一种汽车转向轮前束变化确定的三维造型方法技术

本发明专利技术提供了一种汽车转向轮前束变化确定的三维造型方法，涉及汽车技术领域。其包括建立转向系统结构模型，建立满载工况转向拉杆‑转向节几何模型，然后分别建立转向节的转动锥面轨迹三维模型以及转向拉杆的转动球面三维模型。在上述基础上，获得转向节与转向拉杆的交点计算三维模型，通过确定载荷变化前后转向节与转向拉杆的交点位置，利用转向节与转向拉杆几何模型，获得转向节载荷变化前后的转动角度，确定汽车前束变化。本发明专利技术采用三维建模方法确定转向节与转向杆交点位置，即转向拉杆外端球铰中心，从而确定前束变化，直观性好，效率高和精度高。利用画法几何方法确定锥面三维模型和球面三维模型形状尺寸，建模效率高。

A three-dimensional modeling method for determining the change of the front beam of a car steering wheel

The invention provides a three-dimensional modeling method for determining the change of the front beam of a car steering wheel, which relates to the technical field of the automobile. It includes the establishment of steering system structure model, the establishment of full load steering rod steering geometry model, then established the three-dimensional model of the steering knuckle of the rotating cone trajectory and 3D model of spherical rod of the steering rotation. On the basis of the above, obtain the steering knuckle and steering rod intersection calculation 3D model, steering knuckle and steering rod through the intersection position before and after determining the variation of the load, the steering knuckle and steering rod geometry model, get the rotation angle of steering section before and after loading, determine the car before the beam changes. The invention adopts the three-dimensional modeling method to determine the location of the intersection between the steering knuckle and the steering rod, that is, the center of the ball hinge of the outer end of the steering rod, so as to determine the variation of the front beam, which is intuitive, high efficiency and high accuracy. The 3D model of cone surface and the shape size of the spherical three-dimensional model are determined by the method of descriptive geometry, and the efficiency of the modeling is high.

