一種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，特別是設(shè)及一種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 轉(zhuǎn)向力是評價(jià)整車轉(zhuǎn)向性能一項(xiàng)重要指標(biāo)，轉(zhuǎn)向力的大小及力矩波動直接影響駕 駛舒適性。隨著人們對駕駛舒適性要求的提高，對轉(zhuǎn)向的要求也越來越高，現(xiàn)在乘用車的轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)主流為EHPS化lechonic Hy化ostatic Power Steering)或EPS化lechic Power Steering),可提高轉(zhuǎn)向的舒適性，在節(jié)能環(huán)保方面也有顯著效果。但無論是EHPS還是EI^系 統(tǒng)都離不開轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)一一轉(zhuǎn)向管柱。轉(zhuǎn)向管柱布置設(shè)計(jì)的好壞直接影響轉(zhuǎn)向力傳遞， 如果布置的不合理會影響轉(zhuǎn)向的舒適性，而且對轉(zhuǎn)向累或者電機(jī)等部件的使用壽命會造成 不利的影響。
[0003] 目前轉(zhuǎn)向管柱大部分是采空間雙萬向節(jié)連接，有許多的文獻(xiàn)對雙萬向節(jié)轉(zhuǎn)向管柱 提出了解決方案。如在《雙十字軸式萬向聯(lián)軸器中間軸相位角的優(yōu)化設(shè)計(jì)》中到了雙萬向節(jié) 的應(yīng)用，但沒有給出基本的布置要求，又要求使用者掌握Adams軟件及向量的應(yīng)用，增加的 使用難度。在《汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)十字軸萬向節(jié)傳動優(yōu)化設(shè)計(jì)》中，也是針對雙萬向節(jié)，采用控制 變量法應(yīng)用matlab軟件進(jìn)行運(yùn)動仿真，運(yùn)種方法比較繁瑣而且不夠準(zhǔn)確，并且要求使用者 有一定的高數(shù)、編程等知識儲備，而且不能形象的說明優(yōu)化結(jié)果。因此，現(xiàn)有的轉(zhuǎn)向管柱設(shè) 計(jì)方法設(shè)計(jì)過程復(fù)雜，不易掌握。
[0004] 根據(jù)機(jī)械傳動原理可得，單個(gè)十字軸萬向節(jié)的主、從動叉軸轉(zhuǎn)角化、化間的關(guān)系 為：
[0005] tan化=tan化X cosa ;式中：0a為主動叉軸轉(zhuǎn)角、化為與化相對應(yīng)的從動叉軸轉(zhuǎn) 角、α為兩軸夾角。
[0006] 上式又可 W寫為：化= a;rctan(ta址a/cosa);
[0007] 若夾角不變，將上式兩邊對時(shí)間求導(dǎo)數(shù)，整理后得：wb= wak〇sa/(l -sin2a cos2化）];式中：wa-主動叉軸角速度；cob為從動叉軸角速度。
[000引由上式可W看出wa cosa < cob < wa/cosa，即單萬向節(jié)具有不等速特性。
[0009] 因此，若轉(zhuǎn)向管柱的設(shè)計(jì)不合理，將會存在明顯的輸入輸出轉(zhuǎn)速不同的問題，并且 轉(zhuǎn)向管柱的轉(zhuǎn)動力矩也會存在明顯的波動，不僅影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向精度和駕駛舒適性， 同時(shí)對轉(zhuǎn)向累或者電機(jī)等部件的使用壽命會造成不利的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提供一種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化方法，用于降低汽車轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，并提高汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制精度。
[ooW 本發(fā)明是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的：
[0012 ] -種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化方法，包括：
[0013]先選用空間雙萬向節(jié)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，對轉(zhuǎn)向管柱布置硬點(diǎn)進(jìn)行初選；
[0014]判斷轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是否滿足空間分布條件:輸入軸與傳動軸的夾角α1及傳動軸與輸出 軸的夾角均不小于150°，并且所述α1與α2的差值不大于20%
[001引若是，則根據(jù)公式：
[0016]
[0017] 判斷所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是否滿足輸入輸出等速條件，其中，所述ω1為輸入軸的角速 度，ω 3為輸出軸的角速度，αι為輸入軸與傳動軸的夾角，〇2為傳動軸與輸出軸的夾角，約為 輸入軸的輸入角度，把為輸出軸的輸出角度；
[0018] 若所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不滿足空間分布條件和輸入輸出等速條件，則在所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中 增設(shè)套軸，并調(diào)整轉(zhuǎn)向管柱布置硬點(diǎn)，調(diào)整后再次判斷轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是否滿足所述空間分布條 件和輸入輸出等速條件；
