CN110376000A - 汽车转向系参数检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车技术领域，公开了一种汽车转向系参数检测装置及方法，该装置包括用于检测方向盘的转角的第一转角传感器、用于检测方向盘的扭矩的第一扭矩传感器以及用于检测车辆的转向轮的转角和扭矩的轮端检测机构，其中，轮端检测机构包括第一底座、第二底座、限位组件以及用于检测转向轮的转角的第二转角传感器和用于检测转向轮的扭矩的第二扭矩传感器。具体的，第一底座和第二底座均用于与承载面固接，限位组件能够在与第一底座转动连接和与第二底座固接之间选择性地切换，且限位组件被配置为能够与转向轮固接。该装置还包括用于驱动限位组件旋转的驱动组件。该汽车转向系参数检测装置及方法能够实现整车状态下，汽车转向系参数的检测。

Description

汽车转向系参数检测装置及方法

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种汽车转向系参数检测装置及方法。

背景技术

在汽车转向系统开发过程中，转向系刚度、转向系角传动比、转向系正效率、转向系逆效率、转向器齿条力等参数的检测是必不可少的。目前，汽车转向系参数的测试工作主要是供应商在零部件设计开发时进行的，这种零部件阶段的测试是有局限性的，脱离了布置、载荷、操纵机构、传动机构等的作用，与整车状态存在很大差异，测试效果并不理想，而受限于现有的测试设备和测试方法，尚无整车阶段的转向系参数检测。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种汽车转向系参数检测装置，以实现整车阶段转向系参数的检测。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种汽车转向系参数检测装置，包括：

第一转角传感器，用于检测方向盘的转角；

第一扭矩传感器，用于检测方向盘的扭矩；

轮端检测机构，用于检测车辆的转向轮的转角和扭矩，所述轮端检测机构包括第一底座、第二底座和限位组件，所述第一底座和所述第二底座均用于与承载面固接；所述限位组件能够在与所述第一底座转动连接和与所述第二底座固接之间选择性地切换，且所述限位组件被配置为能够与所述转向轮固接；所述轮端检测机构还包括用于检测所述转向轮的转角的第二转角传感器和用于检测所述转向轮的扭矩的第二扭矩传感器；

驱动组件，用于驱动所述限位组件旋转。

作为优选，所述限位组件包括限位本体、第一限位板和第二限位板，其中，所述第一限位板和所述第二限位板在所述限位本体的顶端平行且间隔设置，被配置为能够各位于所述转向轮的一侧，共同夹紧所述转向轮。

作为优选，所述第一底座包括用于与承载面连接的第一基体、设置于所述第一基体上的连接轴以及套设于所述连接轴外周的轴承，所述限位本体固套于所述轴承的外圈上。

作为优选，所述第一基体上布置有多个滚珠，所述限位本体的底端与各所述滚珠接触。

作为优选，所述第二底座包括用于与承载面连接的第二基体和设置于所述第二基体上的花键轴，所述限位本体的底端设有与所述花键轴匹配的插槽，所述花键轴插设于所述插槽中。

作为优选，所述限位本体的顶端平行且间隔设置有第一滑槽和第二滑槽，所述第一限位板和所述第二限位板均一端与所述第一滑槽滑动连接，另一端与所述第二滑槽滑动连接。

作为优选，所述限位本体包括安装部和设置于所述安装部上的蜗轮部，所述第一限位板和所述第二限位板均设置于所述安装部上；

所述驱动组件包括电机和与所述电机传动连接的蜗杆，所述蜗杆与所述蜗轮部啮合传动。

本发明的第二目的在于提供一种使用上述汽车转向系参数检测装置检测汽车转向系参数的方法，实现整车阶段转向系参数的检测。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种使用上述内容所述的汽车转向系参数检测装置检测汽车转向系参数的方法，包括：

将所述限位组件与所述第一底座转动连接，将所述转向轮与所述限位组件固接，转动所述方向盘，根据所述第一转角传感器与所述第二转角传感器检测到的值，计算转向系角传动比；根据所述第一扭矩传感器与所述第二扭矩传感器检测到的值，计算转向系正效率；根据所述第二扭矩传感器检测到的值以及转向拉杆至转向轮轮心之间的力臂的长度计算转向器齿条力；

