[发明专利]一种汽车转向操纵机构转动惯量和阻尼参数的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及车辆工程的系统参数辨识领域，特别是关于一种通过系统辨识确定汽车转向轴助力式电动助力转向系统的转向操纵机构中转向盘与转向轴的转动惯量和转向轴与转向管柱之间阻尼参数的测量方法。

背景技术

由于电动助力转向系统(以下简称EPS)具有助力特性可变、节能和结构简单等优点，在中小型汽车领域正逐渐取代传统的液压助力转向系统。根据助力电机位置的不同，EPS可分为转向轴助力式电动助力转向系统(C-EPS)，小齿轮助力式电动助力转向系统(P-EPS)和齿条助力式电动助力转向系统(R-EPS)。其中，转向轴助力式电动助力转向系统是目前应用广泛的助力型式之一，主要由控制器、转矩传感器、助力电机、蜗轮蜗杆减速器、机械转向系统等构成。在EPS产品设计和开发过程中，系统仿真技术发挥着重要的作用，仿真结果是否正确，以及是否具有实际指导意义取决于系统参数的设定是否准确。对于转向轴助力式电动助力转向系统而言，转向操纵机构中的转向盘与转向轴的转动惯量和转向轴与转向管柱之间的阻尼参数是系统建模时必不可少的参数。目前，国内已有学者设计了测量转向盘转动惯量的装置，如200910038476.3专利公开了一种转向盘转动惯量测试装置及其测量方法，201020679612.5专利公开了一种小型汽车零部件质心转动惯量测量装置。但是，还没有一种能够确定转向轴与转向管柱之间阻尼的测量方法，更没有同时确定转向轴助力式电动助力转向系统的转向操纵机构中转向盘与转向轴的转动惯量和转向轴与转向管柱之间阻尼参数的测量方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够同时确定汽车转向轴助力式电动助力转向系统的转向操纵机构中转向盘与转向轴的转动惯量和转向轴与转向管柱之间阻尼参数的测量方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种汽车转向操纵机构转动惯量和阻尼参数的测量方法，它包括以下步骤：1)设置一包括转向盘、转向管柱、内置有扭杆的转矩传感器和转向轴的转向轴助力式电动助力转向系统的转向操纵机构；将转向操纵机构中的转矩传感器的输出端连接一信号采集装置，将转向轴的下端通过一固定装置固定，向转向盘上施加力矩脉冲，转矩传感器检测扭杆上的转矩，并由信号采集装置6输出相应的时域转矩信号T_s(t)；2)对由步骤1)获取的时域转矩信号T_s(t)进行快速傅立叶变换，转换为频域转矩信号，从频域转矩信号中确定系统有阻尼振荡频率ω_d的数值；3)在由步骤1)获取的时域转矩信号T_s(t)的振荡衰减过程中提取若干振荡周期的转矩峰值，对其取对数，通过拟合算法拟合成直线，确定直线斜率，也即时域转矩信号T_s(t)衰减系数k的数值；4)基于步骤2)确定的系统有阻尼振荡圆频率ω_d和步骤3)确定的衰减系数k，通过求解下列方程组确定系统固有圆频率ω_n和系统相对阻尼系数的数值：

ωd=ωn1-ζ2;]]>

k=-ζωn;]]>

5)基于步骤4)确定的系统固有圆频率ω_n和系统相对阻尼系数以及转矩传感器中扭杆的刚度值K_s，通过下列计算表达式确定转向操纵机构的转动惯量J_s和转向轴与转向管柱之间的阻尼B_s的数值：