CN104657528A - 一种建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法，包括如下步骤：根据转向系统的属性为所述转向系统建立一个四自由度的转向系统模型；对所述转向系统模型的各自由度进行参数辨识，获得所述四自由度模型中的各需要进行辨识的参数的参数值；根据所述已进行参数辨识的转向系统的模型，在Adams/Car中建立对应的转向系统的多体模型，并对所述转向系统进行仿真校核，在仿真校核后，根据整车的设定的转向性能目标，设定所述转向系统的多体模型中的相应参数。实施本发明实施例，可以为转向系统的设计和EPS的标定提供依据，以及为底盘性能的调校提供优化方案。

Description

一种建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法

技术领域

本发明涉及汽车的数字化设计领域，尤其涉及一种建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法。

背景技术

转向性能评价内容主要包括四个方面：转向的灵敏程度、稳定性、准确性和舒适性。针对上述评价内容，采用中间位置转向性能试验、回正性能试验、移线性能试验和轻便性能试验进行评价。转向系统是底盘非常重要的一个子系统，它对车辆的转向性能起着决定性作用。建立准确的转向系统模型用于转向性能仿真分析，可以为转向系统的设计和电动助力转向系统（Electronic PowerSteering，EPS）的标定提供依据。

转向系统模型是转向性能仿真分析的关键，准确的转向系统模型应包括转向系统传动比、转向系统柔性、转向系统摩擦、转向系统阻尼、助力等属性。

但是，在现有技术中尚没有出现非常易用的系统的转向性能仿真分析方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法，可以在Adams/Car（一种动力学仿真软件）中进行转向性能仿真分析，为转向系统的设计和EPS的标定提供准确的依据。

为了解决上述技术问题，本发明实施例的一方面提供一种建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法，包括如下步骤：

根据转向系统的属性建立一个四自由度的转向系统模型，所述转向系统的属性包括：转向传动比、转向系统柔性、转向系统的干摩擦和阻尼；

对所述转向系统模型的各自由度进行参数辨识，获得所述四自由度模型中的各需要进行辨识的参数的参数值；

根据所述已进行参数辨识的转向系统的模型，在Adams/Car中建立对应的转向系统的多体模型，并对所述转向系统进行仿真校核，在仿真校核后，根据整车的设定的转向性能目标，设定所述转向系统的多体模型中的相应参数。

优选地，所述根据转向系统的属性为所述转向系统建立一个四自由度的转向系统模型的步骤具体包括：

建立所述转向系统模型的第一自由度，所述第一自由度包括：方向盘、助力装置、转向输入轴以及第一柔性件，其中，第一柔性件连接所述方向盘和转向输入轴，其数学表达式如下：

$\mathrm{SWT}+T_{\mathrm{ass}}-{\mathrm{Tfri}}_{\mathrm{SW}}-{\mathrm{Tdam}}_{\mathrm{SW}}-I_{\mathrm{SW}}{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\δ}}}_{\mathrm{SW}}=K_{\mathrm{tbar}}({\mathrm{\δ}}_{\mathrm{SW}}-{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{SS}})$ [一]；

建立所述转向系统模型的第二自由度，所述第二自由度包括：转向中间轴、转向输出轴和第二柔性件，所述第二柔性件连接转向输出轴和齿轮，其数学表达式如下：

$k_{\mathrm{tbar}}({\mathrm{\δ}}_{\mathrm{SW}}-{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{SS}})-{\mathrm{Tfri}}_{\mathrm{SS}}-{\mathrm{Tdam}}_{\mathrm{SS}}-I_{\mathrm{SS}}{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\δ}}}_{\mathrm{SS}}=K_{\mathrm{SS}}({\mathrm{\δ}}_{\mathrm{SS}}-{\mathrm{\δ}}_P)$ [二]；

建立所述转向系统模型的第三个自由度，所述第三自由度包括：齿轮、齿条、两个转向横拉杆、第三柔性件和第四柔性件，所述第三柔性件连接齿条和左侧转向横拉杆，所述第四柔性件连接齿条与右侧转向横拉杆，其数学表达式如下：

$K_{\mathrm{SS}}({\mathrm{\δ}}_{\mathrm{SS}}-{\mathrm{\δ}}_P)/R_P-{2K}_{\mathrm{SA}}(D_{\mathrm{RK}}-D_{\mathrm{SA}})-{\mathrm{Ffri}}_{\mathrm{RK}}-{\mathrm{Fdam}}_{\mathrm{RK}}=m_{\mathrm{RK}}{\stackrel{\·\·}{D}}_{\mathrm{RK}}$ [三]；

建立所述转向系统模型的第四个自由度，所述第四自由度包括悬架部分，其数学表达式如下：

$K_{\mathrm{SA}}(D_{\mathrm{RK}}-D_{\mathrm{SA}})R_{\mathrm{SA}}-{\mathrm{Tfri}}_{\mathrm{KP}}-{\mathrm{Tdam}}_{\mathrm{KP}}={\stackrel{\·\·}{\mathrm{\δ}}}_{\mathrm{RW}}{I}_{\mathrm{RW}}$ [四]；

其中，各字母的含义如下：

SWT：方向盘力矩；

T_ass：电动助力力矩；

Tfri_SW：方向盘处的干摩擦力矩；

Tdam_SW：方向盘处的阻尼力矩；

Tfri_SS：转向管柱处的干摩擦力矩；

Tdam_SS：转向管柱处的阻尼力矩；

Ffri_RK：齿条处的干摩擦力；

Fdam_RK：齿条处的阻尼力；

Tfri_KP：主销处的干摩擦力矩；

Tdam_KP：主销处的阻尼力矩；

K_tbar：第一柔性件的角刚度；

K_SS：第二柔性件的角刚度；

K_SA：第三柔性件和第四柔性件的线刚度；

δ_SW：方向盘的角位移；

方向盘角加速度；

δ_SS：转向管柱的角位移；

转向管柱的角加速度；

D_RK：齿条位移；

齿条加速度；

δ_RW：车轮的角位移；

车轮角加速度；

R_P：齿轮分度圆半径；

R_SA：转向臂长度；

I_SW：方向盘沿方向盘轴线的转动惯量；

I_SS：转向管柱沿转向输出轴线的转动惯量；

m_RK：齿条和转向横拉杆的质量；

I_RW：车轮沿主销轴线的转动惯量。

优选地，对所述转向系统模型的各自由度进行参数辨识，获得所述四自由度模型中的各需要进行辨识的参数的参数值的步骤包括：

将所述四自由度模型所对应的转向系统总成安装在实验台架上，在输入端加载正弦波角位移输入，使各自由度的输出端沿各自轴线自由运动或沿各自轴线加载相反方向的力或力矩，获得输入端的角位移和力矩；并获得输出端的位移或角位移，以及力或力矩，其中，所述输入端对应于方向盘，所述各自由度的输出端分别对应于转向输入轴、转向输出轴、转向横拉杆或车轮；

