專利名稱：一種汽車轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼參數(shù)的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛工程的系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種通過系統(tǒng)辨識(shí)確定汽車小齒輪或齒條助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向管柱之間阻尼參數(shù)的測量方法。
背景技術(shù)：
由于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(以下簡稱EPS)具有助力特性可變、節(jié)能和結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，在中小型汽車領(lǐng)域正逐漸取代傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。EPS主要由控制器、轉(zhuǎn)矩傳感器、助力電機(jī)、減速器、機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等幾部分構(gòu)成。根據(jù)助力電機(jī)位置的不同，EPS可分為轉(zhuǎn)向軸助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(C-EPS)，小齒輪助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(P-EPS)和齒條助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(R-EPS)。在EPS產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中，系統(tǒng)仿真技術(shù)發(fā)揮著重要的作用，仿真結(jié)果是否正確，以及是否具有實(shí)際指導(dǎo)意義取決于系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定是否準(zhǔn)確。對(duì)于P-EPS或R-EPS而言，轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向管柱之間的阻尼參數(shù)是系統(tǒng)建模時(shí)必不可少的參數(shù)。目前，國內(nèi)已有學(xué)者設(shè)計(jì)了用于測量轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的裝置，如200910038476. 3專利公開了一種轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量裝置及其測量方法，201020679612. 5專利公開了一種小型汽車零部件質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量裝置。但是，還沒有一種能夠確定轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向管柱之間阻尼的測量方法，更沒有同時(shí)確定小齒輪或齒條助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向管柱之間阻尼參數(shù)的測量方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠同時(shí)確定汽車小齒輪或齒條助力式 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向管柱之間阻尼參數(shù)的測量方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種汽車轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼參數(shù)的測量方法，其包括以下步驟I)設(shè)置一包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸、內(nèi)置有扭桿的轉(zhuǎn)矩傳感器和齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的小齒輪或齒條助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)；將轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出端連接一信號(hào)采集裝置，將齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的齒條的一端通過一固定裝置固定；向轉(zhuǎn)向盤上施加力矩脈沖，轉(zhuǎn)矩傳感器檢測扭桿上的轉(zhuǎn)矩，并由信號(hào)采集裝置輸出相應(yīng)的時(shí)域轉(zhuǎn)矩信號(hào)Ts(t)；2)對(duì)由步驟I)獲取的時(shí)域轉(zhuǎn)矩信號(hào)Ts (t)進(jìn)行快速傅立葉變換，轉(zhuǎn)換為頻域轉(zhuǎn)矩信號(hào)，從頻域轉(zhuǎn)矩信號(hào)中確定系統(tǒng)有阻尼振蕩頻率的數(shù)值；3)在由步驟I)獲取的時(shí)域轉(zhuǎn)矩信號(hào)Ts (t)的振蕩衰減過程中提取若干振蕩周期的轉(zhuǎn)矩峰值，對(duì)其取對(duì)數(shù)，通過擬合算法擬合成直線，確定直線斜率，也即時(shí)域轉(zhuǎn)矩信號(hào)Ts (t)衰減系數(shù)k的數(shù)值；
4)基于步驟2)確定的系統(tǒng)有阻尼振蕩圓頻率《d和步驟3)確定的衰減系數(shù)k，通過求解下列方程組確定系統(tǒng)固有圓頻率和系統(tǒng)相對(duì)阻尼系數(shù)(的數(shù)值a,d = a>n^\-g2 ;k = Wn ；5)基于步驟4)確定的系統(tǒng)固有圓頻率和系統(tǒng)相對(duì)阻尼系數(shù)(，以及轉(zhuǎn)矩傳感器中扭桿的剛度值Ks，通過下列計(jì)算表達(dá)式確定轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js和轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向管柱之間的阻尼Bs的數(shù)值
權(quán)利要求
1.一種汽車轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼參數(shù)的測量方法，其包括以下步驟 1)設(shè)置ー包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸、內(nèi)置有扭桿的轉(zhuǎn)矩傳感器和齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的小齒輪或齒條助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)；將轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出端連接一信號(hào)采集裝置，將齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的齒條的一端通過ー固定裝置固定；向轉(zhuǎn)向盤上施加力矩脈沖，轉(zhuǎn)矩傳感器檢測扭桿上的轉(zhuǎn)矩，并由信號(hào)采集裝置輸出相應(yīng)的時(shí)域轉(zhuǎn)矩信號(hào)Ts(t)； 2)對(duì)由步驟I)獲取的時(shí)域轉(zhuǎn)矩信號(hào)Ts(t)進(jìn)行快速傅立葉變換，轉(zhuǎn)換為頻域轉(zhuǎn)矩信號(hào)，從頻域轉(zhuǎn)矩信號(hào)中確定系統(tǒng)有阻尼振蕩頻率的數(shù)值； 3)在由步驟I)獲取的時(shí)域轉(zhuǎn)矩信號(hào)??；(t)的振蕩衰減過程中提取若干振蕩周期的轉(zhuǎn)矩峰值，對(duì)其取對(duì)數(shù)，通過擬合算法擬合成直線，確定直線斜率，也即時(shí)域轉(zhuǎn)矩信號(hào)Ts (t)衰減系數(shù)k的數(shù)值； 4)基于步驟2)確定的系統(tǒng)有阻尼振蕩圓頻率Cod和步驟3)確定的衰減系數(shù)k，通過求解下列方程組確定系統(tǒng)固有圓頻率ωη和系統(tǒng)相對(duì)阻尼系數(shù)ζ的數(shù)值
2.如權(quán)利要求I所述的ー種汽車轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼參數(shù)的測量方法，其特征在于所述步驟3)中，在由步驟I)獲取的時(shí)域轉(zhuǎn)矩信號(hào)！； (t)的振蕩衰減過程中提取6個(gè)連續(xù)振蕩周期的轉(zhuǎn)矩峰值。
3.如權(quán)利要求I或2所述的ー種汽車轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼參數(shù)的測量方法，其特征在干所述步驟3)中，擬合算法為最小二乗法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽車轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼參數(shù)的測量方法，它基于小齒輪或齒條助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，也即由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸、內(nèi)置有扭桿的轉(zhuǎn)矩傳感器和齒輪齒條轉(zhuǎn)向器構(gòu)成的轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的二階振蕩系統(tǒng)模型，對(duì)轉(zhuǎn)向盤施加力矩脈沖，用轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)自帶的轉(zhuǎn)矩傳感器連接一信號(hào)采集裝置，獲取系統(tǒng)相應(yīng)的時(shí)域轉(zhuǎn)矩信號(hào)，通過時(shí)域轉(zhuǎn)矩信號(hào)的FFT變換等方法確定系統(tǒng)的頻率特征值，進(jìn)而確定轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向管柱之間的阻尼參數(shù)。本發(fā)明無需借助額外的檢測裝置，簡單易行，可以廣泛用于汽車小齒輪或齒條助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)仿真過程中。
文檔編號(hào)G01M1/10GK102661869SQ20121011471
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者劉亞輝, 呂英超, 呂榮華, 姜殿鑫, 孫寧, 季學(xué)武 申請(qǐng)人:武漢捷隆汽車電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有限公司, 清華大學(xué)