CN115489603B

CN115489603B - 一种车辆转向系统的转向精度补偿方法

Info

Publication number: CN115489603B
Application number: CN202211117358.3A
Authority: CN
Inventors: 吴江帆; 秦岭
Original assignee: Shanghai Chipways Semiconductor Co ltd
Current assignee: Shanghai Chipways Semiconductor Co ltd
Priority date: 2022-09-14
Filing date: 2022-09-14
Publication date: 2024-12-13
Anticipated expiration: 2042-09-14
Also published as: CN115489603A

Abstract

本发明涉及车辆转向系统技术领域，具体涉及一种车辆转向系统的转向精度补偿方法，包括：S1：选取一转弯半径，根据转弯半径分别生成左转向轮与齿条位移的第一函数关系，以及右转向轮与齿条位移的第二函数关系；S2：根据第一函数关系和第二函数关系判断车辆转向系统是否满足精度要求；若是，转向S3；S3：选取一侧车轮为参考点，计算对应于转弯半径的转向偏差；S4：根据转向偏差进行精度补偿。有益效果在于：通过在特定转向半径下构建转向轮与齿条位移间的函数关系，从而准确判断出因转向系统设计导致的转向偏差，并对转向偏差进行了量化，避免了现有技术中无法准确获取到车辆转向系统的转向偏差的问题，实现了对车辆转向系统的转向精度的有效补偿。

Description

一种车辆转向系统的转向精度补偿方法

技术领域

本发明涉及车辆转向系统技术领域，具体涉及一种车辆转向系统的转向精度补偿方法。

背景技术

车辆转向系统，指设置在汽车上用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置、机械结构。通常来说，该类系统实现汽车转向的原理是，驾驶员通过一套专设的机构，比如相互连接、啮合的齿条、摆臂、连杆等，使汽车转向桥(一般是前桥)上的车轮相对于汽车纵轴线偏转一定角度，进而使得车辆驶向特定的方向。由于车辆转向系统在实现汽车转向时通常需要依赖一系列机械传动机构使得车轮偏转。因此，机械结构自身的一些缺陷，比如，不同齿轮啮合时的相位差、机械部件之间的干涉均会造成转向系统存在误差，进而使得车辆转向系统不能保持较为准确的指向。

现有技术中，针对上述问题已存在有相应的改进方案来降低车辆转向系统的误差，比如，通过改变转向齿条的生产、装配工艺来提高转向系统整体的机械精度，从而避免装夹误差等因素对转向精度造成的影响。但是，在实际实施过程中，发明人发现，现有技术中通常仅通过工艺和动力学方面对车辆转向系统作出改进，其对转向系统的精度提升较为有限，未实质性解决转向系统本身的设计缺陷导致的转向误差问题；同时，部分针对具体车辆的转向系统优化方案，由于转向系统由多个非线性系统组成，因此该类优化方案需要依赖于人工经验调试，不具有普适性。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种车辆转向系统的转向精度补偿方法。

