CN115343075A - 一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量装置以及测试方法 - Google Patents

一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量装置以及测试方法 Download PDF

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张大川
李论
郑树东
王志铁
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Abstract

一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量装置以及测试方法，属于转向拉杆刚度技术领域，解决了转向拉杆刚度测试装置及测试方法由于无法高精度控制，造成无法保证转向系统动力学建模的输入正确性的问题。所述装置包括直线作动器、直线轴承、拉杆固定装置和位移测量装置；所述位移测量装置包括第一千分表、第二千分表和拉杆；所述拉杆一端连接第一千分表，另一端连接第二千分表；所述直线作动器一端固定连接，另一端连接直线轴承一端，直线轴承另一端连接位移测量装置一端，位移测量装置另一端连接拉杆固定装置。

Description

一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量装置以及测试 方法
技术领域
本发明涉及转向拉杆刚度技术领域，具体涉及一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量装置以及测试方法。
背景技术
转向系统动力学建模过程中需要测量转向系统各零部件的刚度。转向系统刚度测量试验包含转向系统刚度、转向柱刚度、转向中间轴刚度、转向器齿轮齿条啮合刚度、转向拉杆刚度等几部分组成。转向拉杆刚度的试验结果的精度对动力学建模中侧向力前束、回正力局前束、不足转向度、转向灵敏度、横摆相应时间等参数的精度的影响很大。
但现有的转向拉杆刚度测试装置及测试方法由于无法高精度控制，造成无法保证转向系统动力学建模的输入正确性。
发明内容
本发明解决了转向拉杆刚度测试装置及测试方法由于无法高精度控制，造成无法保证转向系统动力学建模的输入正确性的问题。
本发明所述的一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量装置，所述装置包括直线作动器401、直线轴承402、拉杆固定装置403和位移测量装置404；
所述位移测量装置404包括第一千分表41、第二千分表42和拉杆43；
所述拉杆43一端连接第一千分表41，另一端连接第二千分表42；
所述直线作动器401一端固定连接，另一端连接直线轴承402一端，直线轴承402另一端连接位移测量装置404一端，位移测量装置404另一端连接拉杆固定装置403。
本发明所述的一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量方法，所述装置是采用上述方法所述的一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量装置实现的，包括以下步骤：
步骤S1，标定两台扭转电机的扭矩与转角；
步骤S2，将转向器本体安装在壳体固定装置301上，在齿条末端安装齿条位移测量装置303；
步骤S3，缓慢转动转矩加载装置304，使转向器本体从中间位置移动到一侧极限位置，然后反向转动到另一侧极限位置，最后回到中间位置，得到转向器本体输入轴一侧转角θ1、输入轴另一侧转角θ2、输入轴一侧齿条位移S1和输入轴另一侧齿条位移S2后，计算出传动比；
步骤S4，将直线作动器401、直线轴承402和拉杆固定装置403连接，分别向拉、压两个方向施加力，测量其载荷F1和F2，直线作动器401位移S3和S4；
步骤S5，计算出直线作动器401和夹具刚度；
步骤S6，安装直线作动器401和夹具，分别向拉、压两个方向施加力，测量其载荷F3和F4、直线作动器401位移S5和S6、第一千分表41位移S7和第二千分表42位移S8；
步骤S7，计算出整体刚度；
步骤S8，计算拉杆43刚度；
步骤S9，判断步骤S7和步骤S8计算出的刚度是否满足条件，若满足条件，则进行步骤S10，若不满足条件，则进行步骤S1～S7；
步骤S10，计算出转角刚度。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤S1中，所述的标定两台扭转电机的扭矩与转角为：
调整两台扭转电机扭矩的参数精度至少达到0.001Nm，调整两台扭转电机转角的参数精度至少达到0.001°。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤S3中，所述的传动比的计算公式为：
i＝(θ1+θ2)/(S1+S2)，式中，θ1为转向器本体输入轴一侧转角，θ2为转向器本体输入轴另一侧转角，S1为转向器本体输入轴一侧齿条位移，S2为转向器本体输入轴另一侧齿条位移。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤S5中，所述的计算出直线作动器401和夹具刚度的计算公式为：
