一种转向停车工况系统运动学台架的制作方法

1.本发明涉及一种试验台架，尤其涉及一种对车辆转向系统进行测试的试验台架。


背景技术：

2.停车工况是车辆转向系统典型工况之一，以往系统疲劳试验需要用道路试验来验证，近年来越来越多采用台架试验代替道路试验的方法来验证。
3.现有台架的设计方案主要有两种，一是转向系统处于静态，只加载载荷；二是转向系统作简单直线或平面运动。此两种方案均是对整车道路工况的有条件简化，不能完全反映或者接近整车工况，均不能复现转向系统在整车环境下多自由度运动情况，因此容易导致台架替代道路试验的效果大打折扣。
4.究其原因，道路试验停车工况下，转向系统运动学是动态的，硬点运动是多自由度的，而现存台架为了方便设计，均通过简化空间运动学的方法来实现，这种简化方法虽然降低了台架的设计难度，却也带来了台架复现整车工况效果差的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种转向停车工况系统运动学台架，其目的在于解决现存台架方案中转向拉杆处于静态或简化后的直线/平面运动，而非跟整车状态一致的空间运动，从而提高台架替代道路试验的真实性和有效性。
6.为了实现上述目的，本发明提出了一种转向停车工况系统运动学台架，其用于与被测试的转向系统连接，其包括：
7.龙门架；
8.转向柱调节机构，其用于与所述转向系统的转向柱连接，所述转向柱调节机构与所述龙门架可滑动连接，以能够沿着龙门架在z轴方向上滑动，所述转向柱调节机构还被设置为能够绕着垂直于z轴方向的x轴转动；
9.成对设置的模拟转向节机构，其分别用于与转向系统的两个转向机球销对应连接；其中每一个模拟转向节机构均包括：
10.立柱，其上设有在z轴方向上延伸的滑轨；
11.主销高度调节滑块，其设于所述立柱上，并能够沿着所述滑轨上下滑动；
12.主销水平角度调节臂，其与所述主销高度调节滑块可转动连接，以能够绕着x轴转动；
13.主销垂直角度调节臂，其与所述主销水平角度调节臂可转动连接，以能够绕着垂直于x轴方向的y轴转动；
14.模拟转向节主体，其通过轴承与所述主销垂直角度调节臂可转动地连接，所述模拟转向节主体上设有试验载荷加载臂；
15.模拟转向节臂，其与所述模拟转向节主体固定连接，所述模拟转向节臂上设有与转向机球销适配的球销安装孔。
16.进一步地，在本发明所述的转向停车工况系统运动学台架中，所述立柱的底座上设有沿y轴方向延伸的立柱腰孔。
17.进一步地，在本发明所述的转向停车工况系统运动学台架中，所述转向柱调节机构包括：
18.龙门架滑块，其套设于所述龙门架上，以能够沿着龙门架在z轴方向上滑动；
19.横梁，其与所述龙门架滑块可转动连接，以能够绕着x轴转动；
20.夹具，其与所述横梁连接，所述夹具用于与所述转向柱连接。
21.进一步地，在本发明所述的转向停车工况系统运动学台架中，所述横梁上设有沿x轴方向延伸的横梁腰孔。
22.通过该横梁腰孔，配合对应的螺栓，可以调节夹具在x轴方向上的位置。
23.进一步地，在本发明所述的转向停车工况系统运动学台架中，所述夹具上设有沿y轴方向延伸的夹具腰孔。
24.通过该夹具腰孔，配合对应的螺栓，可以调节夹具在y轴方向上的位置。
25.进一步地，在本发明所述的转向停车工况系统运动学台架中，所述龙门架的底座上设有沿x轴方向延伸的龙门架腰孔。
26.通过该龙门架腰孔，配合对应的螺栓，可以调节龙门架在x轴方向上的位置。
27.进一步地，本发明所述的转向停车工况系统运动学台架还包括转向机安装平台，其设于转向系统的转向机下方。
28.更进一步地，在本发明所述的转向停车工况系统运动学台架中，所述转向机安装平台包括：
29.基础平台；
30.安装平台，其设于所述基础平台上，所述安装平台用于与转向机连接。
31.更进一步地，所述基础平台上设有沿x轴方向延伸的长型槽。
32.通过该长型槽，配合对应的螺栓，可以调节安装平台在x轴方向上的位置。
33.更进一步地，在本发明所述的转向停车工况系统运动学台架中，所述安装平台上设有沿y轴方向延伸的安装平台腰孔。
34.通过该安装平台腰孔，配合对应的螺栓，可以调节安装平台在y轴方向上的位置。
35.由此，被测试的转向系统的转向机可以固定设置在安装平台上，转向柱可以被夹具固定，其中夹具的角度和位置均是可调的，从而可以满足不同平台不同车型转向柱结构和位置不同的要求。