按照所述各数学表达式分别在数学软件Matlab中编写主程序，在Matlab的子模块Simulink中建立辨识模型；

将所述实验获得的所述输入端的角位移，以及各自由度的及输出端的位移或角位移和力或力矩分别作为对应辨识模型的输入，同时设置需辨识的参数的初始值和变化范围，获得所述输入端力矩的仿真结果；

将所述实验获得的输入端力矩与仿真结果中的输入端力矩进行比较，运行所述主程序采用最小二乘法反复迭代使两者差值小于设定的误差最小值，从而获得所需辨识的参数的参数值。

优选地，对所述转向系统模型的各自由度进行参数辨识，获得所述四自由度模型中的各需要进行辨识的参数的参数值的步骤具体包括：

将所述第一自由度对应的方向盘到转向输入轴之间的总成安装在实验台架上，使转向输入轴端可沿其轴线自由旋转（实验台架对转向输入轴的阻力矩可忽略），关闭助力，并给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为60deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及转向输入轴的角位移；设定干摩擦力矩的初始值、干摩擦的刚度系数初始值、误差最小值，将所述方向盘的角位移和力矩，以及转向输入轴的角位移输入至根据所述数学表达式一建立的辨识模型，获得所述方向盘力矩的仿真结果，并采用最小二乘法函数的进行反复迭代，当所述通过实验获得的方向盘力矩与其仿真结果的差值小于所述设定的误差最小值时，获得方向盘处的经过辨识的干摩擦力矩的稳态值和干摩擦刚度系数；

将所述第一自由度对应的方向盘到转向输入轴之间的总成安装在实验台架上，使转向输入轴端可沿其轴线自由旋转（实验台架对转向输入轴的阻力矩可忽略），关闭助力，并给方向盘输入频率为1Hz，幅值为60deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及转向输入轴的角位移；从而采用类似过程获得方向盘处经过辨识的阻尼参数;

将所述第一自由度对应的方向盘到转向输入轴之间的总成安装在实验台架上，使转向输入轴端可沿其轴线自由旋转（实验台架对转向输入轴的阻力矩可忽略），关闭助力，并给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为60deg的正弦位移，同时给转向输入轴加载与方向盘转向方向相反的频率为0.01Hz，幅值为30Nm力矩，测量所述方向盘的角位移和力矩，同时测量转向输入轴的角位移，从而采用类似过程获得第一柔性件的经过辨识的角刚度；

将所述第一自由度对应的方向盘到转向输入轴之间的总成安装在实验台架上，使转向输入轴端可沿其轴线自由旋转（实验台架对转向输入轴的阻力矩可忽略），关闭助力，并给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为60deg的正弦位移，同时给转向输入轴加载与方向盘转向方向相反的频率为0.01Hz，幅值为100Nm力矩，并给车速传感器输入不同的车速信号，测量方向盘的角位移和力矩，同时测量转向输入轴的角位移，从而采用类似过程获得不同车速下的助力曲线系数a、b、c。

优选地，对所述转向系统模型的各自由度进行参数辨识，获得所述四自由度模型中的各需要进行辨识的参数的参数值的步骤进一步包括：

将所述第一自由度与第二自由度对应的方向盘到转向输出轴之间的总成安装在实验台架上，使转向输出轴端可沿其轴线自由旋转（实验台架对转向输出轴的阻力矩可忽略），关闭助力，并给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为60deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及转向输出轴的角位移；设定干摩擦力矩的初始值、干摩擦的刚度系数初始值、误差最小值，将所述方向盘的角位移和力矩，以及转向输出轴的角位移输入至根据所述数学表达式一和表达式二建立的辨识模型，获得所述方向盘力矩的仿真结果，并采用最小二乘法函数的进行反复迭代，当所述通过实验获得的方向盘力矩与其仿真结果的差值小于所述设定的误差最小值时，获得转向管柱处的经过辨识的干摩擦力矩的稳态值和干摩擦刚度系数；

将所述第一自由度与第二自由度对应的方向盘到转向输出轴之间的总成安装在实验台架上，使转向输出轴端可沿其轴线自由旋转（实验台架对转向输出轴的阻力矩可忽略），关闭助力，并给方向盘输入频率为1Hz，幅值为60deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及转向输出轴的角位移；从而采用类似过程获得转向管柱处经过辨识的阻尼参数;

将所述第一自由度与第二自由度对应的方向盘到转向输出轴之间的总成安装在实验台架上，使转向输出轴端可沿其轴线自由旋转（实验台架对转向输出轴的阻力矩可忽略），关闭助力，并给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为60deg的正弦位移，同时给转向输出轴加载与方向盘转向方向相反的频率为0.01Hz，幅值为30Nm力矩，测量所述方向盘的角位移和力矩，同时测量转向输出轴的角位移，从而采用类似过程获得第二柔性件的经过辨识的角刚度。

优选地，对所述转向系统模型的各自由度进行参数辨识，获得所述四自由度模型中的各需要进行辨识的参数的参数值的步骤进一步包括：

将所述第一自由度到第三自由度对应的方向盘到转向横拉杆之间的总成安装在实验台架上，使转向横拉杆外点可沿齿条轴线自由移动（实验台架对左侧和右侧的转向横拉杆的阻力可忽略），关闭助力，并给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为60deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及转向横拉杆的位移；设定干摩擦力的初始值、干摩擦力的刚度系数初始值、误差最小值，将所述方向盘的角位移和力矩，以及转向横拉杆的位移输入至根据所述数学表达式一、表达式二和表达式三建立的辨识模型，获得所述方向盘力矩的仿真结果，并采用最小二乘法函数的进行反复迭代，当所述通过实验获得的方向盘力矩与其仿真结果的差值小于所述设定的误差最小值时，获得齿条处的经过辨识的干摩擦力的稳态值和干摩擦力的刚度系数；

将所述第一自由度到第三自由度对应的方向盘到转向横拉杆之间的总成安装在实验台架上，使转向横拉杆外点可沿齿条轴线自由移动（实验台架对左侧和右侧的转向横拉杆的阻力可忽略），关闭助力，并给方向盘输入频率为1Hz，幅值为60deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及转向横拉杆位移；从而采用类似过程获得齿条处经过辨识的阻尼参数;

将所述第一自由度到第三自由度对应的方向盘到转向横拉杆之间的总成安装在实验台架上，使转向横拉杆外点可沿齿条轴线自由移动（实验台架对左侧和右侧的转向横拉杆的阻力可忽略），关闭助力，并给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为60deg的正弦位移，同时给转向横拉杆外点加载与方向盘转向方向相反的沿齿条轴线的频率为0.01Hz，幅值为2000N的力，测量所述方向盘的角位移和力矩，同时测量转向横拉杆外点的位移，从而采用类似过程获得第三柔性件和第四柔性件的经过辨识的线刚度。