[0019] 若調(diào)整后仍不能滿足空間分布條件和輸入輸出等速條件，則將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)調(diào)整成空 間Ξ萬向節(jié)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并選擇轉(zhuǎn)向管柱的布置硬點(diǎn)；
[0020] 判斷所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是否滿足空間分布條件和輸入輸出等速條件；
[0021] 若所述Ξ萬向節(jié)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不滿足空間分布條件和輸入輸出等速條件，則在所述轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)中增設(shè)套軸，并調(diào)整轉(zhuǎn)向管柱布置硬點(diǎn)，調(diào)整后再次判斷轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是否滿足所述空 間分布條件和輸入輸出等速條件；
[0022] 當(dāng)所述雙萬向節(jié)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或Ξ萬向節(jié)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)滿足空間分布條件和輸入輸出等 速條件時(shí)，測量傳動軸的相位角Θ，并對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動仿真；
[0023] 將仿真結(jié)果做成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的波動曲線圖，并計(jì)算出波動率。
[0024] 進(jìn)一步的，在所述對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動仿真之前，還包括：
[0025] 調(diào)整傳動軸的相位角Θ，使所述動軸的相位角Θ等于輸入軸與傳動軸所確定平面S1 與傳動軸與輸出軸所確定平面S2的夾角，其中，如果S2相對S1順時(shí)針轉(zhuǎn)過Θ，則所述相位角 為+Θ ;如果S2相對S1逆時(shí)針轉(zhuǎn)過Θ，則所述相位角為-Θ。
[0026] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提供的另一技術(shù)方案為：一種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化方 法，包括：
[0027] 先選用空間Ξ萬向節(jié)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，對轉(zhuǎn)向管柱布置硬點(diǎn)進(jìn)行初選；
[0028] 判斷轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是否滿足空間分布條件:輸入軸與傳動軸的夾角α1及傳動軸與輸出 軸的夾角02均不小于150°，并且所述α1與α2的差值不大于20%
[0029] 若是，則根據(jù)公式：
[0030]
[0031] 判斷所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是否滿足輸入輸出等速條件，其中，所述ω1為輸入軸的角速 度，ω3為輸出軸的角速度，αι為輸入軸與傳動軸的夾角，為傳動軸與輸出軸的夾角，約為 輸入軸的輸入角度，從為輸出軸的輸出角度；
[0032] 若所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不滿足空間分布條件和輸入輸出等速條件，則在所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中 增設(shè)套軸，并調(diào)整轉(zhuǎn)向管柱布置硬點(diǎn)，調(diào)整后再次判斷轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是否滿足所述空間分布條 件和輸入輸出等速條件；
[0033] 若調(diào)整后仍不能滿足空間分布條件和輸入輸出等速條件，則將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)調(diào)整成空 間雙萬向節(jié)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并選擇轉(zhuǎn)向管柱的布置硬點(diǎn)；
[0034] 判斷所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是否滿足空間分布條件和輸入輸出等速條件；
[0035] 若所述雙萬向節(jié)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不滿足空間分布條件和輸入輸出等速條件，則在所述轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)中增設(shè)套軸，并調(diào)整轉(zhuǎn)向管柱布置硬點(diǎn)，調(diào)整后再次判斷轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是否滿足所述空 間分布條件和輸入輸出等速條件；
[0036] 當(dāng)所述雙萬向節(jié)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或Ξ萬向節(jié)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)滿足空間分布條件和輸入輸出等 速條件時(shí)，測量傳動軸的相位角Θ，并對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動仿真；