36.本发明通过模拟转向节机构来模拟“转向节”和“主销”，使转向硬点s2(转向拉杆和转向节臂的连接点)固定夹具的旋转轴线和硬点运动学整车布置保持一致。并且，通过模拟转向节机构实现了转向硬点s2硬点的夹具整体多自由度可调，以满足不同平台不同车型的转向梯形结构布置。
37.本发明可以通过下述加载方式实现对转向系统的载荷复现：转向扭矩和角度通过转向柱轴端施加到试验对象，左右拉杆载荷通过液压缸将力和位移加载到试验载荷加载臂上，以驱动模拟转向节主体绕虚拟的主销轴线发生转动，从而使转向拉杆受载和发生空间运动。
38.本发明所述的转向停车工况系统运动学台架解决了现存台架方案中转向拉杆处
于静态或简化后的直线/平面运动，从而提高了台架替代道路试验的真实性和有效性。
附图说明
39.图1示意性地显示了车辆转向系统的工作原理示意图。
40.图2示意性地显示了本发明所述的转向停车工况系统运动学台架在一种实施方式下的整体结构示意图。
41.图3示意性地显示了被测试的转向系统的结构示意图。
42.图4局部放大地显示了图3中的a处。
43.图5示意性地显示了本发明所述的转向停车工况系统运动学台架在一种实施方式下的一个模拟转向节机构的结构示意图。
44.图6示意性地显示了本发明所述的转向停车工况系统运动学台架在一种实施方式下的模拟转向节的结构。
45.图7示意性地显示了本发明所述的转向停车工况系统运动学台架在一种实施方式下的主销角度调节部件在一个视角下的结构。
46.图8示意性地显示了本发明所述的转向停车工况系统运动学台架在一种实施方式下的主销角度调节部件在另一个视角下的结构。
47.图9示意性地显示了本发明所述的转向停车工况系统运动学台架在一种实施方式下的立柱的结构。
48.图10示意性地显示了本发明所述的转向停车工况系统运动学台架在一种实施方式下的转向柱调节机构的结构示意图。
49.图11示意性地显示了本发明所述的转向停车工况系统运动学台架在一种实施方式下的转向机安装平台的结构示意图。
50.图12示意性地显示了本发明所述的转向停车工况系统运动学台架在一种实施方式下的试验加载状态。
51.图13对比地显示了采用本发明所述的转向停车工况系统运动学台架的s2点运行轨迹和s2点的整车理论轨迹。
52.图14对比地显示了整车设计时的s2点理论空间运动轨迹坐标值和采用本发明的台架的s2点空间坐标测量值。
具体实施方式
53.下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的转向停车工况系统运动学台架做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
54.图1示意性地显示了车辆转向系统的工作原理示意图。
55.如图1所示的，车辆转向系统空间运动学具体是指车辆在转向过程中，转向系统的转向硬点s1和s2点发生的空间坐标值的变化，其中s1点表示转向机齿条和转向拉杆连接点，s2点表示转向拉杆和转向节臂连接点。
56.当驾驶员给转向系统的扭矩和角度输入经方向盘和转向柱传递后，由转向机输入齿轮91传递至转向梯形结构中，转向机输入齿轮91和转向机齿条92为齿轮齿条啮合传递关
系，其将转向系统的旋转运动转换为齿条的直线运动。转向机齿条92通过转向拉杆93推动转向节臂94发生绕主销轴线的空间转动，从而驱动车轮总成转动，实现转向的功能。
57.在多体运动学模型adams/car中模拟整车停车工况，即方向盘分别向左/向右打到极限位置，输出转向硬点s1/s2的空间坐标值。以某车型为例，左侧拉杆在方向盘处于左右极限位置，以及中间位置的转向硬点s1/s2的坐标值如下表1所示，参考坐标系为整车坐标系。
58.表1某车型转向系统空间运动学坐标
[0059][0060]
从表1可以发现，在左/右极限位置，转向硬点s1点的x和z坐标值变化较小，y坐标值变化较大，这是由于齿条在y向运动引起的，从x/y/z坐标值变化来看，可以认为转向硬点s1点是近似的y向直线运动。转向硬点s2点的x/y/z坐标值均发生较大变化，表明转向硬点s2点在转向过程中运动轨迹是空间运动，而非直线或者平面运动。因此，现有的试验台架无法真实模拟转向系统的工况。
[0061]
图2示意性地显示了本发明所述的转向停车工况系统运动学台架在一种实施方式下的整体结构示意图。