【技术实现步骤摘要】
一种汽车转向轮前束变化确定的三维造型方法
本专利技术涉及汽车
，具体而言，涉及一种汽车转向轮前束变化确定的三维造型方法。
技术介绍
汽车转向轮前束的变化直接影响车辆的操纵稳定性和舒适性，也影响车辆在弯道中的行驶特性。在汽车的实际开发过程中，为满足车辆操纵稳定性的要求，势必需确认汽车转向轮前束的变化。目前可通过作图法、函数法、CAE软件法等方法进行汽车转向轮前束变化的确定。作图法是根据画法几何理论在图纸上模拟载荷变化、前束变化，其直观性强，但是精度差，效率低。函数法是建立转向轮前束计算的数学模型，代入初始条件计算。此方法精度高，但是建模费时，效率低，易出错。CAE软件法是利用CAE软件代入初始条件进行自动计算。此方法精度高，但是学习CAE软件费时，直观性差，易出错。
技术实现思路
本专利技术提供了一种汽车转向轮前束变化确定的三维造型方法，旨在改善汽车转向轮前束变化确定费时、效率低的问题。本专利技术是这样实现的：一种汽车转向轮前束变化确定的三维造型方法，包括如下步骤：S1：建立转向系统结构模型；利用绘图工具按照比例绘制转向系统结构模型，设计并表达转向系统零件几何形状、尺寸、位置和相互连接关系；转向系统包括转向拉杆和转向节，转向拉杆与转向节连接；S2：建立满载工况转向拉杆-转向节几何模型；在转向系统结构模型基础上绘制满载工况下转向拉杆-转向节投影三视图，反映转向拉杆与转向节之间几何连接关系，即转向系统的转向拉杆至转向节传动段；S3：建立转向节的转动锥面轨迹三维模型；在满载工况的基础上，模拟转向节随载荷变化的运动规律，转向节的运动轨迹构成锥面，构建转向节的转动锥面轨迹三维模型；S4：建立转向拉杆的转动球面三维模型；在满载工况的基础上，模拟转向拉杆随载荷变化的运动规律，转向拉杆的运动轨迹构成球体，构建转向拉杆的转动球面三维模型；S5：建立满载工况下，转向节与转向拉杆的交点计算三维模型；利用绘图工具在同一坐标系下建立转向节的转动锥面轨迹三维模型以及转向拉杆的转动球面三维模型，构建转向节与转向拉杆的交点计算三维模型，用于获得转向节与转向拉杆交点的位置；S6：确定加载或减载工况下，转向节与转向拉杆的交点位置；在转向系统载荷改变时，根据转向节与转向拉杆的交点计算三维模型，获得加载或减载工况下，转向节与转向拉杆的交点位置；S7：确定转向轮前束变化；在转向系统载荷改变时，转向节与转向拉杆几何模型发生改变，通过测量转向系统载荷变化前后转向节的转动角度获得转向轮前束变化。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，S1步骤中，绘图工具为AutoCAD软件。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，S2步骤中，在采用AutoCAD软件建立转向系统平面模型后，结合画法几何理论，模拟载荷变化时转向拉杆-转向节传动段运动规律。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，S2步骤中，转向拉杆-转向节几何模型包括第一端点、第二端点和第三端点，第一端点表示转向拉杆内端球铰中心，第二端点表示转向拉杆外端球铰中心，且为转向拉杆与转向节的交点，第三端点表示汽车转向轮中心线与转向轮主销中心线的交点。第一端点和第二端点连接构成第一投影线，第一投影线用于表示转向拉杆，第二端点与第三端点连接构成第二投影线，第二投影线用于表示转向节。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，S3步骤中，不考虑转向拉杆的联接，模拟第二投影线上的第二端点的运动，以第三端点为顶点，第二投影线绕转向轮主销中心线转动形成转向节的转动锥面，第二端点的回转平面形成转动锥面的底面，随载荷变化，第二端点的运动轨迹被约束在回转平面的圆周上。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，在满载工况基础上，根据转向节的转动锥面轨迹三维模型，采用画法几何投影法求出第三端点到回转平面的距离以及回转平面的半径。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，S4步骤中，不考虑转向节的联接，模拟第一投影线上第二端点的运动，以第一端点为球心，第一投影线绕第一端点转动形成球体，随载荷变化，第二端点的运动轨迹被约束在球体的球面上。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，转向系统包括方向盘传动管柱、方向盘、方向盘管柱、花键转换器、方向机、方向机齿条拉杆、右转向节摇臂、右转向拉杆、右转向节、转向横拉杆、左转向节、左转向拉杆、左转向节摇臂。方向盘安装在方向盘管柱的一端，方向盘管柱的远离方向盘的一端依次连接有方向盘传动管柱、花键转换器、方向机、方向机齿条拉杆、右转向节摇臂。转向横拉杆的两端分别与右转向拉杆和左转向拉杆连接，右转向拉杆远离转向横拉杆的一端连接右转向节，右转向节连接至汽车的右转向轮，左转向拉杆远离转向横拉杆的一端与左转向节连接，左转向节连接至汽车的左转向轮。当方向机齿条拉杆带动右转向节摇臂转动时，转向横拉杆带动右转向拉杆和左转向拉杆转动，右转向拉杆带动右转向节和右转向轮一起转动，左转向拉杆带动左转向节和左转向轮一起转动。左转向轮和右转向轮在回转中心分别具有主销轴线，在左转向轮和右转向轮转向时，左转向轮和右转向轮以各自的主销轴线为轴线向左、右转动。转向轮前束为右转向轮和左转向轮之间的夹角，随汽车载荷变化，左转向拉杆和右转向拉杆两端点运动不一致，导致左转向轮和右转向轮之间夹角改变，左转向轮和右转向轮之间夹角的变化体现转向轮前束的变化。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，右转向摇臂、右转向节和转向横拉杆之间均通过球销连接，左转向摇臂、左转向节和转向横拉杆之间均通过球销连接。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，在转向系统载荷改变时，根据转向节与转向拉杆的交点计算三维模型获得右转向节载荷变化前后的右转向节与右转向拉杆的交点位置，再根据转向拉杆-转向节几何模型获得右转向节载荷变化前后的转动角度，转向轮前束变化为2倍右转向节的转动角度。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用AutoCAD软件建立转向系统结构模型，结合画法几何理论，模拟载荷变化时转向拉杆-转向节传动段运动规律，通过模拟转向拉杆和转向节运动分别建立满足转向拉杆外端球铰中心绕主销中心线转动条件的三维锥面模型，同时建立满足转向拉杆外端球铰中心绕转动拉杆内端球铰中心转动条件的三维球面模型，获得转向拉杆外端球铰中心的计算三维模型，为前束变化角的确定奠定基础。通过该方法能够准备方便地确定转向拉杆外端球铰中心的位置，从而通过转向拉杆-转向节几何模型确定转向节载荷变化前后的夹角，确定前束变化，直观性好，效率高和精度高。利用画法几何方法确定锥面三维模型和球面三维模型形状尺寸，有利于提高三维模型建模效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本专利技术实施例汽车转向系统结构主视图；图2是本专利技术实施例汽车转向系统结构的左视图；图3是本专利技术实施例汽车转向系统结构的俯视图；图4是本专利技术实施例满载工况右转向拉杆-转向节几何模型主视图；图5是本专利技术实施例满载工况右转向拉杆-转向节几何模型左视图；图6是本专利技术实施例满载工况右转向拉杆-转向节几何模型俯视图；图7是本专利技术实施例右转向节转动锥面轨迹三维模型图；图8是本专利技术实施例右转向拉杆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车转向轮前束变化确定的三维造型方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：建立转向系统结构模型；利用绘图工具按照比例绘制转向系统结构模型，设计并表达转向系统零件几何形状、尺寸、位置和相互连接关系；所述转向系统包括转向拉杆和转向节，所述转向拉杆与所述转向节连接；S2：建立满载工况转向拉杆‑转向节几何模型；在转向系统结构模型基础上绘制满载工况下转向拉杆‑转向节投影三视图，反映所述转向拉杆与所述转向节之间几何连接关系，即所述转向系统的所述转向拉杆至所述转向节传动段；S3：建立转向节的转动锥面轨迹三维模型；在满载工况的基础上，模拟转向节随载荷变化的运动规律，转向节的运动轨迹构成锥面，构建转向节的转动锥面轨迹三维模型；S4：建立转向拉杆的转动球面三维模型；在满载工况的基础上，模拟转向拉杆随载荷变化的运动规律，转向拉杆的运动轨迹构成球体，构建转向拉杆的转动球面三维模型；S5：建立满载工况下，转向节与转向拉杆的交点计算三维模型；利用绘图工具在同一坐标系下建立转向节的转动锥面轨迹三维模型以及转向拉杆的转动球面三维模型，构建转向节与转向拉杆的交点计算三维模型，用于获得转向节与转向拉杆交点的位置；S6：确定加载或减载工况下，转向节与转向拉杆的交点位置；在转向系统载荷改变时，根据转向节与转向拉杆的交点计算三维模型，获得加载或减载工况下，转向节与转向拉杆的交点位置；S7：确定转向轮前束变化；在转向系统载荷改变时，转向节与转向拉杆几何模型发生改变，通过测量所述转向系统载荷变化前后转向节的转动角度获得转向轮前束变化。...

