专利摘要

本发明公开一种基于三维造型确定汽车转向角的方法，包括如下步骤：步骤1，建立转向系统结构模型；步骤2，建立转向前右转向拉杆‑转向节几何模型；步骤3，建立右转向拉杆外端球铰中心绕主销中心线转动锥面轨迹三维模型；步骤4，建立右转向拉杆外端球铰中心绕右转向拉杆内端球铰中心转动球面轨迹三维模型；步骤5，基于步骤3和步骤4，获得右转向拉杆外端球铰中心的三维坐标；步骤6，计算转向角。此种方法采用AUTOCAD三维建模求“交集”的方法确定转向拉杆外球铰中心B点位置，从而确定转向角，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。

权利要求

1.一种基于三维造型确定汽车转向角的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，建立转向系统结构模型；

步骤2，建立转向前右转向拉杆-转向节几何模型；

所述步骤2中，用BP线表示转向节，用AB线表示右转向拉杆，A点表示右转向拉杆内端球铰中心，B点表示右转向拉杆外端球铰中心，P点表示右轮中心线与右轮主销中心线交点，对A、B、P、BP、AB进行投影，绘制投影三视图；

步骤3，建立右转向拉杆外端球铰中心绕主销中心线转动锥面轨迹三维模型；

所述步骤3的详细内容是：用B点表示右转向拉杆外端球铰中心，P点表示右轮中心线与右轮主销中心线交点，l1表示主销中心线，根据步骤2得到P、B位置和l1法线方向，模拟转向节PB球铰中心B点绕l1的回转运动，用P点作为锥顶点，l1作为锥中心线，过B点且垂直于l1圆作为锥面底圆，采用三维建模方法建立锥面轨迹三维模型；

步骤4，建立右转向拉杆外端球铰中心绕右转向拉杆内端球铰中心转动球面轨迹三维模型；

步骤5，基于步骤3和步骤4，获得右转向拉杆外端球铰中心的三维坐标；

步骤6，计算转向角。

2.如权利要求1所述的一种基于三维造型确定汽车转向角的方法，其特征在于：所述步骤1的详细内容是：根据三视图理论、转向系统的功能和性能要求，按照比例绘制转向系统结构的CAD模型，设计并表达转向系统零件几何形状、尺寸、位置和相互联接关系。

3.如权利要求1所述的一种基于三维造型确定汽车转向角的方法，其特征在于：所述步骤4的详细内容是：用A点表示右转向拉杆内端球铰中心，B点表示右转向拉杆外端球铰中心，根据步骤2得到A、B位置，模拟右转向拉杆AB上球铰中心B点绕A点的球面运动，用A点作为球面中心点，用SR作为球面半径，采用三维建模方法建立球面轨迹三维模型。

4.如权利要求1所述的一种基于三维造型确定汽车转向角的方法，其特征在于：所述步骤5中，利用AUTO CAD软件在同一个坐标系下，分别建立锥面轨迹三维模型和球面轨迹三维模型，用”交集”命令获得右转向拉杆外端球铰中心，用”标注”命令获得B点分别在x,y,z坐标方向上的坐标XB’、YB’和ZB’。

5.如权利要求1所述的一种基于三维造型确定汽车转向角的方法，其特征在于：所述步骤6中，模拟转向时转向节和右转向拉杆运动，根据步骤5获得的右转向拉杆外端球铰中心坐标，建立转向角计算二维模型，测量P21B21与P2B2夹角Δγ，即为转向角，顺时针方向为正，表示向右转向，其中，A2、B2、P2为转向前A,B,P点在俯视图上投影，A21、B21、P21为转向后A,B,P在俯视图上投影，A点表示右转向拉杆内端球铰中心，B点表示右转向拉杆外端球铰中心，P点表示右轮中心线与右轮主销中心线交点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车建模及测量技术，特别涉及一种利用三维造型方法确定汽车转向角的方法。

背景技术

目前确定汽车转向角有如下几种方法：

(1)作图法。根据画法几何理论在图纸上模拟转向系统运动和转向角变化。直观性强，但是精度差，效率低。

(2)函数法，建立转向系统转向角计算的数学模型，代入转向参数计算。建模费时，效率低，易出错，但是精度高。

(3)CAE软件法，利用CAE软件代入转向系统转向参数进行转向角自动计算。学习CAE软件费时，直观性差，易出错，精度高。

(4)Cad二维投影法。根据画法几何理论利用auto CAD软件建模模拟转向系统运动和转向角变化。直观性强，精度比作图法高，但是操作难度大，效率低。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种基于三维造型确定汽车转向角的方法，其采用AUTOCAD三维建模求“交集”的方法确定转向拉杆外球铰中心B点位置，从而确定转向角，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。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种基于三维造型确定汽车转向角的方法，包括如下步骤：