[0062]
如图2所示的，在该实施方式中，转向停车工况系统运动学台架用于安装和测试包括转向系统7。转向停车工况系统运动学台架包括：龙门架5；用于安装转向系统7的转向机的转向机安装平台6，用于与转向系统7的转向柱连接的转向柱调节机构2，以及成对设置的模拟转向节机构3，其分别用于与转向系统7的两个转向机球销对应连接。
[0063]
图3示意性地显示了被测试的转向系统的结构示意图。图4局部放大地显示了图3中的a处。
[0064]
如图3所示的，被测试的转向系统包括：转向机71，其后续可以通过安装螺栓76被固定到转向停车工况系统运动学台架的安装平台62上。左右对称设置的两个转向机球销73后续安装到转向停车工况系统运动学台架的球销安装孔371内，从而连接到模拟转向节机构3上，实现试验载荷和运动学传递到试验对象。
[0065]
如图4所示的，转向机71和转向柱72内部通过1颗m8螺栓77连接，以传递系统扭矩和转动。
[0066]
继续参阅图3，转向柱72通过转向柱安装支架75后续被固定到转向柱调节机构2。
[0067]
在试验时，旋转电动缸通过转向轴端连接花键74将扭矩和转动传递给作为试验对象的转向系统。
[0068]
图5示意性地显示了本发明所述的转向停车工况系统运动学台架在一种实施方式下的一个模拟转向节机构的结构示意图。
[0069]
如图5所示的，在一些实施方式中，模拟转向节机构包括立柱31。
[0070]
图9示意性地显示了本发明所述的转向停车工况系统运动学台架在一种实施方式下的立柱的结构。
[0071]
如图9所示的，立柱31上设有在z轴方向上延伸的滑轨，主销高度调节滑块32设于立柱31上，并能够沿着滑轨上下滑动。主销高度调节滑块32通过滑动方式在立柱31的滑轨内上下滑动，以实现模拟转向节机构3在高度方向(即z轴方向)上的调节。主销高度调节滑块32在高度上的位置调整到位后，可以通过z向锁紧螺母311锁止其与立柱31之间的相对位置。
[0072]
立柱31通过螺栓连接固定在地板上。在一些优选的实施方式中，立柱31的底座上还可以设有沿y轴方向延伸的立柱腰孔312。由此，螺栓穿过立柱腰孔312进行锁紧，可以调节立柱31在y轴方向上的位置。
[0073]
图7示意性地显示了本发明所述的转向停车工况系统运动学台架在一种实施方式下的主销角度调节部件在一个视角下的结构。
[0074]
图8示意性地显示了本发明所述的转向停车工况系统运动学台架在一种实施方式下的主销角度调节部件在另一个视角下的结构。
[0075]
如图7和图8所示的，主销水平角度调节臂33与主销高度调节滑块32可转动连接，以能够绕着x轴转动；主销垂直角度调节臂34与主销水平角度调节臂33可转动连接，以能够绕着垂直于x轴方向的y轴转动。
[0076]
图6示意性地显示了本发明所述的转向停车工况系统运动学台架在一种实施方式下的模拟转向节的结构。
[0077]
如图5和图6所示的，模拟转向节主体35通过轴承(包括上止点轴承362和下止点轴承361)与主销垂直角度调节臂34可转动地连接，模拟转向节主体35上设有试验载荷加载臂38，试验时的载荷和运动通过试验载荷加载臂38被传递给转向系统。模拟转向节臂37与模拟转向节主体35固定连接，模拟转向节臂37上设有与转向机球销适配的球销安装孔371，由此实现转向系统和模拟转向节机构3的连接。
[0078]
在该实施方式中，模拟转向节的目的是使试验对象在台架上的安装方式，硬点位置，空间运动学都和在整车上的保持一致。其中，虚拟主销轴线p为上止点轴承362和下止点轴承361的球心的连线，模拟转向节主体35在试验过程中绕虚拟主销轴线p转动，以模拟整车主销功能。
[0079]
在一些实施方式中，上止点轴承362和下止点轴承361的外侧可以通过螺栓连接固定在主销垂直角度调节臂34上，内侧球轴承杆则可以直接拧在模拟转向节主体35上。
[0080]
在该实施方式中，模拟转向节臂37的作用是保证转向机球销73的球心与虚拟主销轴线p的相对位置和整车布置一致。
[0081]
在一些实施方式中，模拟转向节臂37可以通过安装螺栓372固定到模拟转向节主体35上。
[0082]
同样地，在一些实施方式中，试验载荷加载臂38也可以通过对应的安装螺栓固定到模拟转向节主体35上。
[0083]
