均表示相同的含义，不再逐一说明；

步骤S14，计算获得转向摩擦阻力矩T₁，其中，转向摩擦阻力矩T₁由轮胎和地面摩擦产生，这一部分的计算可视为与悬架的结构及车轮转角大小无关，主要与地面摩擦和轮胎接地印迹形状有关，具体地的计算公式如下：

$T_1=\mathrm{Fz}*f*\frac{\sqrt{B^2+L^2}}{4}---2)$

其中，β为前轮主销内倾角（单位：度），f为摩擦系数，B为轮胎接地印迹宽度（单位：毫米），L为轮胎接地印迹长度（单位：毫米），在该实施例中，摩擦系数f取值0.7；

步骤S16，根据所获得的转向回正阻力矩T₀和转向摩擦阻力矩T₁获得所述汽车转向系统的系统阻力矩，具体地，将所述转向回正阻力矩T₀与所述转向摩擦阻力矩T₁两者相加，获得所述系统阻力矩T。

具体地，在本实施例中，所述获得轮胎接地印迹长度L的步骤具体为通过下述公式计算获得：

$L=1.7\sqrt{(R-\mathrm{\Δ})\mathrm{\Δ}}---3)$

$\mathrm{\Δ}=\frac{C_l*K*{\left(0.5\mathrm{Fz}\right)}^{0.85}}{B^{0.7}*R^{0.45}*P^{0.6}}---4)$

K=0.0015*B+0.42           5)

Fz=W*g                  6)

其中，W为前轴荷（单位：千克），R为轮胎直径（单位：毫米），C_l为轮胎系数，△为轮胎径向变形（单位：毫米），K为系数，B为轮胎接地印迹宽度（单位：毫米），P为胎压（单位：千帕），g为重力加速度（9.8m/s²）。

其中，在本实施例中，当所述轮胎的类型为斜交轮胎时，所述轮胎系数C_l取值为7.22；当所述轮胎的类型为子午线轮胎时，所述轮胎系数C_l取值为11.2。

可能理解的是，在其他的实施例中，可以通过实验或者其他计算方法获得所述轮胎接地印迹宽度B以及所述轮胎接地印迹长度L。

如图2所示，为本发明一种获得汽车转向系统阻力的装置的一个实施例的示意图，在该实施例中，该装置包括：

参数确定单元10，用于确定所述汽车转向系统的轴重、外轮转角、内轮转角、前轮主销内倾角、转向拉杆力臂长度值，以及获得轮胎接地印迹宽度以及轮胎接地印迹长度；

转向回正阻力矩获得单元12，用于通过下述公式一计算获得转向回正阻力矩T₀：

$T_0=\mathrm{\η}*\mathrm{Fz}*[\frac{g_z*c*(\cos {\mathrm{\θ}}_w-\cos {\mathrm{\θ}}_n)}{2}+\frac{{\mathrm{\θ}}_n*b*\sin 2\mathrm{\β}}{180}]---1)$

转向摩擦阻力矩获得单元14，通过下述公式二计算获得转向摩擦阻力矩T₁：

$T_1=\mathrm{Fz}*f*\frac{\sqrt{B^2+L^2}}{4}---2)$

系统阻力矩获得单元16，用于根据所获得的转向回正阻力矩T₀和转向摩擦阻力矩T₁获得所述汽车转向系统的系统阻力矩，具体地，通过将所述转向回正阻力矩T₀与所述转向摩擦阻力矩T₁两者相加，获得所述系统阻力矩T；

其中，η为效率系数，Fz为轴重，g_z为滚阻系数，c为主销偏移距，θ_w为外轮转角，θ_n为内轮转角，b为转向拉杆力臂长度，β为前轮主销内倾角，f为摩擦系数，B为轮胎接地印迹宽度，L为轮胎接地印迹长度。

其中，所述参数确定单元10进一步包括：

轮胎接地印迹长度计算单元100，用于通过下述公式三至公式六计算获得所述轮胎接地印迹长度L：

$L=1.7\sqrt{(R-\mathrm{\Δ})\mathrm{\Δ}}---3)$

$\mathrm{\Δ}=\frac{C_l*K*{\left(0.5\mathrm{Fz}\right)}^{0.85}}{B^{0.7}*R^{0.45}*P^{0.6}}---4)$