具体技术方案如下：

一种车辆转向系统的转向精度补偿方法，包括：

步骤S1：选取一转弯半径，根据所述转弯半径分别生成左转向轮与齿条位移的第一函数关系，以及右转向轮与所述齿条位移的第二函数关系；

步骤S2：根据所述第一函数关系和第二函数关系判断所述车辆转向系统是否满足精度要求；

若否，转向步骤S3；

若是，结束精度补偿过程；

步骤S3：选取一侧车轮为参考点，计算对应于所述转弯半径的转向偏差；

步骤S4：根据所述转向偏差进行精度补偿。

优选地，所述步骤S1包括：

步骤S11：针对所述转弯半径分别生成左转向轮转角和对应于所述左转向轮转角的第一齿条位移，以及右转向轮转角和对应于所述右转向轮转角的第二齿条位移；

步骤S12：根据所述左转向轮转角、所述第一齿条位移、所述右转向轮转角和所述第二齿条位移生成所述第一函数关系和所述第二函数关系。

优选地，所述步骤S2中，根据所述第一函数关系和第二函数关系判断所述车辆转向系统是否满足精度要求的方法包括：

计算

当Δs(R)＝0时，表明满足精度要求；当Δs(R)≠0时，表明不满足精度要求；其中，Δs(R)为所述转弯半径下的转向偏差函数，s_g为所述第一函数关系中的所述齿条位移，s_d为所述第二函数关系中的所述齿条位移；A_c为转向轮与齿条之间的第一距离，其计算方式为其中，K为所述车辆转向系统的轮距，l₃为所述齿条的长度；

l₁为第一连杆的长度，α_g为所述左转向轮的实际转角，α_d为所述右转向轮的实际转角，l₂为第二连杆的长度，d为所述齿条和所述左转向轮与所述右转向轮连线的距离。

优选地，所述步骤S3中，所述转向偏差的生成方法为：

其中，D_偏差为所述转向偏差，L为车辆转向系统的轴距，K为所述车辆转向系统的轮距，β_g为所述左转向轮的实际转角，β_d为所述右转向轮的实际转角。

优选地，所述步骤S4中，根据所述转向偏差进行精度补偿的方法包括：

根据所述转向偏差生成一最大许可偏差，随后根据所述最大许可偏差调整所述车辆转向系统的连杆几何参数。

根据所述转向偏差生成一补偿输入值，随后采用所述补偿输入值控制所述车辆转向系统，以实现所述转向半径；

优选地，所述补偿输入值的生成方法包括：

其中，R_实际为所述补偿输入值，R为所述转向半径，L为所述车辆转向系统的轴距，K为所述车辆转向系统的轮距，β_g为所述左转向轮的实际转角，β_d为所述右转向轮的实际转角。

优选地，所述第一函数关系包括：

其中，β_g为所述左转向轮的实际转角，L为所述车辆转向系统的轴距，K为所述车辆转向系统的轮距，d为所述齿条和所述左转向轮与所述右转向轮连线的距离，l₁为所述第一连杆的长度，l₂为所述第二连杆的长度，l₃为所述齿条的长度，s为所述齿条位移。

优选地，所述第二函数关系包括：其中，β_d为所述右转向轮的实际转角，L为所述车辆转向系统的轴距，K为所述车辆转向系统的轮距，d为所述齿条和所述左转向轮与所述右转向轮连线的距离，l₁为所述第一连杆的长度，l₂为所述第二连杆的长度，l₃为所述齿条的长度，s为所述齿条位移。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：通过在特定转向半径下构建转向轮与齿条位移间的函数关系，从而准确判断出因转向系统设计导致的转向偏差，并对转向偏差进行了量化，避免了现有技术中无法准确获取到车辆转向系统的转向偏差的问题，实现了对车辆转向系统的转向精度的有效补偿。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明所适用的一种转向系统示意图；

图2为本发明所适用的另一种转向系统示意图；

图3为本发明实施例中方法整体示意图；

图4为本发明实施例中步骤S1子步骤示意图。

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的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明包括：

一种车辆转向系统的转向精度补偿方法，适用于如图1和图2所示的车辆转向系统；

具体来说，该汽车转向系统包括左前轮g、长度均为l₁的左第一连杆AB和右第一连杆EF、长度为l₂的左第二连杆BC和右第二连杆DE、长度为l₃的齿条CD和右前轮d。其中，齿条CD的两端分别连接至左第二连杆BC和右第二连杆DE靠近车辆中轴线的一端。图中A、F点为摆臂固定点，左前轮g和右前轮d设置在摆臂固定点外侧，通过摆臂可转动的连接至左第二连杆BC、右第二连杆DE。摆臂为一L型结构，其转角处设置在摆臂固定点上，一端连接至左前轮g或右前轮d，另一个端所在的一侧则作为左第一连杆AB或右第一连杆EF连接至左第二连杆BC或右第二连杆DE。齿条CD在转向电机、转向杆的驱动下沿图中所示的Y轴方向往复移动，以推动或拉动左第二连杆BC、右第二连杆DE移动。左第二连杆BC和右第二连杆DE的两端均为转动连接点，进而使得摆臂在固定角度上能够在左第二连杆BC或右第二连杆DE的带动下使得左前轮g、右前轮d转动。图1和图2的区别在于，图1中所示的车辆转向系统，其整体设置在车辆前轴前方，在此记作外置转向系统；图2中所示的车辆转向系统，其整体设置在车辆前轴后方，在此记作内置转向系统。

