CN112231833B - 基于catia的等效转向阻力矩计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于CATIA的等效转向阻力矩计算方法。该计算方法的具体步骤如下：第一步，采用CATIA软件建立整车骨架模型；第二步，计算轮胎原地转向阻力矩：逐个计算出每个轮胎的转向阻力矩；第三步，计算轮胎原地转向等效转向阻力矩：第四步，绘制轮胎原地转向等效转向阻力矩曲线，横坐标为转向垂臂摆角，纵坐标为轮胎原地转向等效转向阻力矩。本发明减小设计人员的计算量，提高工作效率，提高计算结果的准确度，获得转向垂臂任意位置摆角与等效阻力矩的函数关系曲线图，对车辆转向过程中所需转向机的输出扭矩有了直观的感性认识。
Description
技术领域
本发明属于车辆阻力矩计算技术领域，具体涉及基于CATIA的等效转向阻力矩计算方法。
背景技术
现有方法为，首先，通过半经验公式计算出单个轮胎的原地转向阻力矩；其次，通过CATIA软件建立的骨架模型测量轮胎某一位置(如：正直向前直线行驶)时，转向垂臂、中间摇臂、转向节臂及转向梯形臂与对应受力转向拉杆的夹角；最后，根据牛顿定律、杠杆原理等计算出所需转向机的输出扭矩(即：转向机输出端的等效阻力矩)。通过此种方法计算出的等效阻力矩误差较大。由于所有力与力臂的夹角是三维空间的，测量出来的空间夹角需要根据旋转轴的方向进行三维向量分解，较为复杂。因此，很多情况下我们直接忽略了小角度的影响，直接用测量出的夹角近似的去计算，这样就导致等效阻力矩具有一定的误差。
其次，此种方法一次只能计算某一位置时刻的等效阻力矩，无法绘制出转向垂臂任意位置摆角与等效阻力矩的函数关系曲线图。因此，很多情况下我们仅计算直线行驶、左转极限和右转极限三种情况下的等效阻力矩。
发明内容
本发明的目的是提供基于CATIA的等效转向阻力矩计算方法，减小设计人员的计算量，提高工作效率，提高计算结果的准确度，获得转向垂臂任意位置摆角与等效阻力矩的函数关系曲线图，对车辆转向过程中所需转向机的输出扭矩有了直观的感性认识。
本发明的技术方案是，基于CATIA的等效转向阻力矩计算方法的具体步骤如下：
第一步，采用CATIA软件建立整车骨架模型：采用CATIA软件中的DMU模块建立运动机构，并进行接合约束，使用“法线”指令进行整车转向模拟，通过“速度和加速度”指令建立对转向垂臂和所有轮胎的角速度和角度监测，如果有助力油缸则需要建立助力缸伸缩轴线速度和位移监测，将车辆右转极限位置至左转极限位置的全过程模拟仿真结果导出；
第二步，计算轮胎原地转向阻力矩：逐个计算出每个轮胎的转向阻力矩，
轮胎在停车转向时的转向阻力矩可以利用如下公式计算：
其中，TZ是一个轮胎的停车转向阻力矩，单位为N·m；μ是轮胎和路面间的滑动摩擦系数，μ＝1.0；Gt是作用在一个轮胎上的垂直负荷，单位为N；p是轮胎气压，单位为Pa。
第三步，计算轮胎原地转向等效转向阻力矩：
单自由度的转向机构简化为一个构件，计算出原地转向时所需转向机的瞬时功率，再由已知的转向机输出端角速度可以计算出原地转向所需转向机的输出扭矩；
第四步，绘制轮胎原地转向等效转向阻力矩曲线，横坐标为转向垂臂摆角，纵坐标为轮胎原地转向等效转向阻力矩。
所述第三步，计算轮胎原地转向等效转向阻力矩的具体步骤如下：1)根据第一步计算结果中角速度和第二步计算得出的转向阻力矩，计算出4个轮胎原地转向瞬时功率的和，即轮胎原地转向总瞬时功率；
2)计算转向机的瞬时功率，转向机的瞬时功率等于轮胎原地转向总瞬时功率减去助力缸最大工作压力下输出瞬时功率；
3)计算轮胎原地转向等效转向阻力矩，即轮胎原地转向等效转向阻力矩等于转向机的瞬时功率除以转向垂臂角速度。
本发明的有益效果是，本发明的方法采用CATIA软件中“速度和加速度”传感器监测，可以实时准确地求解出运动机构在任何时刻、任何位置下，每个零件相对任意一个物体的位移、速度和加速度；本发明减小设计人员的计算量，提高工作效率，提高计算结果的准确度，获得转向垂臂任意位置摆角与等效阻力矩的函数关系曲线图，对车辆转向过程中所需转向机的输出扭矩有了直观的感性认识。
附图说明
图1为本发明基于CATIA的等效转向阻力矩计算方法中轮胎原地转向等效转向阻力矩曲线。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案作进一步详细描述。