K1＝(F1+F2)/(S3+S4)，式中，F1为施加拉力的载荷，F2为施加压力的载荷，S3为施加拉力直线作动器401的位移，S4为施加压力直线作动器401的位移。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤S4或步骤S6中，所述的向拉、压两个方向施加力为至少5kN。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤S7中，所述的整体刚度的计算公式为：
K2＝(F3+F4)/(S5+S6)，式中，F3为施加拉力的载荷，F4为施加压力的载荷，S5为施加拉力时直线作动器401的位移，S6为施加压力时直线作动器401的位移。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤S8中，所述的拉杆43刚度的计算公式为：
K3＝(F3+F4)/(S8-S7)，式中，F3为施加拉力的载荷，F4为施加压力的载荷，S7为施加拉力时第一千分表41的位移，S8为施加压力时第二千分表42的位移。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤S9中，所述的判断步骤S7和步骤S8计算出的刚度是否满足条件为：
[(S8-S7)×(F1+F2)+(S3+S4)×(F3+F4)]/[(F3+F4)×(F1+F2)]∈[0.095,1.005]，式中，F1为施加拉力的载荷，F2为施加压力的载荷，F3为施加拉力的载荷，F4为施加压力的载荷，S3为施加拉力时直线作动器401的位移，S4为施加压力时直线作动器401的位移，S7为施加拉力时第一千分表41的位移，S8为施加压力时第二千分表42的位移。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤S10中，所述的转角刚度的计算公式为：
Figure BDA0003771681110000041
式中，F3为施加拉力的载荷，F4为施加压力的载荷，S1为转向器本体输入轴一侧齿条位移，S2为转向器本体输入轴另一侧齿条位移，S7为施加拉力时第一千分表41的位移，S8为施加压力时第二千分表42的位移，θ1为转向器本体输入轴一侧转角，θ2为转向器本体输入轴另一侧转角。
本发明解决了现转向拉杆刚度测试装置及测试方法由于无法高精度控制，造成无法保证转向系统动力学建模的输入正确性的问题。具体有益效果包括：
本发明所述的一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量装置，通过对转向拉杆刚度试验器件高精度控制的选取，以及提升了转向拉杆刚度试验精度，保证了转向系统动力学建模的输入正确性。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是具体实施方式所述的转向器本体刚度测量装置图，301为壳体固定装置，302为齿条固定装置，303为齿条位移测量装置，304为第三转矩加载装置。
图2是具体实施方式所述的转向拉杆刚度测量装置图，401为直线作动器，402为直线轴承，403为拉杆固定装置，404为位移测量装置，41为第一千分表，42为第二千分表，43为拉杆。
具体实施方式
下面结合附图将对本发明的多种实施方式进行清楚、完整地描述。通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本实施方式所述的一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量装置，所述装置包括直线作动器401、直线轴承402、拉杆固定装置403和位移测量装置404；
所述位移测量装置404包括第一千分表41、第二千分表42和拉杆43；
所述拉杆43一端连接第一千分表41，另一端连接第二千分表42；
所述直线作动器401一端固定连接，另一端连接直线轴承402一端，直线轴承402另一端连接位移测量装置404一端，位移测量装置404另一端连接拉杆固定装置403。
本实施方式所述的一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量方法，所述装置是采用上述实施方式所述的一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量装置实现的，包括以下步骤：
步骤S1，标定两台扭转电机的扭矩与转角；
步骤S2，将转向器本体安装在壳体固定装置301上，在齿条末端安装齿条位移测量装置303；
步骤S3，缓慢转动转矩加载装置304，使转向器本体从中间位置移动到一侧极限位置，然后反向转动到另一侧极限位置，最后回到中间位置，得到转向器本体输入轴一侧转角θ1、输入轴另一侧转角θ2、输入轴一侧齿条位移S1和输入轴另一侧齿条位移S2后，计算出传动比；
步骤S4，将直线作动器401、直线轴承402和拉杆固定装置403连接，分别向拉、压两个方向施加力，测量其载荷F1和F2，直线作动器401位移S3和S4；
步骤S5，计算出直线作动器401和夹具刚度；
步骤S6，安装直线作动器401和夹具，分别向拉、压两个方向施加力，测量其载荷F3和F4、直线作动器401位移S5和S6、第一千分表41位移S7和第二千分表42位移S8；
步骤S7，计算出整体刚度；