则如图3所示，转向精度补偿方法具体包括：

步骤S1：选取一转弯半径，根据转弯半径分别生成左转向轮与齿条位移的第一函数关系，以及右转向轮与齿条位移的第二函数关系；

步骤S2：根据第一函数关系和第二函数关系判断所述车辆转向系统是否满足精度要求；

若否，转向步骤S3；

若是，结束精度补偿过程；

步骤S3：选取一侧车轮为参考点，计算对应于转弯半径的转向偏差；

步骤S4：根据转向偏差进行精度补偿。

具体地，针对上两种转向系统，现有技术中因其整体设计由多个非线性系统组成，比如第一连杆与第二连杆的转动连接关系、第二连杆与齿条之间的转动连接关系、两侧的连杆在同一齿条驱动下的转动等，因此现有技术中难以针对整体系统进行有效的分析，从而无法得到转向精度的解析关系式，只能从工艺、动力学角度加以改进。针对这一问题，本实施例中通过中间变量，即第一函数关系和第二函数关系在特定转弯半径下的比较情况，从而得出车辆转向系统是否存在转向偏差，并建立起针对转向精度的导函数，从而实现了对转向偏差的计算、精度补偿过程，从而提高了车辆转向系统的设计精度。

进一步地，为实现对车辆转向系统较好的分析效果，本实施例中，通过分别生成第一函数关系和第二函数关系，对车辆左侧的转向轮与齿条位移之间的运动关系，以及对车辆左侧的转向轮与齿条位移之间的运动关系进行独立分析，从而实现了较好的分析效果。