本发明基于CATIA的等效转向阻力矩计算方法的具体步骤如下：
第一步，采用CATIA软件建立整车骨架模型，为了进行运动动力学仿真，我们需通过CATIA软件中的DMU模块建立运动机构并进行接合约束，使用“法线”指令进行整车转向模拟，通过“速度和加速度”指令建立了对转向垂臂和所有轮胎的角速度和角度监测，如果有助力油缸同时需要建立助力缸伸缩轴线速度和位移监测。然后就可以使用“激活传感器”功能监测到转向垂臂和所有轮胎的瞬时角速度以及助力油缸伸缩轴线速度，并将车辆右转极限位置至左转极限位置的全过程模拟仿真结果导出到EXCEL表格，见表1。
第二步，计算轮胎原地转向阻力矩。轮胎在停车转向时的转向阻力矩可以利用如下公式计算：
其中，TZ是一个轮胎的停车转向阻力矩，单位为N·m；μ是轮胎和路面间的滑动摩擦系数，一般取μ＝1.0；Gt是作用在一个轮胎上的垂直负荷，单位为N；p是轮胎气压，单位为Pa。
利用上述公式逐个计算出每个轮胎的转向阻力矩。
第三步，计算轮胎原地转向等效转向阻力矩，
等效力矩的瞬时功率与实际作用在机械上的所有外力和力矩的瞬时功率之和相等。简化单自由度机构的运动动力学问题。转向机构由多个零部件组成，每个零部件的运动状况又不尽相同，求解整车机构的转向运动比较复杂，因此，把单自由度的转向机构简化为一个构件，问题就大大简化了，这就是等效动力学模型。
轮胎原地转向时等效阻力矩的瞬时功率等于原地转向时所需转向机的瞬时功率与助力缸最大工作压力下输出瞬时功率之和。因此，可以计算出原地转向时所需转向机的瞬时功率，再由已知的转向机输出端角速度(即：垂臂角速度)可以计算出原地转向所需转向机的输出扭矩，如图1所示。
1、根据第一步的表1中的角速度和第二步的计算得出的转向阻力矩，计算出4个轮胎原地转向瞬时功率的和，即轮胎原地转向总瞬时功率，每个轮胎原地转向瞬时功率计算采用常用力矩与功率的关系公式。
2、计算转向机的瞬时功率，转向机的瞬时功率等于轮胎原地转向总瞬时功率减去助力缸最大工作压力下输出瞬时功率。
其中助力缸最大工作压力下输出瞬时功率等于助力缸伸缩线速度(见表1)乘以助力缸的压力。
3、计算轮胎原地转向等效转向阻力矩，即轮胎原地转向等效转向阻力矩等于转向机的瞬时功率除以转向垂臂角速度，参见表1。
以上计算过程均较为简单，都可以通过EXCEL表格编辑函数来实现，这里就不再赘述，计算结果见表1。
第四步，绘制轮胎原地转向等效转向阻力矩曲线，通过EXCEL表格绘制，横坐标为转向垂臂摆角，纵坐标为轮胎原地转向等效转向阻力矩。
表1：
Claims (1)
1.基于CATIA的等效转向阻力矩计算方法，其特征是：该计算方法的具体步骤如下：
第一步，采用CATIA软件建立整车骨架模型：采用CATIA软件中的DMU模块建立运动机构，并进行接合约束，使用“法线”指令进行整车转向模拟，通过“速度和加速度”指令建立对转向垂臂和所有轮胎的角速度和角度监测，如果有助力油缸则需要建立助力缸伸缩轴线速度和位移监测，将车辆右转极限位置至左转极限位置的全过程模拟仿真结果导出；
第二步，计算轮胎原地转向阻力矩：逐个计算出每个轮胎的转向阻力矩，
轮胎在停车转向时的转向阻力矩可以利用如下公式计算：
其中，TZ是一个轮胎的停车转向阻力矩，单位为N·m；μ是轮胎和路面间的滑动摩擦系数；Gt是作用在一个轮胎上的垂直负荷，单位为N；p是轮胎气压，单位为Pa；
第三步，计算轮胎原地转向等效转向阻力矩：
单自由度的转向机构简化为一个构件，计算出原地转向时所需转向机的瞬时功率，再由已知的转向机输出端角速度可以计算出原地转向所需转向机的输出扭矩；具体步骤如下：
1)根据第一步计算结果中角速度和第二步计算得出的转向阻力矩，计算出4个轮胎原地转向瞬时功率的和，即轮胎原地转向总瞬时功率；
2)计算转向机的瞬时功率，转向机的瞬时功率等于轮胎原地转向总瞬时功率减去助力缸最大工作压力下输出瞬时功率；
3)计算轮胎原地转向等效转向阻力矩，即轮胎原地转向等效转向阻力矩等于转向机的瞬时功率除以转向垂臂角速度；
第四步，绘制轮胎原地转向等效转向阻力矩曲线，横坐标为转向垂臂摆角，纵坐标为轮胎原地转向等效转向阻力矩。
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