优选地，对所述转向系统模型的各自由度进行参数辨识，获得所述四自由度模型中的各需要进行辨识的参数的参数值的步骤进一步包括：

将所述第一自由度到第四自由度对应的方向盘到车轮之间的总成安装在试验台架上，其中车轮放置于可自由旋转的托盘上（托盘自由旋转时的阻力矩可忽略），给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为500deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及车轮沿主销轴线的角位移；设定悬架沿主销轴线的干摩擦力矩的初始值、干摩擦的刚度系数初始值、重力产生的回正力矩初始值、误差最小值，将所述方向盘的角位移和力矩，以及车轮沿主销轴线的角位移输入至根据所述数学表达式四建立的辨识模型，获得所述方向盘力矩的位移的仿真结果，并采用最小二乘法函数的进行反复迭代，当所述通过实验获得的方向盘力矩与其仿真结果的差值小于所述设定的误差最小值时，获得经过辨识的悬架沿主销轴线的干摩擦力矩的稳态值、干摩擦力矩的刚度系数和重力产生的回正力矩；

将所述第一自由度到第四自由度对应的方向盘到车轮之间的总成安装在试验台架上，其中车轮放置于可自由旋转的托盘上（托盘自由旋转时的阻力矩可忽略），给方向盘输入频率为1Hz，幅值为60deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及车轮沿主销轴线的角位移；从而采用类似过程获得经过辨识的悬架沿主销轴线的阻尼参数。

优选地，所述根据所述已进行参数辨识的转向系统的模型，在Adams/Car中建立对应的转向系统的多体模型，并对所述转向系统进行仿真校核，在仿真校核后，根据整车的设定的转向性能目标，设定所述转向系统的多体模型中的相应参数的步骤具体为：

根据上述转向系统四自由度模型在Adams/Car中建立对应的转向系统多体模型，用四个衬套（只有扭转或径向的柔性）分别模拟柔性件的刚度属性，其它5个方向的自由度通过中间安装件的方式约束；

分别用加载力命令（Applied Force）或加载力矩命令（Applied Torque）建立干摩擦、阻尼和助力，大小用数学表达式表示；

通过实验与仿真结果的对比，校核所述Adams/Car转向系统模型的准确性；

然后根据整车的设定的转向性能目标，详细设定所述Adams/Car转向系统模型中的各个参数。

优选地，所述Dahl干摩擦模型为：

$\frac{\mathrm{dF}}{\mathrm{dt}}=k\stackrel{\·}{x}{[1-\frac{F}{F_0}\mathrm{sign}\left(\stackrel{\·}{x}\right)]}^2;$

其中，k为刚度系，F₀为摩擦力的稳态值，F为瞬态值，为速度，t为时间；

所述阻尼模型为：

$F=\mathrm{\μ}\·{\stackrel{\·}{x}}^a,$

其中，F为阻尼，为速度，a为阻尼系数，μ为阻尼修正系数。

所述助力的模型为：

y=f(x,z)；

其中，y=f(x)的表达式为三次幂函数y=ax³+bx²+cx，y为助力力矩，x为第一柔性件的角位移，z为车速，a、b和c为助力曲线系数。

实施本发明，具有如下的有益效果：

本发明实施例提出了一种建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法，首先建立与转向系统结构一一对应的转向系统模型，并对所述转向系统模型的参数进行了辨识，然后把辨识得到的参数应用到Adams/Car中，建立转向系统的多体模型，进行转向性能仿真分析，可以为转向系统的设计和EPS的标定提供依据；

另外，本发明实施例为转向系统的设计提供理论依据，并可在底盘调校之前，就可以进行仿真分析，优化转向系统的属性，节约调校的时间；

而且，能够很容易地为底盘调校过程中出现的问题提供合适的优化方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法一个实施例的主流程示意图；

图2是图1中的一种转向系统的四自由度的模型示意图；

图3是图2中第一自由度的示意图；

图4是图2中第二自由度的示意图；

图5是图2中第三自由度的示意图；

图6是图2中第四自由度的示意图；

图7是本发明一个实施例中按照数学表达式一建立的辨识模型的示意图；

图8是本发明一个实施例中对转向系统模型中的参数进行辨识的流程示意图；

图9是本发明一个实施例中辨识后的实验与仿真的方向盘力矩对比图；

图10是本发明一个实施例中建立的转向系统的Adams/Car模型示意图；

图11是对图10中转向系统的Adams/Car模型的方向盘力矩的实验与仿真的对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，是本发明提供的一种建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法一个实施例的主流程示意图；在本实施例中，该建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法包括如下步骤：

步骤S10，根据转向系统的属性为该转向系统建立一个四自由度的转向系统模型，其中转向系统的属性包括：转向传动比、转向系统柔性、转向系统的干摩擦和阻尼；

其中，转向系统主要由转向管柱（包括转向输入轴、转向中间轴和转向输出轴）、转向器（齿轮、齿条和转向横拉杆）和助力装置组成。转向传动比、转向系统柔性、转向系统的干摩擦和阻尼是转向系统非常重要的属性。

转向系统传动比为方向盘转角与车轮转角的比值，约等于转向臂长度与齿轮分度圆半径的比值。

如图2所示，示出了本发明一个实施例中的四自由度的转向系统模型，采用四个柔性件模拟转向系统的刚度，第一柔性件（沿轴向的扭转刚度）等效于扭力杆的刚度特性，；第二柔性件（绕轴向的扭转刚度）等效转向管柱的刚度特性；第三柔性件和第四柔性件（沿齿条的线刚度）等效齿条到转向节之间的柔性变形特性。具体地，在图2中，表示阻尼，表示干摩擦，表示柔性件，表示助力电机；

转向系统的干摩擦和阻尼分别等效到方向盘处（包含助力装置的干摩擦和阻尼）、转向管柱处、齿条处；悬架系统的干摩擦和阻尼等效到主销处（沿主销轴线）；另外地面与车轮之间还存在摩擦阻力。干摩擦和阻尼的数学模型如下。

所述Dahl干摩擦模型：

$\frac{\mathrm{dF}}{\mathrm{dt}}=k\stackrel{\·}{x}{[1-\frac{F}{F_0}\mathrm{sign}\left(\stackrel{\·}{x}\right)]}^2;$

