[发明专利]一种汽车行驶时单轮自回正力矩测量装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于车辆工程中的系统参数辨识领域，具体涉及一种汽车行驶时单轮自回正力矩测量装置和方法。

背景技术

轮胎自回正力矩是车辆转向中一项重要系统参数，其辨识的准确程度对于车辆转向回正性能和车辆系统参数估算具有重要意义。轮胎自回正力矩一般可以在试验台上进行测量，但是这种方法只能得到轮胎的回正力矩随轮胎侧偏角的关系，不能实时得到车辆行驶时轮胎转向自回正力矩。在车辆行驶状态下，车辆单轮自回正力矩的获取目前有两种方法：一种是直接测量得到，一种是通过轮胎公式计算得到。前者通常是采用装有力矩传感器的线控车辆或者是加装昂贵的轮胎六分力仪器直接测量得到，虽然这种方法精度较高，但是所需花费较高，不适合一般工程实际测量。后者虽然成本较低，但是轮胎公式受路面附着影响，但路面附着无法实时测量得到，只能估算获得，这就影响轮胎公式的精度和准确性，导致计算值和实际值偏差较大。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种汽车行驶时单轮自回正力矩测量装置和方法，测量装置结构简单，测量精度高，可以简便快捷的计算得到车辆行驶时单轮的自回正力矩。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种汽车行驶时单轮自回正力矩测量装置，其特征在于：其包括GPS装置、两应变片、陀螺仪、转角传感器、CAN信号采集仪、信号转换器以及计算机终端；所述GPS装置包括GPS基站和两GPS移动站；所述CAN信号采集仪分别与所述两应变片、陀螺仪、转角传感器和信号转换器相连，所述信号转换器与所述两GPS移动站相连；两所述GPS移动站实时采集待检测车辆的位置信号并经所述信号转换器转换为CAN信号；两所述应变片实时采集转向横拉杆上应变变化产生的电压；所述陀螺仪实时采集待检测车辆的侧向加速度和横摆角速度信号；所述转角传感器实时采集待检测车辆的转向盘转角数据；所述CAN信号采集仪对所有数据进行处理后，发送到所述计算机终端；所述计算机终端根据所有数据进行计算，得到待检测车辆行驶时的单轮自回正力矩。

两所述GPS移动站设置在待检测车辆内部，且两所述GPS移动站天线前后设置在待检测车辆外部的中轴线上；所述GPS基站设置在待检测车辆外部，且在两所述GPS移动站的信号接收范围内。

两所述应变片对称设置在待检测车辆的转向横拉杆上；所述陀螺仪设置在待检测车辆质心处；所述转角传感器为车载传感器，设置在待检测车辆的转向管柱上；所述CAN信号采集仪设置在待检测车辆内部。

所述CAN信号采集仪采用Kvaser CAN卡。

一种基于所述装置的汽车行驶时单轮自回正力矩测量方法，其特征在于包括以下步骤：1)在待检测车辆上设置所述汽车行驶时单轮自回正力矩测量装置，其包括GPS装置、两应变片、陀螺仪、转角传感器、CAN信号采集仪、信号转换器以及计算机终端；其中GPS装置包括GPS基站和两GPS移动站；2)两应变片实时采集待检测车辆转向横拉杆上应变变化产生的电压，并发送到CAN信号采集仪；3)设置GPS基站并打开GPS移动站，使之进入差分模式，两GPS移动站实时采集待检测车辆的位置信号并经信号转换器转为CAN信号后，发送到CAN信号采集仪；4)陀螺仪实时采集待检测车辆的侧向加速度和横摆角速度信号，并发送到CAN信号采集仪；5)转角传感器实时采集待检测车辆的转向盘转角信号，并发送到CAN信号采集仪；6)CAN信号采集仪对接收到的所有数据进行CAN转USB处理后，发送到计算机终端；7)计算机终端根据接收到的所有数据，计算得到待检测车辆行驶时的单轮自回正力矩。

所述步骤7)中，待检测车辆行驶时的单轮自回正力矩的计算方法为：①根据应变片测量得到的转向横拉杆上应变变化产生的电压以及转向横拉杆材料的弹性模量，计算得到左前轮转向力矩；②根据两GPS移动站、转角传感器和陀螺仪实时采集的待检测车辆质心侧偏角、转向盘转角、侧向加速度和横摆角速度数据，计算得到左前轮机械拖距引起的回正力矩；③根据转角传感器测量得到的转向盘转角数据，计算得到左前轮的重力回正力矩；④根据左前轮转向力矩、机械拖距引起的回正力矩和重力回正力矩，计算得到汽车行驶时左前轮的自回正力矩。

所述步骤①中，左前轮转向力矩的计算公式为：

M_tfl＝F_trflcosθ_rtrflr_p，