步骤S8，计算拉杆43刚度；
步骤S9，判断步骤S7和步骤S8计算出的刚度是否满足条件，若满足条件，则进行步骤S10，若不满足条件，则进行步骤S1～S7；
步骤S10，计算出转角刚度。
本实施方式中，所述的步骤S1中，所述的标定两台扭转电机的扭矩与转角为：
调整两台扭转电机扭矩的参数精度至少达到0.001Nm，调整两台扭转电机转角的参数精度至少达到0.001°。
本实施方式中，所述的步骤S3中，所述的传动比的计算公式为：
i＝(θ1+θ2)/(S1+S2)，式中，θ1为转向器本体输入轴一侧转角，θ2为转向器本体输入轴另一侧转角，S1为转向器本体输入轴一侧齿条位移，S2为转向器本体输入轴另一侧齿条位移。
本实施方式中，所述的步骤S5中，所述的计算出直线作动器401和夹具刚度的计算公式为：
K1＝(F1+F2)/(S3+S4)，式中，F1为施加拉力的载荷，F2为施加压力的载荷，S3为施加拉力直线作动器401的位移，S4为施加压力直线作动器401的位移。
本实施方式中，所述的步骤S4或步骤S6中，所述的向拉、压两个方向施加力为至少5kN。
本实施方式中，所述的步骤S7中，所述的整体刚度的计算公式为：
K2＝(F3+F4)/(S5+S6)，式中，F3为施加拉力的载荷，F4为施加压力的载荷，S5为施加拉力时直线作动器401的位移，S6为施加压力时直线作动器401的位移。
本实施方式中，所述的步骤S8中，所述的拉杆43刚度的计算公式为：
K3＝(F3+F4)/(S8-S7)，式中，F3为施加拉力的载荷，F4为施加压力的载荷，S7为施加拉力时第一千分表41的位移，S8为施加压力时第二千分表42的位移。
本实施方式中，所述的步骤S9中，所述的判断步骤S7和步骤S8计算出的刚度是否满足条件为：
[(S8-S7)×(F1+F2)+(S3+S4)×(F3+F4)]/[(F3+F4)×(F1+F2)]∈[0.095,1.005]，式中，F1为施加拉力的载荷，F2为施加压力的载荷，F3为施加拉力的载荷，F4为施加压力的载荷，S3为施加拉力时直线作动器401的位移，S4为施加压力时直线作动器401的位移，S7为施加拉力时第一千分表41的位移，S8为施加压力时第二千分表42的位移。
本实施方式中，所述的步骤S10中，所述的转角刚度的计算公式为：
Figure BDA0003771681110000081
式中，F3为施加拉力的载荷，F4为施加压力的载荷，S1为转向器本体输入轴一侧齿条位移，S2为转向器本体输入轴另一侧齿条位移，S7为施加拉力时第一千分表41的位移，S8为施加压力时第二千分表42的位移，θ1为转向器本体输入轴一侧转角，θ2为转向器本体输入轴另一侧转角。
本实施方式基于本发明所述的一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测试方法，提供一种实际的实施方式：
1、标定一台台直线作动器的位移和力，调整参数直至精度达到0.01mm、0.1N或以上；标定另一台台扭转电机的扭矩与转角，调整参数直至精度达到0.001°、0.001Nm或以上；标定位移测量装置位移精度达到0.01mm或以上。
2、如图1所示，将转向器本体(不带内外拉杆)安装在壳体固定装置301上，在齿条末端安装齿条位移测量装置303，此时不安装齿条固定装置302；
3、缓慢转动转矩加载装置304，使转向器从中间位置移动到一侧极限位置，然后反向转动到另一侧极限位置，最后回到中间位置，得到输入轴左右极限转角θ1、θ2、齿条位移S1、S2；
4、计算传动比i＝(θ1+θ2)/(S1+S2)；
5、将直线作动器401、直线轴承402和拉杆固定装置403连接，向拉、压两个方向加载至少5kN，测量载荷F1、F2，作动器位移S3、S4；
6、计算作动器及夹具刚度：K1＝(F1+F2)/(S3+S4)；
7、如图2所示,安装直线作动器401和夹具，将向拉、压两个方向加载至少5kN，测量载荷F3、F4、作动器位移S5、S6、第一千分表41位移S7、第二千分表42位移S8；
8、计算整体刚度：K2＝(F3+F4)/(S5+S6)；
9、计算拉杆刚度：K3＝(F3+F4)/(S8-S7)；
10、校核刚度准确性，满足下式进行下一步，不满足重新进行步骤1～7；
[(S8-S7)×(F1+F2)+(S3+S4)×(F3+F4)]/[(F3+F4)×(F1+F2)]∈[0.095,1.005]；
11、转化为转角刚度：
Figure BDA0003771681110000091
以上对本发明所提出的一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量装置以及测试方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量装置，其特征在于，所述装置包括直线作动器(401)、直线轴承(402)、拉杆固定装置(403)和位移测量装置(404)；
所述位移测量装置(404)包括第一千分表(41)、第二千分表(42)和拉杆(43)；
所述拉杆(43)一端连接第一千分表(41)，另一端连接第二千分表(42)；
所述直线作动器(401)一端固定连接，另一端连接直线轴承(402)一端，直线轴承(402)另一端连接位移测量装置(404)一端，位移测量装置(404)另一端连接拉杆固定装置(403)。