其中，k为刚度系，F₀为摩擦力的稳态值，F为瞬态值，为速度，t为时间；

所述阻尼模型为：

$F=\mathrm{\μ}\·{\stackrel{\·}{x}}^a,$

其中，F为阻尼，为速度，a为阻尼系数，μ为阻尼修正系数。

所述助力的模型为：

y=f(x,z)；

其中，y=f(x)的表达式为三次幂函数y=ax³+bx²+cx，y为助力力矩，x为第一柔性件的角位移，z为车速，a、b和c为助力曲线系数。

如图2至图6所示，示出了本发明步骤S10中所建立的一个四自由度的转向系统的模型。

首先建立转向系统模型的第一自由度，所述第一自由度包括：方向盘、助力装置、转向输入轴以及第一柔性件，其中涉及方向盘处的干摩擦力矩和方向盘处的阻尼，其中，第一柔性件连接所述方向盘和转向输入轴，其数学表达式如下：

$\mathrm{SWT}+T_{\mathrm{ass}}-{\mathrm{Tfri}}_{\mathrm{SW}}-{\mathrm{Tdam}}_{\mathrm{SW}}-I_{\mathrm{SW}}{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\δ}}}_{\mathrm{SW}}=K_{\mathrm{tbar}}({\mathrm{\δ}}_{\mathrm{SW}}-{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{SS}})$ [一]；

建立所述转向系统模型的第二自由度，所述第二自由度包括：转向中间轴、转向输出轴和第二柔性件，其中涉及转向管柱间的干摩擦力矩、转向管柱间的阻尼，所述第二柔性件连接转向输出轴和齿轮，其数学表达式如下：

$k_{\mathrm{tbar}}({\mathrm{\δ}}_{\mathrm{SW}}-{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{SS}})-{\mathrm{Tfri}}_{\mathrm{SS}}-{\mathrm{Tdam}}_{\mathrm{SS}}-I_{\mathrm{SS}}{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\δ}}}_{\mathrm{SS}}=K_{\mathrm{SS}}({\mathrm{\δ}}_{\mathrm{SS}}-{\mathrm{\δ}}_P)$ [二]；

建立所述转向系统模型的第三个自由度，所述第三自由度包括：齿轮、齿条、两个转向横拉杆、第三柔性件和第四柔性件，其中涉及齿条处的干摩擦力、齿条处的阻尼，所述第三柔性件连接齿条和左侧转向横拉杆，所述第四柔性件连接齿条与右侧转向横拉杆，其数学表达式如下：

$K_{\mathrm{SS}}({\mathrm{\δ}}_{\mathrm{SS}}-{\mathrm{\δ}}_P)/R_P-{2K}_{\mathrm{SA}}(D_{\mathrm{RK}}-D_{\mathrm{SA}})-{\mathrm{Ffri}}_{\mathrm{RK}}-{\mathrm{Fdam}}_{\mathrm{RK}}=m_{\mathrm{RK}}{\stackrel{\·\·}{D}}_{\mathrm{RK}}$ [三]；

建立所述转向系统模型的第四个自由度，所述第四自由度包括悬架部分，其中涉及悬架绕主销轴线的干摩擦力矩和阻尼，其数学表达式如下：

$K_{\mathrm{SA}}(D_{\mathrm{RK}}-D_{\mathrm{SA}})R_{\mathrm{SA}}-{\mathrm{Tfri}}_{\mathrm{KP}}-{\mathrm{Tdam}}_{\mathrm{KP}}={\stackrel{\·\·}{\mathrm{\δ}}}_{\mathrm{RW}}{I}_{\mathrm{RW}}$ [四]；

其中，各字母的含义如下：

SWT：方向盘力矩；

T_ass：电动助力力矩；

Tfri_SW：方向盘处的干摩擦力矩；

Tdam_SW：方向盘处的阻尼力矩；

Tfri_SS：转向管柱处的干摩擦力矩；

Tdam_SS：转向管柱处的阻尼力矩；

Ffri_RK：齿条处的干摩擦力；

Fdam_RK：齿条处的阻尼力；

Tfri_KP：主销处的干摩擦力矩；

Tdam_KP：主销处的阻尼力矩；

K_tbar：第一柔性件的角刚度；

K_SS：第二柔性件的角刚度；

K_SA：第三柔性件和第四柔性件的线刚度；

δ_SW：方向盘的角位移；

方向盘角加速度；

δ_SS：转向管柱的角位移；

转向管柱的角加速度；

D_RK：齿条位移；

齿条加速度；

δ_RW：车轮的角位移；

车轮角加速度；

R_P：齿轮分度圆半径；

R_SA：转向臂长度；

I_SW：方向盘沿方向盘轴线的转动惯量；

I_SS：转向管柱沿转向输出轴线的转动惯量；

m_RK：齿条和转向横拉杆的质量；

I_RW：车轮沿主销轴线的转动惯量。

步骤S11，对所述转向系统模型的各自由度进行参数辨识，获得所述四自由度模型中的各需要进行辨识的参数的参数值；

具体地，对转向系统模型参数进行辨识的原理包括：

将所述四自由度模型所对应的转向系统总成的各部份安装在实验台架上，在输入端（方向盘）加载正弦波角位移输入，使各自由度的输出端沿各自轴线自由运动或沿各自轴线加载相反方向的力或力矩，获得输入端的角位移和力矩；并获得输出端的位移或角位移，以及力或力矩，其中，所述输入端对应于方向盘，所述各自由度的输出端分别对应于转向输入轴、转向输出轴、转向横拉杆或车轮；

按照所述各数学表达式（一至四）分别在数学软件Matlab中编写主程序（即.m文件），在Matlab的子模块Simulink中建立辨识模型（即.mdl文件）；

将所述实验获得的所述输入端的角位移，以及各自由度的及输出端的位移或角位移和力或力矩分别作为对应辨识模型的输入，同时设置需辨识的参数的初始值和变化范围，获得所述输入端力矩的仿真结果；

将所述实验获得的输入端力矩与仿真结果中的输入端力矩进行比较，运行所述主程序采用最小二乘法（如Matlab中的函数为lsqnonlin）反复迭代使两者差值小于设定的误差最小值，从而获得所需辨识的参数的参数值。

具体地，如图8所示，该对转向系统模型参数进行辨识的过程包手如下步骤：

步骤1：对方向盘处干摩擦和阻尼、第一柔性件的刚度、助力属性等参数进行辨识

首先，将所述第一自由度对应的方向盘到转向输入轴之间的总成安装在实验台架上（例如安装在夹具上），使转向输入轴端可沿其轴线自由旋转（实验台架对转向输入轴的阻力矩可忽略），关闭助力，并给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为60deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移力矩，以及转向输入轴的角位移；设定干摩擦力矩的初始值（如0.3Nm）、干摩擦的刚度系数初始值（如100）、误差最小值（例如将最小最小二乘法函数的误差TolFun设置为0.001），将所述方向盘的角位移和力矩，以及转向输入轴的角位移输入至根据所述数学表达式一建立的辨识模型（如图7所示），其中SWA_EXP为实验的方向盘角的位移，SWT_EXP为实验的方向盘的力矩，SSA_EXP为实验的转向输入轴的角位移，SST_EXP为实验的转向输入轴力矩（自由旋转时力矩值为0Nm），获得所述方向盘力矩的仿真结果（SWT_SIM），并采用最小二乘法函数的进行反复迭代，当所述通过实验获得的方向盘力矩与其仿真结果的差值小于所述设定的误差最小值时，获得经过方向盘处的经过辨识的干摩擦力矩的稳态值和干摩擦刚度系数；即，运行主程序（.m文件），当提示误差已经小于0.001时表示辨识成功，得到此时方向盘处的干摩擦力矩的稳态值和干摩擦刚度系数。