在一种较优的实施例中，如图4所示，步骤S1包括：

步骤S11：针对转弯半径分别生成左转向轮转角和对应于左转向轮转角的第一齿条位移，以及右转向轮转角和对应于右转向轮转角的第二齿条位移；

步骤S12：根据左转向轮转角、第一齿条位移、右转向轮转角和第二齿条位移生成第一函数关系和第二函数关系。

需要说明的是，上述第一齿条位移和第二齿条位移为将左转向轮和右转向轮进行独立分析生成的齿条位移，其在实体上仅对应于车辆转向系统的同一齿条。

具体地，针对前述转向系统，可得到该转向系统的运动学连接关系如下表1所示：

表1

则针对特定的转弯半径R，可得到左转向轮的理想转角为β_g|JT，右转向轮的理想转角为β_d|JT，左转向轮的实际转角为β_g，右转向轮的实际转角为β_d。

记主要参数如表2所示：

此文中±或分别对应内置/外置两种布置。

表2则可进一步得到如表3所示的基本关系：

表3

在该实施例中，针对特定的转弯半径R，可得到左转向轮的理想转角：右转向轮的理想转角

进一步的，根据几何关系可得出第二连杆的长度：

其中

因此，可基于几何关系得出矢量方程：展开化简得到：

A_dsin(β_d+γ)+B_dcos(β_d+γ)+C_d＝0；

求解得到左侧轮转角与齿条位移的函数关系：

其中：A_g＝±2dl₁；B_g＝2l₁(A_c±s)；

根据几何关系可写出矢量方程：展开化简得到：

A_gsin(β_g-γ)+B_gcos(β_g-γ)+C_g＝0

求解得到左侧轮转角与齿条位移的函数关系：

其中：

如图1中外置情况，选左侧转向轮为参考计算右侧转向轮实际转角，通过比较计算出转向偏差。

由此可得到左右车轮转角β_g和β_d与齿条位移(s)的函数关系。

进一步地，基于矢量方程：

可得到：

其中：

从而得到齿条位移(s)与左侧转向轮的实际转角β_g和右侧转向轮的实际转角β_d的函数关系。

在一种较优的实施例中，步骤S2中，根据第一函数关系和第二函数关系判断是否存在转向偏差的方法包括：

计算

当Δs(R)＝0时，表明不存在转向偏差；当Δs(R)≠0时，表明存在转向偏差；

其中，Δs(R)为转弯半径下的转向偏差函数，s_g为第一函数关系中的齿条位移，s_d为第二函数关系中的齿条位移；A_c为转向轮与齿条之间的第一距离，其计算方式为其中，K为车辆转向系统的轮距，l₃为齿条的长度；l₁为第一连杆的长度，α_g为左转向轮的实际转角，α_d为右转向轮的实际转角，l₂为第二连杆的长度，d为齿条和左转向轮与右转向轮连线的距离。

具体地，当生成了第一函数关系与第二函数关系后，本实施例中通过引入中间变量Δs＝s_g-s_d，从而实现了对转向偏差的量化。

具体来说：

随后将Δs对转弯半径R求导数：

进而可得到当趋向于0时，转向偏差逐渐减小。

在一种较优的实施例中，步骤S3中，转向偏差的生成方法为：

其中，D_偏差为转向偏差，L为车辆转向系统的轴距，K为车辆转向系统的轮距，β_g为左转向轮的实际转角，β_d为右转向轮的实际转角。

具体地，给定转弯半径R，由于左右转向轮的瞬时转动中心C_AV、P_AV与理想转向时的瞬时转动中心C_JT或P不重合，在方向的偏差量为：X，Y，将两个瞬心间的偏离距离定义为理论偏差D_偏差。

展开得到:

在一种较优的实施例中，步骤S4中，根据转向偏差进行精度补偿的方法包括：

根据转向偏差生成一最大许可偏差，随后根据最大许可偏差调整车辆转向系统的连杆几何参数。

根据转向偏差生成一补偿输入值，随后采用补偿输入值控制车辆转向系统，以实现转向半径；

在一种较优的实施例中，补偿输入值的生成方法包括：

其中，R_实际为补偿输入值，R为转向半径，L为车辆转向系统的轴距，K为车辆转向系统的轮距，β_g为左转向轮的实际转角，β_d为右转向轮的实际转角。

在一种较优的实施例中，第一函数关系包括：

其中，β_g为左转向轮的实际转角，L为车辆转向系统的轴距，K为车辆转向系统的轮距，d为齿条和左转向轮与右转向轮连线的距离，l₁为第一连杆的长度，l₂为第二连杆的长度，l₃为齿条的长度，s为齿条位移。

在一种较优的实施例中，第二函数关系包括：

其中，β_d为右转向轮的实际转角，L为车辆转向系统的轴距，K为车辆转向系统的轮距，d为齿条和左转向轮与右转向轮连线的距离，l₁为第一连杆的长度，l₂为第二连杆的长度，l₃为齿条的长度，s为齿条位移。

基于上述公式，可从车辆转向系统的设计着手，从而得到高精度的转向系统。比如，把允许的D_偏差最大值作为设计目标之一，将相关的几何和加工工艺作为约束条件(齿条最大行程、转向轮工艺最大转角、连杆机构的最大杆长度等)，将齿条移动作为输入模拟转向过程，逐一改变转向系统中连杆机构组件的几何尺寸L₁，L₃，d等，通过迭代方法，找到满足精度要求的组件几何关系群集，从而达到优化设计的目的。