K=0.0015*B+0.42        5)

Fz=W*g               6)

其中，W为前轴荷，R为轮胎直径，C_l为轮胎系数，△为轮胎径向变形，K为系数，B为轮胎接地印迹宽度，P为胎压，g为重力加速度。

在本实施例中，所述效率系数η的取值范围为0.85～0.9，所述滚阻系数g_z为0.02，所述摩擦系数f为0.7；

当所述轮胎的类型为斜交轮胎时，所述轮胎系数C_l为7.22；当所述轮胎的类型为子午线轮胎时，所述轮胎系数C_l为11.2。

更多的细节，可以参考前述对附图1的描述。

从本发明实施例提供的方法可以看出，在获得转向系统阻力矩过程中通过与更多的参数相关联，使计算更准确。如下表所示，示出了利用本发明实施例提供的方法，应用于不同的车型（A或B）、对应不同轮胎型号以及在不同的轴荷下，计算值与实测值的对比；从下表中可以看出，利用本发明实施例获得的计算结果与试验结果非常吻合，偏差小，相对传统计算方法（即背景技术中提到的计算方法）精度大大提高。故可以在全新车型开发初期按照本发明实施提供的方法所获得的计算结果进行系统匹配计算。

综上，实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例提供的获得汽车转向系统阻力的装置及方法，通过耦合了大量的整车参数（例如前轴荷、轮胎参数、胎压、主销内倾、主销偏移距、内外轮转角等参数），考虑了不同因素对转向系统阻力的影响，可以很容易地计算出汽车转向系统的阻力矩。并且通过选取不同车型和不同载荷分别进行测试，试验验证表明通过本发明实施例所获得的汽车转向系统的阻力矩的理论计算结果和实测值吻合较好，精度非常高；

通过本发明实施例，即可以在转向系统的前期开发工作，获得比较准确的转向系统的阻力矩，从而可以节省汽车开发的周期。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种获得汽车转向系统阻力的方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定所述汽车转向系统的轴重、外轮转角、内轮转角、前轮主销内倾角、转向拉杆力臂长度值，以及获得轮胎接地印迹宽度以及轮胎接地印迹长度；

通过下述公式一计算获得转向回正阻力矩T₀：

$T_0=\mathrm{\η}*\mathrm{Fz}*[\frac{g_z*c*(\cos {\mathrm{\θ}}_w-\cos {\mathrm{\θ}}_n)}{2}+\frac{{\mathrm{\θ}}_n*b*\sin 2\mathrm{\β}}{180}]---1)$

通过下述公式二计算获得转向摩擦阻力矩T₁：

$T_1=\mathrm{Fz}*f*\frac{\sqrt{B^2+L^2}}{4}---2)$

根据所获得的转向回正阻力矩T₀和转向摩擦阻力矩T₁获得所述汽车转向系统的系统阻力矩；

其中，η为效率系数，Fz为轴重，g_z为滚阻系数，c为主销偏移距，θ_w为外轮转角，θ_n为内轮转角，b为转向拉杆力臂长度，β为前轮主销内倾角，f为摩擦系数，B为轮胎接地印迹宽度，L为轮胎接地印迹长度。

2.如权利要求1所述的一种获得汽车转向系统阻力的方法，其特征在于，根据所获得的转向回正阻力矩T₀和转向摩擦阻力矩T₁获得所述汽车转向系统的系统阻力矩具体为：

将所述转向回正阻力矩T₀与所述转向摩擦阻力矩T₁两者相加，获得所述系统阻力矩T。

3.如权利要求2所述的一种获得汽车转向系统阻力的方法，其特征在于，

其中，所述效率系数η的取值范围为0.85～0.9，所述滚阻系数g_z为0.02，所述摩擦系数f为0.7。

4.如权利要求3所述的一种获得汽车转向系统阻力的方法，其特征在于，所述获得轮胎接地印迹长度的步骤具体为：

通过下述公式计算获得所述轮胎接地印迹长度L：

$L=1.7\sqrt{(R-\mathrm{\Δ})\mathrm{\Δ}}---3)$

$\mathrm{\Δ}=\frac{C_l*K*{\left(0.5\mathrm{Fz}\right)}^{0.85}}{B^{0.7}*R^{0.45}*P^{0.6}}---4)$