[0037] 將仿真結(jié)果做成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的波動曲線圖，并計(jì)算出波動率。
[0038] 進(jìn)一步的，在所述對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動仿真之前，還包括：
[0039] 調(diào)整傳動軸的相位角Θ，使所述動軸的相位角Θ等于輸入軸與傳動軸所確定平面S1 與傳動軸與輸出軸所確定平面S2的夾角，其中，如果S2相對S1順時(shí)針轉(zhuǎn)過Θ，則所述相位角 為+Θ ;如果S2相對S1逆時(shí)針轉(zhuǎn)過Θ，則所述相位角為-Θ。
[0040] 本發(fā)明的有益效果為：
[0041] 本發(fā)明汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化方法設(shè)計(jì)過程簡單、容易理解和掌握，并且能準(zhǔn)確的算 出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的相位角，轉(zhuǎn)身系統(tǒng)的空間分布合理，明顯提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輸入輸出等速性，降 低了轉(zhuǎn)動力矩波動性。
【附圖說明】
[0042] 圖1為本發(fā)明實(shí)施方式汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化方法的步驟流程圖；
[0043] 圖2為本發(fā)明實(shí)施方式中所設(shè)及到的空間雙萬向節(jié)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044] 圖3為本某車型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化前后的轉(zhuǎn)動波動對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，W下結(jié)合實(shí)施方式 并配合附圖詳予說明。
[0046] 請參閱圖及圖2,本發(fā)明實(shí)施方式，一種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化方法，其包括：
[0047] S1、根據(jù)整車布置要求，先選用空間雙萬向節(jié)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并對轉(zhuǎn)向管柱布置硬點(diǎn)進(jìn) 行初選;在該步驟中，可用CATIAS維設(shè)置軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)向管柱布的設(shè)計(jì)與硬點(diǎn)設(shè)置。
[0048] S2、判斷所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是否滿足空間分布條件，所述空間分布條件:轉(zhuǎn)向管柱的輸 入軸與傳動軸的夾角α1及傳動軸與輸出軸的夾角均不小于150%并且所述α1與α2的差值 不大于20°。
[0049 ]若轉(zhuǎn)向系統(tǒng)滿足空間分布條件，則根據(jù)公式：
[0052] S3、判斷所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是否滿足輸入輸出等速條件，其中，所述ω1為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的 輸入軸的角速度，ω 3為輸出軸的角速度，αι為輸入軸與傳動軸的夾角，02為傳動軸與輸出軸 的夾角，約為輸入軸的輸入角度，奶為輸出軸的輸出角度。其中，所述公式（1)和公式(2)中 由單萬向節(jié)具有不等速特性W及單個(gè)十字軸萬向節(jié)的主、從動叉軸轉(zhuǎn)角化、化間的關(guān)系推 導(dǎo)出的，忽略管柱傳動機(jī)構(gòu)各處摩擦產(chǎn)生的影響，根據(jù)瞬時(shí)功率相等條件，輸出軸上的轉(zhuǎn)矩 為： 園
(3),
[0054] 公式(3)中：Τ1為軸1轉(zhuǎn)矩，Τ3為軸3轉(zhuǎn)矩。
[0055] 因此，雙萬向節(jié)輸入輸出等速條件(Ξ萬向節(jié)輸入輸出等速的條件與雙萬向節(jié)輸 入輸出等速條件相適）：
[0056] ①輸入軸、傳動軸、輸出軸Ξ段軸共面；
[0057] ②αι= ±02,既輸入軸與傳動軸夾角等于傳動軸與輸出軸夾角(W型或Ζ型）；
[0058] ③傳動軸兩端的節(jié)叉軸線位于同一平面。
[0059] 若所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)同時(shí)滿足空間分布條件和輸入輸出等速條件，則測量傳動軸相位 角。
[0060] S4、若所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不同時(shí)滿足空間分布條件和輸入輸出等速條件，則在所述轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)中增設(shè)套軸，并調(diào)整轉(zhuǎn)向管柱布置硬點(diǎn)，調(diào)整后再次判斷轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是否滿足所述空 間分布條件和輸入輸出等速條件。
[0061] S5、若調(diào)整后仍不能滿足空間分布條件和輸入輸出等速條件，則將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)調(diào)整 成空間Ξ萬向節(jié)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并選擇轉(zhuǎn)向管柱的布置硬點(diǎn)。
[0062] S6、判斷所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是否