进一步地，还可对齿条的安装高度进行进一步的调整，具体步骤如下：

步骤A1：建立三维模型，引入齿条安装布置高度变量h

步骤A2：建立矢量方程，得出β_G(h,s)、β_d(h,s)的函数表达式

步骤A3求导数函数方程或求解随h变化时β_g(Max)或β_d(Max)左轮或右轮角度摆动的最大值，

步骤A4：求β_gMax＝0或β_dMax＝0时的h值。

在另一实施例中，针对现有的车辆转向系统，可通过采用生成补偿输入值的方法调整实际输入车辆转向系统的输入值，从而使得车辆转向系统在采用补偿输入值进行转向时，针对特定的转弯半径能够使得左转向轮和右转向轮均达到理想转角。

给定期待的转弯半径R，转向偏差会导致欠转或过转。

对转弯半径值R增加补偿量ΔR：R_实际＝R+ΔR，

ΔR：过转时ΔR>0,欠转时ΔR<0.

简化的补偿方法，可将D_偏差值在方向分量ΔY作为转弯半径的补偿值：

其中：

进而可得出：

将R_实际作为实际输入车辆转向系统的补偿输入值，从而实现较好的转向精度。

本发明的有益效果在于：通过对车辆转向系统各部件在特定转弯半径下进行几何分析，有效建立起转向轮与齿条之间的函数关系，并基于左右两侧的函数关系引入中间变量Δs，实现了对转向偏差值的量化，进而可根据量化后的转向偏差值对车辆转向系统的基本参数加以分析，从而在设计层面上实现对车辆转向系统的设计精度改进，还能实现对实际车辆转向系统的转向精度补偿，进而提高车辆转向系统的精度。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种车辆转向系统的转向精度补偿方法，其特征在于，包括：

步骤S2：根据所述第一函数关系和所述第二函数关系判断所述车辆转向系统是否满足精度要求；

若否，转向步骤S3；

若是，结束精度补偿过程；

步骤S4：根据所述转向偏差进行精度补偿。

2.根据权利要求1所述的转向精度补偿方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

3.根据权利要求1所述的转向精度补偿方法，其特征在于，所述步骤S2中，根据所述第一函数关系和所述第二函数关系判断所述车辆转向系统是否满足精度要求的方法包括：

计算

当Δs(R)＝0时，表明满足精度要求；当Δs(R)≠0时，表明不满足精度要求；其中，Δs(R)为所述转弯半径下的转向偏差函数，s_g为所述第一函数关系中的所述齿条位移，s_d为所述第二函数关系中的所述齿条位移；

A_c为转向轮与齿条之间的第一距离，其计算方式为其中，K为所述车辆转向系统的轮距，l₃为所述齿条的长度；

4.根据权利要求1所述的转向精度补偿方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述转向偏差的生成方法为：

5.根据权利要求1所述的转向精度补偿方法，其特征在于，所述步骤S4中，根据所述转向偏差进行精度补偿的方法包括：

6.根据权利要求1所述的转向精度补偿方法，其特征在于，所述步骤S4中，根据所述转向偏差进行精度补偿的方法包括：

根据所述转向偏差生成一补偿输入值，随后采用所述补偿输入值控制所述车辆转向系统，以实现所述转弯半径。

7.根据权利要求6所述的转向精度补偿方法，其特征在于，所述补偿输入值的生成方法包括：

8.根据权利要求2所述的转向精度补偿方法，其特征在于，所述第一函数关系包括：其中，β_g为所述左转向轮的实际转角，L为所述车辆转向系统的轴距，K为所述车辆转向系统的轮距，d为所述齿条和所述左转向轮与所述右转向轮连线的距离，l₁为第一连杆的长度，l₂为第二连杆的长度，l₃为所述齿条的长度，s为所述齿条位移。

9.根据权利要求2所述的转向精度补偿方法，其特征在于，所述第二函数关系包括：其中，β_d为所述右转向轮的实际转角，L为所述车辆转向系统的轴距，K为所述车辆转向系统的轮距，d为所述齿条和所述左转向轮与所述右转向轮连线的距离，l₁为第一连杆的长度，l₂为第二连杆的长度，l₃为所述齿条的长度，s为所述齿条位移。