K=0.0015*B+0.42        5)

Fz=W*g           6)

其中，W为前轴荷，R为轮胎直径，C_l为轮胎系数，△为轮胎径向变形，K为系数，B为轮胎接地印迹宽度，P为胎压，g为重力加速度。

5.如权利要求4所述的一种获得汽车转向系统阻力的方法，其特征在于，

其中，当所述轮胎的类型为斜交轮胎时，所述轮胎系数C_l为7.22；当所述轮胎的类型为子午线轮胎时，所述轮胎系数C_l为11.2。

6.如权利要求2所述的一种获得汽车转向系统阻力的方法，其特征在于，所述获得轮胎接地印迹宽度以及轮胎接地印迹长度的步骤具体为：

通过实验获得所述轮胎接地印迹宽度B以及所述轮胎接地印迹长度L。

7.一种获得汽车转向系统阻力的装置，其特征在于，包括：

参数确定单元，用于确定所述汽车转向系统的轴重、外轮转角、内轮转角、前轮主销内倾角、转向拉杆力臂长度值，以及获得轮胎接地印迹宽度以及轮胎接地印迹长度；

转向回正阻力矩获得单元，用于通过下述公式一计算获得转向回正阻力矩T₀：

$T_0=\mathrm{\η}*\mathrm{Fz}*[\frac{g_z*c*(\cos {\mathrm{\θ}}_w-\cos {\mathrm{\θ}}_n)}{2}+\frac{{\mathrm{\θ}}_n*b*\sin 2\mathrm{\β}}{180}]---1)$

转向摩擦阻力矩获得单元，通过下述公式二计算获得转向摩擦阻力矩T₁：

$T_1=\mathrm{Fz}*f*\frac{\sqrt{B^2+L^2}}{4}---2)$

系统阻力矩获得单元，用于根据所获得的转向回正阻力矩T₀和转向摩擦阻力矩T₁获得所述汽车转向系统的系统阻力矩；

其中，η为效率系数，Fz为轴重，g_z为滚阻系数，c为主销偏移距，θ_w为外轮转角，θ_n为内轮转角，b为转向拉杆力臂长度，β为前轮主销内倾角，f为摩擦系数，B为轮胎接地印迹宽度，L为轮胎接地印迹长度。

8.如权利要求7所述的一种获得汽车转向系统阻力的装置，其特征在于，系统阻力矩获得单元通过将所述转向回正阻力矩T₀与所述转向摩擦阻力矩T₁两者相加，获得所述系统阻力矩T。

9.如权利要求8所述的一种获得汽车转向系统阻力的装置，其特征在于，所述参数确定单元进一步包括：

轮胎接地印迹长度计算单元，用于通过下述公式计算获得所述轮胎接地印迹长度L：

$L=1.7\sqrt{(R-\mathrm{\Δ})\mathrm{\Δ}}---3)$

$\mathrm{\Δ}=\frac{C_l*K*{\left(0.5\mathrm{Fz}\right)}^{0.85}}{B^{0.7}*R^{0.45}*P^{0.6}}---4)$

K=0.0015*B+0.42           5)

Fz=W*g            6)

其中，W为前轴荷，R为轮胎直径，C_l为轮胎系数，△为轮胎径向变形，K为系数，B为轮胎接地印迹宽度，P为胎压，g为重力加速度。

10.如权利要求9所述的一种获得汽车转向系统阻力的装置，其特征在于，

其中，所述效率系数η的取值范围为0.85～0.9，所述滚阻系数g_z为0.02，所述摩擦系数f为0.7；

当所述轮胎的类型为斜交轮胎时，所述轮胎系数C_l为7.22；当所述轮胎的类型为子午线轮胎时，所述轮胎系数C_l为11.2。