步骤1，建立转向系统结构模型；

步骤2，建立转向前右转向拉杆-转向节几何模型；

步骤3，建立右转向拉杆外端球铰中心绕主销中心线转动锥面轨迹三维模型；

步骤4，建立右转向拉杆外端球铰中心绕右转向拉杆内端球铰中心转动球面轨迹三维模型；

步骤5，基于步骤3和步骤4，获得右转向拉杆外端球铰中心的三维坐标；

步骤6，计算转向角。

上述步骤1的详细内容是：根据三视图理论、转向系统的功能和性能要求，按照比例绘制转向系统结构的CAD模型，设计并表达转向系统零件几何形状、尺寸、位置和相互联接关系。

上述步骤2中，用BP线表示转向节，用AB线表示右转向拉杆，A点表示右转向拉杆内端球铰中心，B点表示右转向拉杆外端球铰中心，P点表示右轮中心线与右轮主销中心线交点，对A、B、P、BP、AB进行投影，绘制投影三视图。

上述步骤3的详细内容是：用B点表示右转向拉杆外端球铰中心，P点表示右轮中心线与右轮主销中心线交点，l1表示主销中心线，根据步骤2得到P、B位置和l1法线方向，模拟转向节PB球铰中心B点绕l1的回转运动，用P点作为锥顶点，l1作为锥中心线，过B点且垂直于l1圆作为锥面底圆，采用三维建模方法建立锥面轨迹三维模型。

上述步骤4的详细内容是：用A点表示右转向拉杆内端球铰中心，B点表示右转向拉杆外端球铰中心，根据步骤2得到A、B位置，模拟右转向拉杆AB上球铰中心B点绕A点的球面运动，用A点作为球面中心点，用SR作为球面半径，采用三维建模方法建立球面轨迹三维模型。

上述步骤5中，利用AUTO CAD软件在同一个坐标系下，分别建立锥面轨迹三维模型和球面轨迹三维模型，用”交集”命令获得右转向拉杆外端球铰中心，用”标注”命令获得B点分别在x,y,z坐标方向上的坐标XB’、YB’和ZB’。

上述步骤6中，模拟转向时转向节和右转向拉杆运动，根据步骤5获得的右转向拉杆外端球铰中心坐标，建立转向角计算二维模型，测量P21B21与P2B2夹角Δγ，即为转向角，顺时针方向为正，表示向右转向，其中，A2、B2、P2为转向前A,B,P点在俯视图上投影，A21、B21、P21为转向后A,B,P在俯视图上投影，A点表示右转向拉杆内端球铰中心，B点表示右转向拉杆外端球铰中心，P点表示右轮中心线与右轮主销中心线交点。

采用上述方案后，本发明具有以下改进：

(1)本发明提出了一种确定转向后拉杆外球铰中心B点位置的方法。根据B点绕主销中心线转动条件，采用AUTO CAD软件建立B运动轨迹三维锥面模型；同时，根据B点还绕拉杆内球铰中心转动的条件，建立B点运动轨迹三维球面模型，采用“交集”命令计算B位置，为计算转向角的奠定基础。

(2)本发明提出了确定转向角的方法。将转向前后P点和B点的位置投影到俯视图上并连接得P2B2和P21B21，定义P2B2与P21B21之夹角为转向角(如图6)。

附图说明

图1是绘制的车辆转向系统结构模型图；

其中，图1a是主视图，图1b是俯视图，图1c是左视图；

1-方向盘传动管柱，2-管柱锁紧螺母，3-方向盘上托架，4-方向盘下托架，5-螺栓，6-螺母，7-垫片，8-方向盘，9-方向盘锁紧螺母，10-锁芯，11-方向盘管柱壳，12-方向盘管柱，13-管柱锁紧螺母，14-花键转换器，15-方向机齿条拉杆销，16-齿条拉杆螺母，17-齿条拉杆垫片，18-转向摇臂支架销，19-摇臂支架销螺母，20-摇臂支架销垫片，21-转向摇臂支架，22-方向机齿条拉杆，23-右转向节摇臂，24-右转向拉杆，25-右转向节，26-转向横拉杆，27-左转向节，28-左转向拉杆，29-左转向摇臂，30-方向机支架，31-方向机支架螺栓，32-方向机支架螺母，33-方向机支架垫片；

图2是转向前右转向拉杆-转向节几何模型图，反映右转向拉杆与转向节之间几何联接关系；

其中，a)为主视图，b)为俯视图，c)为左视图；

图3是B点绕l1转动锥面轨迹三维模型图；

图4是球面轨迹三维模型图；

图5是建立B点计算三维模型图；

图6是转向角二维模型图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明提供一种基于三维造型确定汽车转向角的方法，包括如下步骤：