继续参阅图7和图8，主销水平角度调节臂33和主销垂直角度调节臂34使得虚拟主销轴线p在垂直方向和水平方向的角度都能得到调节，即试验台架主销轴线可以调整到空间任意角度位置，这样的设计可以满足不同车型的不同主销角度设计要求。其中，主销垂直角度调节臂34和主销水平角度调节臂33通过相对旋转的方式实现角度可调，角度调整后可以通过第一锁止螺栓331固定两者间的相对位置。
[0084]
同样地，主销水平角度调节臂33和主销高度调节滑块32之间也可以通过旋转的方式实现角度可调，角度调整后可以通过第二锁止螺栓321固定两者间的相对位置。
[0085]
图10示意性地显示了本发明所述的转向停车工况系统运动学台架在一种实施方式下的转向柱调节机构的结构示意图。
[0086]
如图10所示的，转向柱调节机构2与龙门架5可滑动连接，并且其还被设置为能够绕着垂直于z轴方向的x轴转动。
[0087]
在一些实施方式中，转向柱调节机构2包括：龙门架滑块21，其套设于所述龙门架上，以能够沿着龙门架在z轴方向上滑动，高度确定后可以通过第三锁止螺栓211固定两者相对位置。横梁22与龙门架滑块21可转动连接，以能够绕着x轴转动，使试验台架能够满足不同车型不同转向柱角度的安装需求，角度确定后通过相应的锁止螺栓可以固定转动过的角度。
[0088]
夹具23与横梁22连接。在一些实施方式中，横梁22上设有沿x轴方向延伸的横梁腰孔221。夹具23上设有沿y轴方向延伸的夹具腰孔231。采用对应的螺栓穿过横梁腰孔221和夹具腰孔231，可以实现夹具23在纵向(y轴方向)和横向(x轴方向)的相对位置调整。
[0089]
在一些实施方式中，龙门架5通过螺栓固定在地板上。在一些实施方式中，龙门架5的底座上也设有沿x轴方向延伸的龙门架腰孔51。通过该龙门架腰孔，配合对应的螺栓，可以调节龙门架在x轴方向上的位置。
[0090]
在一些实施方式中，夹具23和转向柱安装支架75可以通过螺栓连接固定两者的相对位置。
[0091]
图11示意性地显示了本发明所述的转向停车工况系统运动学台架在一种实施方式下的转向机安装平台的结构示意图。
[0092]
如图11所示的，在一些实施方式中，转向停车工况系统运动学台架还包括转向机安装平台6，其设于转向系统的转向机下方。转向机安装平台包括：基础平台61和62。其中，在一些实施方式中，基础平台61可以通过地脚螺栓固定在地面上，安装平台62可以通过安装螺钉622安装在基础平台61上，转向机通过相应的螺纹孔623连接在安装平台62上。
[0093]
在一些实施方式中，基础平台61上设有沿x轴方向延伸的长型槽611。安装平台62上设有沿y轴方向延伸的安装平台腰孔621。通过该长型槽611、安装平台腰孔621配合对应的螺栓，可以调节安装平台在x轴和y轴方向上的相对位置。
[0094]
图12示意性地显示了本发明所述的转向停车工况系统运动学台架在一种实施方式下的试验加载状态。
[0095]
如图12所示的，采用本发明可以实现三个加载通道：
[0096]
加载通道一q1：通过旋转电动缸将扭矩和角度施加在转向轴端连接花键74上；
[0097]
加载通道二q3：通过右侧液压缸将力和位移施加在右侧的试验载荷加载臂38上，以推动模拟转向节发生绕主销的转动，使转向拉杆受载；
[0098]
加载通道三q2：通过左侧液压缸将力和位移施加在左侧的试验载荷加载臂38上。
[0099]
为了验证本发明的实施效果，采用对比分析的方法来验证台架运动学复现的效果，对比的对象分别为整车设计时的s2点理论空间运动轨迹和采用本发明的台架的s2点空间坐标测量值。
[0100]
图13对比地显示了采用本发明所述的转向停车工况系统运动学台架的s2点运行轨迹和s2点的整车理论轨迹。
[0101]
从图13可以看出，整车设计时的s2点理论空间运动轨迹l1和采用本发明的台架的s2点空间坐标测量值绘制的实际运行轨迹l2基本吻合，说明两条轨迹的空间吻合度较高。
[0102]
图14对比地显示了整车设计时的s2点理论空间运动轨迹坐标值和采用本发明的台架的s2点空间坐标测量值。
[0103]
从图14可以看出，两条轨迹间对应坐标的最大误差均出现在内极限位置，x、y、z轴方向的最大误差距离分别为2.95mm、-0.87mm、-7.02mm。而引起的转向拉杆的角度误差为1.21
°