其次，将所述第一自由度对应的方向盘到转向输入轴之间的总成安装在实验台架上，使转向输入轴端可沿其轴线自由旋转（实验台架对转向输入轴的阻力矩可忽略），关闭助力，并给方向盘输入频率为1Hz，幅值为60deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及转向输入轴的角位移；从而采用类似过程获得方向盘处经过辨识的阻尼参数;

再次，将所述第一自由度对应的方向盘到转向输入轴之间的总成安装在实验台架上，使转向输入轴端可沿其轴线自由旋转（实验台架对转向输入轴的阻力矩可忽略），关闭助力，并给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为60deg的正弦位移，同时给转向输入轴加载与方向盘转向方向相反的频率为0.01Hz，幅值为30Nm力矩，测量所述方向盘的角位移和力矩，同时测量转向输入轴的角位移，从而采用类似过程获得第一柔性件的经过辨识的角刚度；

另外，将所述第一自由度对应的方向盘到转向输入轴之间的总成安装在实验台架上，使转向输入轴端可沿其轴线自由旋转（实验台架对转向输入轴的阻力矩可忽略），关闭助力，并给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为60deg的正弦位移，同时给转向输入轴加载与方向盘转向方向相反的频率为0.01Hz，幅值为100Nm力矩，并给车速传感器输入不同的车速信号，测量方向盘的角位移和力矩，同时测量转向输入轴的角位移，从而采用类似过程获得不同车速下的助力曲线系数a、b、c。

步骤2：对转向管柱处的干摩擦和阻尼、第二柔性件的刚度等参数进行辨识

首先，将所述第一自由度与第二自由度对应的方向盘到转向输出轴之间的总成安装在实验台架上，使转向输出轴端可沿其轴线自由旋转（实验台架对转向输出轴的阻力矩可忽略），关闭助力，并给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为60deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及转向输出轴的角位移；设定干摩擦力矩的初始值、干摩擦的刚度系数初始值、误差最小值，将所述方向盘的角位移和力矩，以及转向输出轴的角位移输入至根据所述数学表达式一和表达式二建立的辨识模型（与图7示出的类似，未画出），获得所述方向盘力矩的仿真结果，并采用最小二乘法函数的进行反复迭代，当所述通过实验获得的方向盘力矩与其仿真结果的差值小于所述设定的误差最小值时，获得转向管柱处的经过辨识的干摩擦力矩的稳态值和干摩擦刚度系数；

其次，将所述第一自由度与第二自由度对应的方向盘到转向输出轴之间的总成安装在实验台架上，使转向输出轴端可沿其轴线自由旋转（实验台架对转向输出轴的阻力矩可忽略），关闭助力，并给方向盘输入频率为1Hz，幅值为60deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及转向输出轴的角位移；从而采用类似过程获得转向管柱处经过辨识的阻尼参数;

另外，将所述第一自由度与第二自由度对应的方向盘到转向输出轴之间的总成安装在实验台架上，使转向输出轴端可沿其轴线自由旋转（实验台架对转向输出轴的阻力矩可忽略），关闭助力，并给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为60deg的正弦位移，同时给转向输出轴加载与方向盘转向方向相反的频率为0.01Hz，幅值为30Nm力矩，测量所述方向盘的角位移和力矩，同时测量转向输出轴的角位移，从而采用类似过程获得第二柔性件的经过辨识的角刚度。

步骤3：对齿条处的干摩擦和阻尼、第三柔性件和第四柔性件的刚度等参数进行辨识

首先，将所述第一自由度到第三自由度对应的方向盘到转向横拉杆之间的总成安装在实验台架上，使转向横拉杆外点可沿齿条轴线自由移动（实验台架对左侧和右侧的转向横拉杆的阻力可忽略），关闭助力，并给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为60deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及转向横拉杆的位移；设定干摩擦力的初始值、干摩擦的刚度系数初始值、误差最小值，将所述方向盘的角位移和力矩，以及转向横拉杆的位移输入至根据所述数学表达式一、表达式二和表达式三建立的辨识模型（与图7示出的类似，未画出），获得所述方向盘力矩的仿真结果，并采用最小二乘法函数的进行反复迭代，当所述通过实验获得的方向盘力矩与其仿真结果的差值小于所述设定的误差最小值时，获得齿条处的经过辨识的干摩擦力的稳态值和干摩擦刚度系数；

其次，将所述第一自由度到第三自由度对应的方向盘到转向横拉杆之间的总成安装在实验台架上，使转向横拉杆外点可沿齿条轴线自由移动（实验台架对左侧和右侧的转向横拉杆的阻力可忽略），关闭助力，并给方向盘输入频率为1Hz，幅值为60deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及转向横拉杆位移；从而采用类似过程获得齿条处经过辨识的阻尼参数;

另外，将所述第一自由度到第三自由度对应的方向盘到转向横拉杆之间的总成安装在实验台架上，使转向横拉杆外点可沿齿条轴线自由移动（实验台架对左侧和右侧的转向横拉杆的阻力可忽略），关闭助力，并给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为60deg的正弦位移，同时给转向横拉杆外点加载与方向盘转向方向相反的沿齿条轴线的频率为0.01Hz，幅值为2000N力，测量所述方向盘的角位移和力矩，同时测量转向横拉杆外点的位移，从而采用类似过程获得第三柔性件和第四柔性件的经过辨识的线刚度。

步骤4：对主销沿主销轴线处的干摩擦和阻尼等参数进行辨识

首先，将所述第一自由度到第四自由度对应的方向盘到车轮之间的总成安装在试验台架上，其中车轮放置于可自由旋转的托盘上（托盘自由旋转时的阻力矩可忽略），给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为500deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及车轮沿主销轴线的角位移；设定悬架沿主销轴线的干摩擦力矩的初始值、干摩擦的刚度系数初始值、重力产生的回正力矩的曲线的系数的初始值、误差最小值，将所述方向盘的角位移和力矩，以及车轮沿主销轴线的角位移输入至根据所述数学表达式一、表达式二、表达式三和表达式四建立的辨识模型（与图7示出的类似，未画出），获得所述方向盘力矩的仿真结果，并采用最小二乘法函数的进行反复迭代，当所述通过实验获得的方向盘力矩与其仿真结果的差值小于所述设定的误差最小值时，获得经过辨识的悬架沿主销轴线的干摩擦力矩、干摩擦刚度系数和重力产生的回正力矩的曲线的系数；