2.一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量方法，其特征在于，所述装置是采用权利要求1所述的一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量装置实现的，包括以下步骤：
步骤S1，标定两台扭转电机的扭矩与转角；
步骤S2，将转向器本体安装在壳体固定装置(301)上，在齿条末端安装齿条位移测量装置(303)；
步骤S3，缓慢转动转矩加载装置(304)，使转向器本体从中间位置移动到一侧极限位置，然后反向转动到另一侧极限位置，最后回到中间位置，得到转向器本体输入轴一侧转角θ1、输入轴另一侧转角θ2、输入轴一侧齿条位移S1和输入轴另一侧齿条位移S2后，计算出传动比；
步骤S4，将直线作动器(401)、直线轴承(402)和拉杆固定装置(403)连接，分别向拉、压两个方向施加力，测量其载荷F1和F2，直线作动器(401)位移S3和S4；
步骤S5，计算出直线作动器(401)和夹具刚度；
步骤S6，安装直线作动器(401)和夹具，分别向拉、压两个方向施加力，测量其载荷F3和F4、直线作动器(401)位移S5和S6、第一千分表(41)位移S7和第二千分表(42)位移S8；
步骤S7，计算出整体刚度；
步骤S8，计算拉杆(43)刚度；
步骤S9，判断步骤S7和步骤S8计算出的刚度是否满足条件，若满足条件，则进行步骤S10，若不满足条件，则进行步骤S1～S7；
步骤S10，计算出转角刚度。
3.根据权利要求2所述的一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量方法，其特征在于，所述的步骤S1中，所述的标定两台扭转电机的扭矩与转角为：
调整两台扭转电机扭矩的参数精度至少达到0.001Nm，调整两台扭转电机转角的参数精度至少达到0.001°。
4.根据权利要求2所述的一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量方法，其特征在于，所述的步骤S3中，所述的传动比的计算公式为：
i＝(θ1+θ2)/(S1+S2)，式中，θ1为转向器本体输入轴一侧转角，θ2为转向器本体输入轴另一侧转角，S1为转向器本体输入轴一侧齿条位移，S2为转向器本体输入轴另一侧齿条位移。
5.根据权利要求2所述的一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量方法，其特征在于，所述的步骤S5中，所述的计算出直线作动器(401)和夹具刚度的计算公式为：
K1＝(F1+F2)/(S3+S4)，式中，F1为施加拉力的载荷，F2为施加压力的载荷，S3为施加拉力直线作动器(401)的位移，S4为施加压力直线作动器(401)的位移。
6.根据权利要求2所述的一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量方法，其特征在于，所述的步骤S4或步骤S6中，所述的向拉、压两个方向施加力为至少5kN。
7.根据权利要求2所述的一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量方法，其特征在于，所述的步骤S7中，所述的整体刚度的计算公式为：
K2＝(F3+F4)/(S5+S6)，式中，F3为施加拉力的载荷，F4为施加压力的载荷，S5为施加拉力时直线作动器(401)的位移，S6为施加压力时直线作动器(401)的位移。
8.根据权利要求2所述的一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量方法，其特征在于，所述的步骤S8中，所述的拉杆(43)刚度的计算公式为：
K3＝(F3+F4)/(S8-S7)，式中，F3为施加拉力的载荷，F4为施加压力的载荷，S7为施加拉力时第一千分表(41)的位移，S8为施加压力时第二千分表(42)的位移。
9.根据权利要求2所述的一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量方法，其特征在于，所述的步骤S9中，所述的判断步骤S7和步骤S8计算出的刚度是否满足条件为：
[(S8-S7)×(F1+F2)+(S3+S4)×(F3+F4)]/[(F3+F4)×(F1+F2)]∈[0.095,1.005]，式中，F1为施加拉力的载荷，F2为施加压力的载荷，F3为施加拉力的载荷，F4为施加压力的载荷，S3为施加拉力时直线作动器(401)的位移，S4为施加压力时直线作动器(401)的位移，S7为施加拉力时第一千分表(41)的位移，S8为施加压力时第二千分表(42)的位移。
10.根据权利要求2所述的一种用于动力学模型辨识的转向拉杆刚度测量方法，其特征在于，所述的步骤S10中，所述的转角刚度的计算公式为：
Figure FDA0003771681100000041
式中，F3为施加拉力的载荷，F4为施加压力的载荷，S1为转向器本体输入轴一侧齿条位移，S2为转向器本体输入轴另一侧齿条位移，S7为施加拉力时第一千分表(41)的位移，S8为施加压力时第二千分表(42)的位移，θ1为转向器本体输入轴一侧转角，θ2为转向器本体输入轴另一侧转角。
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