步骤1，建立转向系统结构模型

根据三视图理论、转向系统的功能和性能要求，按照比例绘制转向系统结构CAD模型，设计并表达转向系统零件几何形状、尺寸、位置和相互联接关系，可配合图1所示。

在图1中，主销中心线为右转向节25在右转向拉杆24推拉下转动的中心线，球铰中心为右转向节25和右转向拉杆24联接处的球铰链中心。

转向系统工作过程如下：驾驶员手驱动方向盘8使转向系统输入功率、圆周23通过销将运动和扭矩传递给转向横拉杆26，转向横拉杆26通过球铰将运动和扭矩同时传递给右转向拉杆24和左转向拉杆28，右转向拉杆24最后通过球铰将运动和扭矩传递给右转向节25及右转向轮，左转向拉杆28最后通过球铰将运动和扭矩传递给左转向节27及左转向轮，左右转向轮同时分别绕左右主销中心线转动实现汽车转向。

步骤2，建立转向前右转向拉杆-转向节几何模型

用l1表示右轮主销中心线，BP线(l2)表示转向节，用AB线(l3)表示右转向拉杆，A点表示右转向拉杆24内端球铰中心，B点表示右转向拉杆24外端球铰中心，P点表示右轮中心线与右轮主销中心线交点，根据图1的尺寸和投影理论，对A、B、P、BP、AB进行投影，绘制投影三视图，如图2。

在图2中，x,y,z为坐标轴，坐标原点为o，箭头所指为正方向。A1、A2、A3分别为A点在主视图、俯视图和左视图中的投影点。B1、B2、B3分别为B点在主视图、俯视图和左视图中的投影点。P1、P2、P3分别为P点在主视图、俯视图和左视图中的投影点。α表示主销中心线后倾角(°)，顺时针为正；β表示主销中心线内倾角(°)，顺时针为正。

步骤3，建立B点绕l1(主销中心线)转动锥面轨迹三维模型

不考虑右转向拉杆AB的联接，根据图2给出的P、B位置和l1法线方向，模拟转向节PB球铰中心B点绕l1的回转运动，用P点作为锥顶点，l1作为锥中心线，过B点且垂直于l1圆作为锥面底圆，采用三维建模方法建立锥面轨迹三维模型如图3。图3中锥面底圆半径R1和锥高H1的确定方法是根据转向前已知的P、B位置和l1法线方向，采用画法几何投影法求出。

如图3所示为B点绕l1转动锥面轨迹三维模型。图3中P,B,l1同前，锥面底圆半径R1表示B点运动轨迹半径，锥高H1表示P点到B点所在回转运动平面的距离。

步骤4，建立B点绕A点转动球面轨迹三维模型

不考虑转向节PB的联接，根据图2给出的A、B位置，模拟右转向拉杆AB上球铰中心B点绕A点的球面运动，用A点作为球面中心点，用SR作为球面半径，采用三维建模方法建立球面轨迹三维模型如图4。

步骤5，建立B点计算三维模型

利用AUTO CAD软件在同一个坐标系下，进行上述步骤3和步骤4操作，建立锥面三维模型(如图3)和球面三维模型(如图4)，用”交集”命令可以获得B点，本发明称为B点计算三维模型，如图5所示。图5中B为锥面底圆与球面交点。用”标注”命令可以获得B点的坐标XB’、YB’和ZB’。

步骤6，计算转向角

在图2基础上，模拟转向时转向节BP和右转向拉杆AB运动，根据步骤5获得的B点坐标XB’、YB’和ZB’，建立转向角计算二维模型如图6所示。在图6中，A2、B2、P2为转向前A,B,P点在俯视图上投影。A21、B21、P21为转向后A,B,P在俯视图上投影，Δγ(°)为转向角。

在图6上测量P21B21与P2B2夹角Δγ，即为转向角，顺时针方向为正，表示向右转向。

本发明可应用于汽车转向系统设计和其他机械系统设计的运动分析中，本实施例给出应用案例如表1所示。

表1中，坐标系如图2，XA、YA和ZA分别为转向前A点在坐标系中x、y和z坐标，XB、YB和ZB分别为转向前B点在坐标系中x、y和z坐标，XP、YP和ZP分别为转向前P点在坐标系中x、y和z坐标。XA’、YA’和ZA’分别为转向后A点在坐标系中x、y和z坐标。XP’、YP’和ZP’分别为转向前后P点在坐标系中x、y和z坐标。α为主视图上主销中心线与z轴夹角，顺时针为正(主销中心线后倾)；β为左视图上主销中心线与z轴夹角，顺时针为正(主销中心线内倾)；以上数据由设计给出。

XB’、YB’和ZB’分别为转向后B点在坐标系中x、y和z坐标，由三维造型“交集”命令求得。Δγ，H1,R1,SR同前，由画法几何投影法求得。

表1汽车转向角计算方案与结果

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

一种基于三维造型确定汽车转向角的方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。