其次，将所述第一自由度到第四自由度对应的方向盘到车轮之间的总成安装在试验台架上，其中车轮放置于可自由旋转的托盘上，给方向盘输入频率为1Hz，幅值为60deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及车轮沿主销轴线的角位移；从而采用类似过程获得经过辨识的悬架沿主销轴线的阻尼参数。

经过上述参数辨识后，可以使转向系统的模型进行仿真的结果与实验的结果非常接近，如图9所示，示出了一个实施例中实验结果与仿真结果中的的方向盘力矩（SWT）对比图，其中实线为实验结果，而虚线为仿真结果，从中可以看出，两者非常接近。

步骤S12，在对转向系统的模型进行辨识后，根据所述已进行参数辨识的转向系统的模型，在Adams/Car中建立对应的转向系统的多体模型，并对所述转向系统进行仿真校核，在仿真校核后，根据整车的设定的转向性能目标，设定所述转向系统的多体模型中的相应参数。

具体地，包括如下步骤：

根据上述转向系统四自由度模型在Adams/Car中建立对应的转向系统多体模型。用四个衬套分别模拟柔性件的刚度属性，其中，四个衬套只有一个方向具有柔性变形特性，其它5个方向的自由度通过中间安装件的方式约束，例如，方向盘和转向输入轴通过第一柔性件连接，同时方向盘与转向输入轴分别与一个中间安装件通过旋转副和圆柱副连接，这样方向盘与转向输入轴之间就会因第一柔性件的变形产生相对角位移，另外方向盘和转向输入轴还可以一起沿转向输入轴的轴线上下移动，具体地转向系统多体模型如图10所示，其中，转向系统多体模型包括：相互连接的方向盘1、转向输入轴2、转向中间轴3、转向输出轴4，连接在转向输出轴4上的齿条5，在齿条5两侧分别连接有右侧转向横拉杆6以及左侧转向横拉7；方向盘1和转向输入轴2之间通过第一柔性件80连接，转向输出轴4和齿条5之间通过第二柔性件81连接，齿条5和左侧转向横拉杆7之间通过第三柔性件82连接，齿条5和右侧转向横拉杆6之间通过第四柔性件83连接。

在Adams/Car中用加载力命令（Applied Force）或加载力矩命令（AppliedTorque）建立干摩擦和阻尼，大小用数学表达式表示；建立干摩擦时首先用微分方程命令（Differential Equation）建立Dahl干摩擦的数学模型，然后用积分命令（DIF）求积分得到干摩擦的数学表达式，最后在加载力命令或加载力矩命令的对话框的函数（function）中的输入所述的干摩擦的数学表达式；建立阻尼时首先用辨识得到的参数编写阻尼的数学表达式，然后在加载力命令或加载力矩命令的对话框的函数中输入所述的阻尼的数学表达式。例如建立方向盘处的干摩擦力矩，首先建立干摩擦力矩的稳态值和干摩擦刚度系数的变量，用AZ函数获得方向盘的角速度，然后用微分方程命令建立干摩擦力矩的模型（微分方程DIFF_Dsw），最后在加载力矩命令的对话框的函数中的输入所述的干摩擦的数学表达式DIF（DIFF_Dsw）。另外需说明，主销处的干摩擦和阻尼建立在减振器支柱处，方向沿主销轴线；

用加载力矩命令建立助力力矩，大小用数学表达式表示，助力力矩的加载物体为转向输入轴；首先在辨识得到的助力曲线上取点建立三维曲线（GeneralSpline），助力力矩的数学表达式为用AKISPL函数对三维曲线取插值，其中，所述AKISPL函数中的三维曲线的表达式为:y=f(x,z)，其中，y表示助力力矩，x表示第一柔性件的角位移，z表示车速。通过实验与仿真结果的对比，校核所述Adams/Car转向系统模型的准确性，如图11所示，示出了一个实施例中Adams/Car转向系统的模型的方向盘力矩的实验与仿真的对比图，（SWT）对比图，其中实线为实验结果，而虚线为仿真结果，可知采用该Adams/Car转向系统的模型进行的仿真结果非常接近实验结果，两者吻合度非常高，故可以为转向系统的设计提供准确的依据；

然后根据整车的设定的转向性能目标，详细设定所述Adams/Car转向系统模型中的各个参数。

实施本发明，具有如下的有益效果：

本发明实施例提出了一种建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法，首先建立与转向系统结构一一对应的转向系统模型，并对所述转向系统模型的参数进行了辨识，然后把辨识得到的参数应用到Adams/Car中，建立转向系统的多体模型，进行转向性能仿真分析，可以为转向系统的设计和EPS的标定提供依据；

另外，本发明实施例为转向系统的设计提供理论依据，并可在底盘调校之前，就可以进行仿真分析，优化转向系统的属性，节约调校的时间；

而且，能够很容易地为底盘调校过程中出现的问题提供合适的优化方案。

可以理解的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，该的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-OnlyMemory，ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据转向系统的属性建立一个四自由度的转向系统模型，所述转向系统的属性包括：转向传动比、转向系统柔性、转向系统的干摩擦和阻尼；

对所述转向系统模型的各自由度进行参数辨识，获得所述四自由度模型中的各需要进行辨识的参数的参数值；

根据所述已进行参数辨识的转向系统的模型，在Adams/Car中建立对应的转向系统的多体模型，并对所述转向系统进行仿真校核，在仿真校核后，根据整车的设定的转向性能目标，设定所述转向系统的多体模型中的相应参数。

2.如权利要求1所述的建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法，其特征在于，所述根据转向系统的属性为所述转向系统建立一个四自由度的转向系统模型的步骤具体包括：

建立所述转向系统模型的第一自由度，所述第一自由度包括：方向盘、助力装置、转向输入轴以及第一柔性件，其中，第一柔性件连接所述方向盘和转向输入轴，其数学表达式如下：

$\mathrm{SWT}+T_{\mathrm{ass}}-{\mathrm{Tfri}}_{\mathrm{SW}}-{\mathrm{Tdam}}_{\mathrm{SW}}-I_{\mathrm{SW}}{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\δ}}}_{\mathrm{SW}}=K_{\mathrm{tbar}}({\mathrm{\δ}}_{\mathrm{SW}}-{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{SS}})$ [一]；

