重卡双前桥转向梯形机构建模及设计

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1、重卡双前桥转向梯形机构建模及设计摘要：本文介绍了转向梯形机构的转向原理，在现有的条件下运用双前桥转向系统的转向特性，建立转向梯形机构的数学模型。最后针对某实车的双前桥转向梯形机构，用ADAMS软件进行了仿真优化，使转向梯形机构的性能得到提高，验证了模型的正确性与实用性。关键词：重卡;双前桥;转向梯形机构;优化设计中图分类号:U462文章标识码：A文章编号：1005-2550(2012)02-0000-00引言双前桥转向系统是一种比较先进的转向系统，随着目前高端重卡的大马力、大吨位、高舒适性等的发展方向，同

2、时随着国家相关的车辆交通法规的实施,双前桥转向系统在商用车物流领域应用越来越普遍。但双前桥汽车在实际使用过程中普遍存在轮胎异常磨损、方向沉重、有时候还发生摆振等问题。发生这些问题的关键原因是实际的转角关系与理论的转角关系存在着较大的误差。所谓的理论上的转角关系就是符合阿克曼转向原理的汽车转角，是所有的车轮都做纯滚动而没有滑动的状况。所谓的实际转角关系就是由转向梯形机构实现的内、外轮转角关系。如果设计的转向梯形机构的参数不合理，就会导致实际转角与理论转角误差过大进而造成上述车辆行驶中的问题，为了减少误差，须

3、采用优化设计方法对转向梯形机构进行优化。本文利用ADAMS/View建立转向系统模型，以优化数学模型确定的实际转角值与理想公式求出的理想转角值之间的误差达到最小为目标函数，按转角范围大小来确定加权函数，以空间布置要求为约束条件,利用优化软件对双前桥转向系统参数进行优化设计。1.转向梯形机构的数学模型1.1双前桥转向梯形的模型假设(1)假设车辆转向和行驶过程中转向梯形一直保持在同一平面内；(2)假设各转向杆件及车轮为理想刚体，即忽略其在受力、力矩作用下产生的变形；(3)假设瞬时转向中心位于双后桥中心线上；(

4、4)忽略转向系统内部构件连接处的配合间隙。1.2同一转向桥内、外轮理想转角关系为保证所有的车轮都做纯滚动同一桥的转交关系应满足阿克曼原理［3］：(1)(2)式中：、一第一、二桥左轮转角；、一第一、二桥右轮转角；—第一桥轴线至瞬时转动中心0点的纵向距离；一第二桥轴线至瞬时转动中心0点的纵向距离；M—转向主销中心延长线与地面交点之间的距离。1.3同一转向桥内、外轮实际转角关系[4]传统的求解转向梯形实际转角关系的方案有图解法、解析法等，这些方法都是将转向梯形平面化根据一定的经验来确定梯形机构的主参数进而确定转

5、角关系。但实际上汽车的转向轮与路面并非垂直关系，转向桥有车轮外倾角，并且转向主销还具有主销内倾角和主销后倾角，所以转向梯形是个空间机构，将转向梯形平面化会存在着较大误差。实际工程中汽车转向车轮定位参数对梯形机构也是有影响的。图2为汽车左前转向轮的定位参数关系。图中的为垂直方向，为前桥主销的轴线，△位于汽车行驶方向平面内,因厶所在平面与△所在平面垂直，则为主销内倾角，为主销的后倾角，为转向主销轴线与铅垂线之空间夹角。汽车右前转向车轮的转向主销的轴线，汽车直行时的车轮轴线，梯形臂绕主销转角后的车轮轴线及铅垂线

6、之间的关系如图4所示。图中一绕主销转过角之后的车轮外倾角，为汽车直行时的车轮外倾角，，一车轮转角。建立汽车前桥转向梯形的坐标系，其几何关系如图5所示。图中为转向梯形机构，梯形臂长，梯形的上底，梯形的下底。梯形臂，分别与左、右车轮的转向主销轴线、垂直。设为左坐标系的原点，为右坐标系的原点；取主销轴线，分别为左、右坐标系的轴，并且当这两个轴共同绕转到包含汽车前桥轴线的铅垂面上时（这时主销没有后倾角只有内倾角），令坐标轴，如图6所示。这样来建立左右坐标系时，则图5可看成是图6的两个坐标系绕转一个主销后倾角后的坐

7、标位置。在左右坐标系中转向梯形的左右臂，分别为它们的坐标平面，内，设与之夹角为。则与之夹角必为。在汽车转向时，当绕主销转过时，设相应地绕其主销转角，则点，在左右坐标系中的坐标分别为（17）而则梯形臂底角。这样，通过转向梯形给出内、外轮转角关系的函数表达式为1.优化转向梯形3.1优化设计变量汽车的总体设计决定了主销后倾角、主销内倾角，，车轮外倾角，梯形机构的上底之长，要确定转向梯形机构还需要知道梯形臂长，梯形底角，因此选取作为优化设计变量，即3.2目标函数的优化设计转向梯形机构本身的原因决定了只有在合适的转

8、角范围内才能满足理论转向特性的要求。优化时总是希望在汽车经常使用的中间位置（汽车直行）附近小转角范围内，偏差尽可能小，以减小高速行驶时轮胎的磨损；在不经常使用的原地转向或低速大角度转向时候，可适当放宽要求，在这里我们引入一个加权函数O3.3优化设计的约束条件建立约束条件时应考虑：为避免横拉杆上的轴向力过大而引起弯曲，设计变量及不宜太小；但大会导致前桥设计的困难，故对的上下限及的下限设置约束条件，由于愈大,梯形臂与横拉杆越垂直，