将所述限位组件与所述第二底座固接，将所述转向轮与所述限位组件固接，转动所述方向盘，根据所述第一转角传感器与所述第一扭矩传感器检测到的值，计算转向系刚度。

作为优选，当所述限位组件与所述第一底座转动连接，并与所述转向轮固接时，启动所述驱动组件，驱动所述限位组件转动，根据所述第一扭矩传感器与所述第二扭矩传感器检测到的值，计算转向系逆效率。

作为优选，转向系角传动比为：所述限位组件与所述第一底座转动连接时，所述第一转角传感器与所述第二转角传感器检测到的值的比值；

转向系正效率为：所述限位组件与所述第一底座转动连接时，所述第一扭矩传感器与所述第二扭矩传感器检测到的值的比值；

转向器齿条力为：所述限位组件与所述第一底座转动连接时，所述第二扭矩传感器检测到的值与转向拉杆至转向轮轮心之间的力臂的长度的比值；

转向系逆效率为：所述限位组件与所述第一底座转动连接时，所述第二扭矩传感器与所述第一扭矩传感器检测到的值的比值；

转向系刚度为：所述限位组件与所述第二底座固接时，所述第一扭矩传感器与所述第一转角传感器检测到的值的比值。

本发明的有益效果：

使用本发明提供的汽车转向系参数检测装置时，第一底座和第二底座均固定于承载面上，限位组件与第二底座固接且与车辆的转向轮固定连接时，车辆的转向轮被间接固定于承载面上，不能相对承载面转动，此时，转动车辆的方向盘，由第一转角传感器和第一扭矩传感器检测到的值，即能够得出转向系刚度(转向系刚度＝方向盘的扭矩/方向盘的转角)；限位组件与第一底座转动连接且与车辆的转向轮固定连接时，限位组件能够相对第一底座转动，即车辆的转向轮能够相对承载面转动，此时，转动方向盘，通过第一转角传感器和第二转角传感器检测到的值，即能够得到转向系角传动比(转向系角传动比＝方向盘的转角/转向轮的转角)，通过第一扭矩传感器和第二扭矩传感器检测到的值，即能够得到转向系正效率(转向系正效率＝方向盘的扭矩/转向轮的扭矩)，通过第二扭矩传感器检测到的值以及转向拉杆与转向轮轮心之间的力臂的长度即能够得到转向器齿条力(转向器齿条力＝转向轮的扭矩/力臂长度)。限位组件与第一底座转动连接且与车辆的转向轮固定连接时，通过驱动组件带动限位组件及固定于限位组件上的转向轮转动，根据第一扭矩传感器和第二扭矩传感器检测到的值，即能够得到转向系逆效率(转向系逆效率＝转向轮的扭矩/方向盘的扭矩)。

通过本发明提供的汽车转向系参数检测装置及使用上述汽车转向系参数检测装置检测汽车转向系参数的方法均能够实现整车状态下，转向系刚度、转向系角传动比、转向系正效率、转向系逆效率以及转向器齿条力的检测，检测效果更为理想。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的汽车转向系参数检测装置的结构简图(部分结构未示出)；

图2是本发明提供的汽车转向系参数检测装置方向盘端的结构示意图；

图3是图1所示的汽车转向系参数检测装置中轮端检测机构的俯视图；

图4是第一底座的结构示意图；

图5是第二底座的结构示意图。

标号：

1－第一底座；11-第一基体；12-连接轴；13-轴承；14-滚珠；2-第二底座；21-第二基体；22-花键轴；3-限位组件；31-限位本体；311-第一滑槽；312-第二滑槽；313-安装部；314-蜗轮部；32-第一限位板；33-第二限位板；4-驱动组件；41-电机；42-蜗杆；100-方向盘；200-转向轮；300-第一扭矩转角传感器；400-第二扭矩转角传感器；500-转向轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

请参照图1，本实施例提供的汽车转向系参数检测装置包括用于检测方向盘100的转角的第一转角传感器、用于检测方向盘100的扭矩的第一扭矩传感器以及用于检测车辆的转向轮200的转角和扭矩的轮端检测机构。其中，轮端检测机构包括第一底座1、第二底座2、限位组件3以及用于检测转向轮200的转角的第二转角传感器和用于检测转向轮200的扭矩的第二扭矩传感器。具体的，第一底座1和第二底座2均用于与承载面固接，限位组件3能够在与第一底座1转动连接和与第二底座2固接之间选择性地切换，且限位组件3被配置为能够与转向轮200固接。该汽车转向系参数检测装置还包括用于驱动限位组件3旋转的驱动组件4。