建立所述转向系统模型的第二自由度，所述第二自由度包括：转向中间轴、转向输出轴和第二柔性件，所述第二柔性件连接转向输出轴和齿轮，其数学表达式如下：

$k_{\mathrm{tbar}}({\mathrm{\δ}}_{\mathrm{SW}}-{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{SS}})-{\mathrm{Tfri}}_{\mathrm{SS}}-{\mathrm{Tdam}}_{\mathrm{SS}}-I_{\mathrm{SS}}{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\δ}}}_{\mathrm{SS}}=K_{\mathrm{SS}}({\mathrm{\δ}}_{\mathrm{SS}}-{\mathrm{\δ}}_P)$ [二]；

建立所述转向系统模型的第三个自由度，所述第三自由度包括：齿轮、齿条、左侧和右侧两个转向横拉杆、第三柔性件和第四柔性件，所述第三柔性件连接齿条和左侧转向横拉杆，所述第四柔性件连接齿条与右侧转向横拉杆，其数学表达式如下：

$K_{\mathrm{SS}}({\mathrm{\δ}}_{\mathrm{SS}}-{\mathrm{\δ}}_P)/R_P-{2K}_{\mathrm{SA}}(D_{\mathrm{RK}}-D_{\mathrm{SA}})-{\mathrm{Ffri}}_{\mathrm{RK}}-{\mathrm{Fdam}}_{\mathrm{RK}}=m_{\mathrm{RK}}{\stackrel{\·\·}{D}}_{\mathrm{RK}}$ [三]；

建立所述转向系统模型的第四个自由度，所述第四自由度包括悬架部分，其数学表达式如下：

$K_{\mathrm{SA}}(D_{\mathrm{RK}}-D_{\mathrm{SA}})R_{\mathrm{SA}}-{\mathrm{Tfri}}_{\mathrm{KP}}-{\mathrm{Tdam}}_{\mathrm{KP}}={\stackrel{\·\·}{\mathrm{\δ}}}_{\mathrm{RW}}{I}_{\mathrm{RW}}$ [四]；

其中，各字母的含义如下：

SWT：方向盘力矩；

T_ass：电动助力力矩；

Tfri_SW：方向盘处的干摩擦力矩；

Tdam_SW：方向盘处的阻尼力矩；

Tfri_SS：转向管柱处的干摩擦力矩；

Tdam_SS：转向管柱处的阻尼力矩；

Ffri_RK：齿条处的干摩擦力；

Fdam_RK：齿条处的阻尼力；

Tfri_KP：主销处的干摩擦力矩；

Tdam_KP：主销处的阻尼力矩；

K_tbar：第一柔性件的角刚度；

K_SS：第二柔性件的角刚度；

K_SA：第三柔性件和第四柔性件的线刚度；

δ_SW：方向盘的角位移；

方向盘角加速度；

δ_SS：转向管柱的角位移；

转向管柱的角加速度；

D_RK：齿条位移；

齿条加速度；

δ_RW：车轮的角位移；

车轮角加速度；

R_P：齿轮分度圆半径；

R_SA：转向臂长度；

I_SW：方向盘沿方向盘轴线的转动惯量；

I_SS：转向管柱沿转向输出轴线的转动惯量；

m_RK：齿条和转向横拉杆的质量；

I_RW：车轮沿主销轴线的转动惯量。

3.如权利要求2所述的建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法，其特征在于，对所述转向系统模型的各自由度进行参数辨识，获得所述四自由度模型中的各需要进行辨识的参数的参数值的步骤包括：

将所述四自由度模型所对应的转向系统总成安装在实验台架上，在输入端加载正弦波角位移输入，使各自由度的输出端沿各自轴线自由运动或沿各自轴线加载相反方向的力或力矩，获得输入端的角位移和力矩；并获得输出端的位移或角位移，以及力或力矩，其中，所述输入端对应于方向盘，所述各自由度的输出端分别对应于转向输入轴、转向输出轴、转向横拉杆或车轮；

按照所述各数学表达式分别在Matlab中编写主程序，在Matlab的子模块Simulink中建立辨识模型；

将所述实验获得的所述输入端的角位移，以及各自由度的输出端的位移或角位移和力或力矩分别作为对应辨识模型的输入，同时设置需辨识的参数的初始值和变化范围，获得所述输入端力矩的仿真结果；

将所述实验获得的输入端力矩与仿真结果中的输入端力矩进行比较，运行所述主程序采用最小二乘法反复迭代使两者差值小于设定的误差最小值，从而获得所需辨识的参数的参数值。

4.如权利要求3所述的建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法，其特征在于，对所述转向系统模型的各自由度进行参数辨识，获得所述四自由度模型中的各需要进行辨识的参数的参数值的步骤具体包括：

将所述第一自由度对应的方向盘到转向输入轴之间的总成安装在实验台架上，使转向输入轴端可沿其轴线自由旋转，关闭助力，并给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为60deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及转向输入轴的角位移；

设定干摩擦力矩的初始值、干摩擦的刚度系数初始值、误差最小值，将所述方向盘的角位移和力矩，以及转向输入轴的角位移输入至根据所述数学表达式一建立的辨识模型，获得所述方向盘力矩的仿真结果，并采用最小二乘法函数的进行反复迭代，当所述通过实验获得的方向盘力矩与其仿真结果的差值小于所述设定的误差最小值时，获得方向盘处的经过辨识的干摩擦力矩的稳态值和干摩擦刚度系数；

将所述第一自由度对应的方向盘到转向输入轴之间的总成安装在实验台架上，使转向输入轴端可沿其轴线自由旋转，关闭助力，并给方向盘输入频率为1Hz，幅值为60deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及转向输入轴的角位移；从而采用类似过程获得方向盘处经过辨识的阻尼参数;

将所述第一自由度对应的方向盘到转向输入轴之间的总成安装在实验台架上，使转向输入轴端可沿其轴线自由旋转，关闭助力，并给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为60deg的正弦位移，同时给转向输入轴加载与方向盘转向方向相反的频率为0.01Hz，幅值为30Nm力矩，测量所述方向盘的角位移和力矩，同时测量转向输入轴的角位移，从而采用类似过程获得第一柔性件的经过辨识的角刚度；

将所述第一自由度对应的方向盘到转向输入轴之间的总成安装在实验台架上，使转向输入轴端可沿其轴线自由旋转，关闭助力，并给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为60deg的正弦位移，同时给转向输入轴加载与方向盘转向方向相反的频率为0.01Hz，幅值为100Nm力矩，并给车速传感器输入不同的车速信号，测量方向盘的角位移和力矩，同时测量转向输入轴的角位移，从而采用类似过程获得不同车速下的助力曲线系数a、b、c。

5.如权利要求3所述的建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法，其特征在于，对所述转向系统模型的各自由度进行参数辨识，获得所述四自由度模型中的各需要进行辨识的参数的参数值的步骤进一步包括：