【技术特征摘要】
1.一种汽车转向轮前束变化确定的三维造型方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：建立转向系统结构模型；利用绘图工具按照比例绘制转向系统结构模型，设计并表达转向系统零件几何形状、尺寸、位置和相互连接关系；所述转向系统包括转向拉杆和转向节，所述转向拉杆与所述转向节连接；S2：建立满载工况转向拉杆-转向节几何模型；在转向系统结构模型基础上绘制满载工况下转向拉杆-转向节投影三视图，反映所述转向拉杆与所述转向节之间几何连接关系，即所述转向系统的所述转向拉杆至所述转向节传动段；S3：建立转向节的转动锥面轨迹三维模型；在满载工况的基础上，模拟转向节随载荷变化的运动规律，转向节的运动轨迹构成锥面，构建转向节的转动锥面轨迹三维模型；S4：建立转向拉杆的转动球面三维模型；在满载工况的基础上，模拟转向拉杆随载荷变化的运动规律，转向拉杆的运动轨迹构成球体，构建转向拉杆的转动球面三维模型；S5：建立满载工况下，转向节与转向拉杆的交点计算三维模型；利用绘图工具在同一坐标系下建立转向节的转动锥面轨迹三维模型以及转向拉杆的转动球面三维模型，构建转向节与转向拉杆的交点计算三维模型，用于获得转向节与转向拉杆交点的位置；S6：确定加载或减载工况下，转向节与转向拉杆的交点位置；在转向系统载荷改变时，根据转向节与转向拉杆的交点计算三维模型，获得加载或减载工况下，转向节与转向拉杆的交点位置；S7：确定转向轮前束变化；在转向系统载荷改变时，转向节与转向拉杆几何模型发生改变，通过测量所述转向系统载荷变化前后转向节的转动角度获得转向轮前束变化。2.根据权利要求1所述的汽车转向轮前束变化确定的三维造型方法，其特征在于，S1步骤中，所述绘图工具为AutoCAD软件。3.根据权利要求1所述的汽车转向轮前束变化确定的三维造型方法，其特征在于，S2步骤中，在采用AutoCAD软件建立转向系统平面模型后，结合画法几何理论，模拟载荷变化时转向拉杆-转向节传动段运动规律。4.根据权利要求1所述的汽车转向轮前束变化确定的三维造型方法，其特征在于，S2步骤中，所述转向拉杆-转向节几何模型中，包括第一端点、第二端点和第三端点，所述第一端点表示所述转向拉杆内端球铰中心，所述第二端点表示所述转向拉杆外端球铰中心，且为所述转向拉杆与所述转向节的交点，所述第三端点表示所述汽车转向轮中心线与所述转向轮的主销中心线的交点；转向轮的主销中心线构成第一投影线，转向轮在回转中心绕主销中心线左右转动，所述第二端点与所述第三端点连接构成第二投影线，所述第二投影线用于表示所述转向节，所述第一端点和所述第二端点连接构成第三投影线，所述第三投影线用于表示所述转向拉杆。5.根据权利要求4所述的汽车转向轮前束变化确定的三维造型方法，其特征在于，S3步骤中，不考虑所述转向拉杆的联接，模拟第二投影线上的所述第二端点的运动，以所述第三端点为顶点，所述第二投影线绕所述转向轮主销中心线转动形成所述转向节的转动锥面，所述第二端点的回转平面形成所述转动锥面的底面，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金武，易子超，陈阿龙，吴新良，许建民，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：福建,35