使用本实施例提供的汽车转向系参数检测装置时，第一底座1和第二底座2均固定于承载面上，限位组件3与第二底座2固接且与车辆的转向轮200固定连接时，车辆的转向轮200被间接固定于承载面上，不能相对承载面转动，此时，转动车辆的方向盘100，由第一转角传感器和第一扭矩传感器检测到的值，即能够得出转向系刚度(转向系刚度＝方向盘100的扭矩/方向盘100的转角)。限位组件3与第一底座1转动连接且与车辆的转向轮200固定连接时，限位组件3能够相对第一底座1转动，即车辆的转向轮200能够相对承载面转动，此时，转动方向盘100，通过第一转角传感器和第二转角传感器检测到的值，即能够得到转向系角传动比(转向系角传动比＝方向盘100的转角/转向轮200的转角)，通过第一扭矩传感器和第二扭矩传感器检测到的值，即能够得到转向系正效率(转向系正效率＝方向盘100的扭矩/转向轮200的扭矩)，通过第二扭矩传感器检测到的值以及转向拉杆与转向轮200轮心之间的力臂的长度即能够得到转向器齿条力(转向器齿条力＝转向轮200的扭矩/力臂长度)。限位组件3与第一底座1转动连接且与车辆的转向轮200固定连接时，通过驱动组件4带动限位组件3及固定于限位组件3上的转向轮200转动，根据第一扭矩传感器和第二扭矩传感器检测到的值，即能够得到转向系逆效率(转向系逆效率＝转向轮200的扭矩/方向盘100的扭矩)。

通过本实施例提供的汽车转向系参数检测装置能够实现整车状态下，转向系刚度(与整车性能试验中的转向间隙、转向响应以及转向手感等相关)、转向系角传动比(与整车性能试验中的转向响应、转向手力以及转向特性等相关)、转向系正效率(与整车性能试验中的转向摩擦以及转向回正等相关)、转向系逆效率(与整车性能试验中的路面干扰以及反向手力等相关)以及转向器齿条力(是转向系统设计的输入，在方案设计和详细设计中起决定性作用)的检测，检测效率和检测精度均更高，检测效果更为理想，操作也更加便捷。

具体的，本实施例中，第一转角传感器和第一扭矩传感器可以是两个单独的传感器，也可以是组合为一体构成第一扭矩转角传感器300，同理，第二转角传感器和第二扭矩传感器可以是两个单独的传感器，也可以是组合为一体构成第二扭矩转角传感器400；限位组件3能够在与第一底座1转动连接和与第二底座2固接之间选择性地切换，该切换可以是通过人工操作实现的，也可以是通过机械自动化操作实现的。

为了安装的便捷，优选的，本实施例中，第一转角传感器和第一扭矩传感器组合为一体构成第一扭矩转角传感器300，第二转角传感器和第二扭矩传感器组合为一体构成第二扭矩转角传感器400。第一扭矩转角传感器300和第二扭矩转角传感器400采用现有技术中的产品即可，规格型号与本实施例提供的汽车转向系参数检测装置匹配即可。具体的，请参照1和图2，第一扭矩转角传感器300可以直接或者间接的安装于方向盘100或者与方向盘100连接的转向轴500上，第二扭矩转角传感器400可以是安装于限位本体31上并位于限位本体31的轴线上。

可选的，请参照图1和图3，限位组件3包括限位本体31以及在限位本体31的顶端平行且间隔设置的第一限位板32和第二限位板33，第一限位板32和第二限位板33能够各位于转向轮200的一侧，共同夹紧所述转向轮200。具体的，位于转向轮200一侧的第一限位板32和位于转向轮200另一侧的第二限位板33可以是螺栓连接，从而夹紧位于二者之间的转向轮200。

限位本体31的顶端可以平行且间隔设置有第一滑槽311和第二滑槽312，第一限位板32和第二限位板33均一端与第一滑槽311滑动连接，另一端与第二滑槽312滑动连接。

第一滑槽311和第二滑槽312的设置既便于第一限位板32和第二限位板33在限位本体31上的设置(各限位板的两端分别沿对应的第一滑槽311和第二滑槽312滑入即可)，又能够为第一限位板32和第二限位板33限位，实现转向轮200与限位本体31的同步运动。

具体的，第一限位板32和第二限位板33的两端可以均设置有凸起部，凸起部插设于对应的滑槽中并与之滑动连接。

进一步，请参照图1和图4，第一底座1包括用于与承载面(例如：地面)连接的第一基体11、设置于第一基体11上的连接轴12以及套设于连接轴12外周的轴承13，限位本体31的底端设置有与轴承13的外圈匹配的连接孔，限位本体31通过该连接孔固套于轴承13的外圈上。