将所述第一自由度与第二自由度对应的方向盘到转向输出轴之间的总成安装在实验台架上，使转向输出轴端可沿其轴线自由旋转，关闭助力，并给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为60deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及转向输出轴的角位移；设定干摩擦力矩的初始值、干摩擦的刚度系数初始值、误差最小值，将所述方向盘的角位移和力矩，以及转向输出轴的角位移输入至根据所述数学表达式一和表达式二建立的辨识模型，获得所述方向盘力矩的仿真结果，并采用最小二乘法函数的进行反复迭代，当所述通过实验获得的方向盘力矩与其仿真结果的差值小于所述设定的误差最小值时，获得转向管柱处的经过辨识的干摩擦力矩的稳态值和干摩擦刚度系数；

将所述第一自由度与第二自由度对应的方向盘到转向输出轴之间的总成安装在实验台架上，使转向输出轴端可沿其轴线自由旋转，关闭助力，并给方向盘输入频率为1Hz，幅值为60deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及转向输出轴的角位移；从而采用类似过程获得转向管柱处经过辨识的阻尼参数;

将所述第一自由度与第二自由度对应的方向盘到转向输出轴之间的总成安装在实验台架上，使转向输出轴端可沿其轴线自由旋转，关闭助力，并给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为60deg的正弦位移，同时给转向输出轴加载与方向盘转向方向相反的频率为0.01Hz，幅值为30Nm力矩，测量所述方向盘的角位移和力矩，同时测量转向输出轴的角位移，从而采用类似过程获得第二柔性件的经过辨识的角刚度。

6.如权利要求5所述的建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法，其特征在于，对所述转向系统模型的各自由度进行参数辨识，获得所述四自由度模型中的各需要进行辨识的参数的参数值的步骤进一步包括：

将所述第一自由度到第三自由度对应的方向盘到转向横拉杆之间的总成安装在实验台架上，使转向横拉杆外点可沿齿条轴线自由移动，关闭助力，并给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为60deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及转向横拉杆的位移；设定干摩擦力的初始值、干摩擦力的刚度系数初始值、误差最小值，将所述方向盘的角位移和力矩，以及转向横拉杆的位移，输入至根据所述数学表达式一、表达式二和表达式三建立的辨识模型，获得所述方向盘力矩的仿真结果，并采用最小二乘法函数的进行反复迭代，当所述通过实验获得的方向盘力矩与其仿真结果的差值小于所述设定的误差最小值时，获得齿条处的经过辨识的干摩擦力的稳态值和干摩擦刚度系数；

将所述第一自由度到第三自由度对应的方向盘到转向横拉杆之间的总成安装在实验台架上，使转向横拉杆外点可沿齿条轴线自由移动，关闭助力，并给方向盘输入频率为1Hz，幅值为60deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及转向横拉杆位移；从而采用类似过程获得齿条处经过辨识的阻尼参数;

将所述第一自由度到第三自由度对应的方向盘到转向横拉杆之间的总成安装在实验台架上，使转向横拉杆外点可沿齿条轴线自由移动，关闭助力，并给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为60deg的正弦位移，同时给左右侧转向横拉杆外点加载与方向盘转向方向相反的沿齿条轴线的频率为0.01Hz，幅值为2000N的力，测量所述方向盘的角位移和力矩，同时测量转向横拉杆外点的位移，从而采用类似过程获得第三柔性件和第四柔性件的经过辨识的线刚度。

7.如权利要求6所述的建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法，其特征在于，对所述转向系统模型的各自由度进行参数辨识，获得所述四自由度模型中的各需要进行辨识的参数的参数值的步骤进一步包括：

将所述第一自由度到第四自由度对应的方向盘到车轮之间的总成安装在试验台架上，其中车轮放置于可自由旋转的托盘上，给方向盘输入频率为0.01Hz，幅值为500deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及车轮沿主销轴线的角位移；设定悬架沿主销轴线的干摩擦力矩的初始值、干摩擦的刚度系数初始值、重力产生的回正力矩初始值、误差最小值，将所述方向盘的角位移和力矩，以及车轮沿主销轴线的角位移输入至根据所述数学表达式一、表达式二、表达式三和表达式四建立的辨识模型，获得所述方向盘力矩的仿真结果，并采用最小二乘法函数的进行反复迭代，当所述通过实验获得的方向盘力矩与其仿真结果的差值小于所述设定的误差最小值时，获得经过辨识的悬架沿主销轴线的干摩擦力矩的稳态值、干摩擦刚度系数和重力产生的回正力矩；

将所述第一自由度到第四自由度对应的方向盘到车轮之间的总成安装在试验台架上，其中车轮放置于可自由旋转的托盘上，给方向盘输入频率为1Hz，幅值为60deg的正弦角位移，测量所述方向盘的角位移和力矩，以及车轮沿主销轴线的角位移；从而采用类似过程获得经过辨识的悬架沿主销轴线的阻尼参数。

8.如权利要求1至7中任一项所述的建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法，其特征在于，所述根据所述已进行参数辨识的转向系统的模型，在Adams/Car中建立对应的转向系统的多体模型，并对所述转向系统进行仿真校核，在仿真校核后，根据整车的设定的转向性能目标，设定所述转向系统的多体模型中的相应参数的步骤具体为：

根据上述转向系统四自由度模型在Adams/Car中建立对应的转向系统多体模型，用四个衬套分别模拟柔性件的刚度属性，其中，四个衬套只有一个方向具有柔性变形特性，其它5个方向的自由度通过中间安装件的方式约束；

分别在Adams/Car中用加载力命令或加载力矩命令建立干摩擦、阻尼和助力力矩，大小用数学表达式表示；

通过实验与仿真结果的对比，校核所述Adams/Car转向系统模型的准确性；

然后根据整车的设定的转向性能目标，详细设定所述Adams/Car转向系统模型中的各个参数。

9.如权利要求8所述的建立管柱式电动助力转向系统的多体模型的方法，其特征在于，

所述Dahl干摩擦模型为：

$\frac{\mathrm{dF}}{\mathrm{dt}}=k\stackrel{\·}{x}{[1-\frac{F}{F_0}\mathrm{sign}\left(\stackrel{\·}{x}\right)]}^2;$

其中，k为刚度系，F₀为摩擦力的稳态值，F为瞬态值，为速度，t为时间；

所述阻尼模型为：

$F=\mathrm{\μ}\·{\stackrel{\·}{x}}^a,$

其中，F为阻尼，为速度，a为阻尼系数，μ为阻尼修正系数；

所述助力的模型为：

y=f(x,z)；

其中，y=f(x)的表达式为三次幂函数y=ax³+bx²+cx，y为助力力矩，x为第一柔性件的角位移，z为车速，a、b和c为助力曲线系数。