，该角度误差导致的拉杆力偏差为0.23％，以单侧拉杆受力10kn为例计算，误差值为22n，误差较小，在实际载荷分析中通常可以忽略不计。
[0104]
这充分说明了，本发明所述的转向停车工况系统运动学台架替代主销和转向节的设计模拟了整车布置结构，很好地保证了三条轨迹在转向过程中的转向力臂相等，这也确保了转向系统不管处于台架环境下还是在整车环境下，其s2点的运动轨迹在空间上的一致性。
[0105]
需要说明的是，本发明保护范围中现有技术部分并不局限于本技术文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。
[0106]
此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
[0107]
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种转向停车工况系统运动学台架，其用于与被测试的转向系统连接，其特征在于，包括：龙门架；转向柱调节机构，其用于与所述转向系统的转向柱连接，所述转向柱调节机构与所述龙门架可滑动连接，以能够沿着龙门架在z轴方向上滑动，所述转向柱调节机构还被设置为能够绕着垂直于z轴方向的x轴转动；成对设置的模拟转向节机构，其分别用于与转向系统的两个转向机球销对应连接；其中每一个模拟转向节机构均包括：立柱，其上设有在z轴方向上延伸的滑轨；主销高度调节滑块，其设于所述立柱上，并能够沿着所述滑轨上下滑动；主销水平角度调节臂，其与所述主销高度调节滑块可转动连接，以能够绕着x轴转动；主销垂直角度调节臂，其与所述主销水平角度调节臂可转动连接，以能够绕着垂直于x轴方向的y轴转动；模拟转向节主体，其通过轴承与所述主销垂直角度调节臂可转动地连接，所述模拟转向节主体上设有试验载荷加载臂；模拟转向节臂，其与所述模拟转向节主体固定连接，所述模拟转向节臂上设有与转向机球销适配的球销安装孔。2.如权利要求1所述的转向停车工况系统运动学台架，其特征在于，所述立柱的底座上设有沿y轴方向延伸的立柱腰孔。3.如权利要求1所述的转向停车工况系统运动学台架，其特征在于，所述转向柱调节机构包括：龙门架滑块，其套设于所述龙门架上，以能够沿着龙门架在z轴方向上滑动；横梁，其与所述龙门架滑块可转动连接，以能够绕着x轴转动；夹具，其与所述横梁连接，所述夹具用于与所述转向柱连接。4.如权利要求3所述的转向停车工况系统运动学台架，其特征在于，所述横梁上设有沿x轴方向延伸的横梁腰孔。5.如权利要求3所述的转向停车工况系统运动学台架，其特征在于，所述夹具上设有沿y轴方向延伸的夹具腰孔。6.如权利要求1所述的转向停车工况系统运动学台架，其特征在于，所述龙门架的底座上设有沿x轴方向延伸的龙门架腰孔。7.如权利要求1所述的转向停车工况系统运动学台架，其特征在于，还包括转向机安装平台，其设于转向系统的转向机下方。8.如权利要求7所述的转向停车工况系统运动学台架，其特征在于，所述转向机安装平台包括：基础平台；安装平台，其设于所述基础平台上，所述安装平台用于与转向机连接。9.如权利要求8所述的转向停车工况系统运动学台架，其特征在于，所述基础平台上设有沿x轴方向延伸的长型槽。10.如权利要求8所述的转向停车工况系统运动学台架，其特征在于，所述安装平台上
设有沿y轴方向延伸的安装平台腰孔。

技术总结
本发明公开了一种转向停车工况系统运动学台架，其包括：龙门架；转向柱调节机构，其与龙门架可滑动连接，并还被设置为能够绕着X轴转动；成对设置的模拟转向节机构，其中每一个模拟转向节机构均包括：立柱，其上设有在Z轴方向上延伸的滑轨；主销高度调节滑块，其能够沿着滑轨上下滑动；主销水平角度调节臂，其与主销高度调节滑块可转动连接，以能够绕着X轴转动；主销垂直角度调节臂，其与主销水平角度调节臂可转动连接，以能够绕着Y轴转动；模拟转向节主体，其通过轴承与主销垂直角度调节臂可转动地连接，模拟转向节主体上设有试验载荷加载臂；模拟转向节臂，其与模拟转向节主体固定连接，模拟转向节臂上设有与转向机球销适配的球销安装孔。销安装孔。销安装孔。


技术研发人员：陈阳 彭辉 魏宏 彭姣
受保护的技术使用者：上汽大众汽车有限公司
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/10/15