更进一步的，第一基体11上布置有多个滚珠14，限位本体31的底端与各滚珠14接触。滚珠14既能够起到支撑限位本体31的作用，又能够减小限位本体31转动的阻力。

具体的，第一基体11呈圆柱状，其顶端沿圆周方向均匀设置有多个滚珠安装孔，每个滚珠安装孔中均设置有一个滚珠14，且滚珠14能够在滚珠安装孔中滚动。

可选的，请参照图5，第二底座2包括用于与承载面连接的第二基体21和设置于第二基体21上的花键轴22，限位本体31的底端设有与花键轴22匹配的插槽，花键轴22插设于插槽中。

具体的，限位本体31上用于与轴承13的外圈连接的连接孔和用于与花键轴22匹配的插槽可以是同位设置的，例如：插槽包括与连接孔重合的圆柱部和与圆柱部连通的键槽部。

请参照图1，本实施例中，限位本体31包括安装部313和设置于安装部313上的蜗轮部314，安装部313可以为圆柱状，蜗轮部314可以是围设于安装部313的侧面，也可以是与安装部313同轴并设置于安装部313的底端。第一限位板32和第二限位板33均设置于安装部313上。驱动组件4包括电机41和与电机41传动连接的蜗杆42，蜗杆42与蜗轮部314啮合传动。

优选的，为了避免测量转向系角传动比、转向系正效率以及转向器齿条力时驱动组件4的影响，驱动组件4可以是与限位组件3选择性地连接，即仅当检测转向系逆效率时，使驱动组件4与限位组件3连接。具体的，驱动组件4与限位组件3之间的选择性连接，可以是通过人工操作实现的，例如，在二者之间无需传动时，人工拆除蜗杆42或者移动驱动组件4，以使蜗杆42与蜗轮部314脱离。

本实施例提供的使用上述汽车转向系参数检测装置检测汽车转向系参数的方法，包括：

将限位组件3与第一底座1转动连接，将转向轮200与限位组件3固接(显然车辆处于未行驶状态)，转动方向盘，根据第一转角传感器与第二转角传感器检测到的值，计算转向系角传动比，根据第一扭矩传感器与第二扭矩传感器检测到的值，计算转向系正效率，根据第二扭矩传感器检测到的值以及转向拉杆至转向轮200轮心之间的力臂的长度计算转向器齿条力；

将限位组件3与第二底座2固接，将转向轮200与限位组件3固接，转动方向盘，根据第一转角传感器与第一扭矩传感器检测到的值，计算转向系刚度；

当限位组件3与第一底座1转动连接，并与所述转向轮200固接时，启动驱动组件4，驱动限位组件3转动，根据第一扭矩传感器与第二扭矩传感器检测到的值，计算转向系逆效率。

其中，转向系角传动比为：限位组件3与第一底座1转动连接时，转动方向盘，第一转角传感器与第二转角传感器检测到的值的比值。

转向系正效率为：限位组件3与第一底座1转动连接时，转动方向盘，第一扭矩传感器与第二扭矩传感器检测到的值的比值。

转向器齿条力为：限位组件3与第一底座1转动连接时，转动方向盘，第二扭矩传感器检测到的值与转向拉杆至转向轮200轮心之间的力臂的长度的比值。

转向系逆效率为：限位组件3与第一底座1转动连接时，启动驱动组件4，驱动限位组件3及固设于限位组件3上的转向轮200，第二扭矩传感器与第一扭矩传感器检测到的值的比值。

转向系刚度为：限位组件3与第二底座2固接时，转动方向盘，第一扭矩传感器与第一转角传感器检测到的值的比值。

可选的，本实施例中，关于数据处理，可以是数据采集系统采集各传感器检测到的数据，并将数据传输至计算机，在计算机相应软件中处理得出各参数的曲线图。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种汽车转向系参数检测装置，其特征在于，包括：

第一转角传感器，用于检测方向盘(100)的转角；

第一扭矩传感器，用于检测方向盘(100)的扭矩；

轮端检测机构，用于检测车辆的转向轮(200)的转角和扭矩，所述轮端检测机构包括第一底座(1)、第二底座(2)和限位组件(3)，所述第一底座(1)和所述第二底座(2)均用于与承载面固接；所述限位组件(3)能够在与所述第一底座(1)转动连接和与所述第二底座(2)固接之间选择性地切换，且所述限位组件(3)被配置为能够与所述转向轮(200)固接；所述轮端检测机构还包括用于检测所述转向轮(200)的转角的第二转角传感器和用于检测所述转向轮(200)的扭矩的第二扭矩传感器；

