[發明專利]一種汽車轉向操縱機構轉動慣量和阻尼參數的測量方法

有效

• 申請號: 201210114713.1
• 申請日: 2012-04-18
• 公開（公告）號: CN102661869A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 季學武;呂英超;劉亞輝;孫寧;姜殿鑫;呂榮華
• 申請（專利權）人: 清華大學;武漢捷隆汽車電動轉向系統有限公司
• 主分類號: G01M17/06
• 分類號: G01M17/06;G01M1/10
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;關暢

技術領域

本發明涉及車輛工程的系統參數辨識領域，特別是關于一種通過系統辨識確定汽車小齒輪或齒條助力式電動助力轉向系統的轉向操縱機構的轉動慣量和轉向軸與轉向管柱之間阻尼參數的測量方法。

背景技術

由于電動助力轉向系統(以下簡稱EPS)具有助力特性可變、節能和結構簡單等優點，在中小型汽車領域正逐漸取代傳統的液壓助力轉向系統。EPS主要由控制器、轉矩傳感器、助力電機、減速器、機械轉向系統等幾部分構成。根據助力電機位置的不同，EPS可分為轉向軸助力式電動助力轉向系統(C-EPS)，小齒輪助力式電動助力轉向系統(P-EPS)和齒條助力式電動助力轉向系統(R-EPS)。在EPS產品設計和開發過程中，系統仿真技術發揮著重要的作用，仿真結果是否正確，以及是否具有實際指導意義取決于系統參數的設定是否準確。對于P-EPS或R-EPS而言，轉向操縱機構的轉動慣量和轉向軸與轉向管柱之間的阻尼參數是系統建模時必不可少的參數。目前，國內已有學者設計了用于測量轉向盤轉動慣量的裝置，如200910038476.3專利公開了一種轉向盤轉動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心轉動慣量測量裝置。但是，還沒有一種能夠確定轉向軸與轉向管柱之間阻尼的測量方法，更沒有同時確定小齒輪或齒條助力式電動助力轉向系統的轉向操縱機構轉動慣量和轉向軸與轉向管柱之間阻尼參數的測量方法。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種能夠同時確定汽車小齒輪或齒條助力式電動助力轉向系統的轉向操縱機構的轉動慣量和轉向軸與轉向管柱之間阻尼參數的測量方法。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種汽車轉向操縱機構轉動慣量和阻尼參數的測量方法，其包括以下步驟：

1)設置一包括轉向盤、轉向軸、轉向管柱、轉向傳動軸、內置有扭桿的轉矩傳感器和齒輪齒條轉向器的小齒輪或齒條助力式電動助力轉向系統的轉向操縱機構；將轉向操縱機構中的轉矩傳感器的輸出端連接一信號采集裝置，將齒輪齒條轉向器的齒條的一端通過一固定裝置固定；向轉向盤上施加力矩脈沖，轉矩傳感器檢測扭桿上的轉矩，并由信號采集裝置輸出相應的時域轉矩信號T_s(t)；

2)對由步驟1)獲取的時域轉矩信號T_s(t)進行快速傅立葉變換，轉換為頻域轉矩信號，從頻域轉矩信號中確定系統有阻尼振蕩頻率ω_d的數值；

3)在由步驟1)獲取的時域轉矩信號T_s(t)的振蕩衰減過程中提取若干振蕩周期的轉矩峰值，對其取對數，通過擬合算法擬合成直線，確定直線斜率，也即時域轉矩信號T_s(t)衰減系數k的數值；

4)基于步驟2)確定的系統有阻尼振蕩圓頻率ω_d和步驟3)確定的衰減系數k，通過求解下列方程組確定系統固有圓頻率ω_n和系統相對阻尼系數ζ的數值：

ωd=ωn1-ζ2;]]>

k＝-ζω_n；

5)基于步驟4)確定的系統固有圓頻率ω_n和系統相對阻尼系數ζ，以及轉矩傳感器中扭桿的剛度值K_s，通過下列計算表達式確定轉向操縱機構的轉動慣量J_s和轉向軸與轉向管柱之間的阻尼B_s的數值：