驱动组件(4)，用于驱动所述限位组件(3)旋转。

2.根据权利要求1所述的汽车转向系参数检测装置，其特征在于，所述限位组件(3)包括限位本体(31)、第一限位板(32)和第二限位板(33)，其中，所述第一限位板(32)和所述第二限位板(33)在所述限位本体(31)的顶端平行且间隔设置，被配置为能够各位于所述转向轮(200)的一侧，共同夹紧所述转向轮(200)。

3.根据权利要求2所述的汽车转向系参数检测装置，其特征在于，所述第一底座(1)包括用于与承载面连接的第一基体(11)、设置于所述第一基体(11)上的连接轴(12)以及套设于所述连接轴(12)外周的轴承(13)，所述限位本体(31)固套于所述轴承(13)的外圈上。

4.根据权利要求3所述的汽车转向系参数检测装置，其特征在于，所述第一基体(11)上布置有多个滚珠(14)，所述限位本体(31)的底端与各所述滚珠(14)接触。

5.根据权利要求2所述的汽车转向系参数检测装置，其特征在于，所述第二底座(2)包括用于与承载面连接的第二基体(21)和设置于所述第二基体(21)上的花键轴(22)，所述限位本体(31)的底端设有与所述花键轴(22)匹配的插槽，所述花键轴(22)插设于所述插槽中。

6.根据权利要求2所述的汽车转向系参数检测装置，其特征在于，所述限位本体(31)的顶端平行且间隔设置有第一滑槽(311)和第二滑槽(312)，所述第一限位板(32)和所述第二限位板(33)均一端与所述第一滑槽(311)滑动连接，另一端与所述第二滑槽(312)滑动连接。

7.根据权利要求2所述的汽车转向系参数检测装置，其特征在于，所述限位本体(31)包括安装部(313)和设置于所述安装部(313)上的蜗轮部(314)，所述第一限位板(32)和所述第二限位板(33)均设置于所述安装部(313)上；

所述驱动组件(4)包括电机(41)和与所述电机(41)传动连接的蜗杆(42)，所述蜗杆(42)与所述蜗轮部(314)啮合传动。

8.一种使用权利要求1-7中任一项所述的汽车转向系参数检测装置检测汽车转向系参数的方法，其特征在于，包括：

将所述限位组件(3)与所述第一底座(1)转动连接，将所述转向轮(200)与所述限位组件(3)固接，转动所述方向盘，根据所述第一转角传感器与所述第二转角传感器检测到的值，计算转向系角传动比；根据所述第一扭矩传感器与所述第二扭矩传感器检测到的值，计算转向系正效率；根据所述第二扭矩传感器检测到的值以及转向拉杆至转向轮(200)轮心之间的力臂的长度计算转向器齿条力；

将所述限位组件(3)与所述第二底座(2)固接，将所述转向轮(200)与所述限位组件(3)固接，转动所述方向盘，根据所述第一转角传感器与所述第一扭矩传感器检测到的值，计算转向系刚度。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述限位组件(3)与所述第一底座(1)转动连接，并与所述转向轮(200)固接时，启动所述驱动组件(4)，驱动所述限位组件(3)转动，根据所述第一扭矩传感器与所述第二扭矩传感器检测到的值，计算转向系逆效率。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

转向系角传动比为：所述限位组件(3)与所述第一底座(1)转动连接时，所述第一转角传感器与所述第二转角传感器检测到的值的比值；

转向系正效率为：所述限位组件(3)与所述第一底座(1)转动连接时，所述第一扭矩传感器与所述第二扭矩传感器检测到的值的比值；

转向器齿条力为：所述限位组件(3)与所述第一底座(1)转动连接时，所述第二扭矩传感器检测到的值与转向拉杆至转向轮(200)轮心之间的力臂的长度的比值；

转向系逆效率为：所述限位组件(3)与所述第一底座(1)转动连接时，所述第二扭矩传感器与所述第一扭矩传感器检测到的值的比值；

转向系刚度为：所述限位组件(3)与所述第二底座(2)固接时，所述第一扭矩传感器与所述第一转角传感器检测到的值的比值。