整体式转向梯形机构的优化设计.pdf

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1、·33·整体式转向梯形机构的优化设计何正强。石凯凯(贵州1大学机械学院，贵J'l贵阳550003)摘要：介绍了整体式结构的转向梯形设计过程通过数学方法推导出了保证转向车轮在转向过程中不产生托滑时理论上内外轮转角之间的函数关系，并且推导出了实际内岁卜转向轮转角之间的函数关系，建立某一时刻实际转角和理论转角之间误差的数学表达通式，利用MATLAB建立旧标函数，加上条件约k-，使用MArHAB优化工具计算出某工程车辆最适合的转向梯形结构参教。．美巍每、辚鹋

2、整恍≮设MATLAB

3、-_j：

4、中图分类号：U463．4．-一

5、文献标识码：A文章编号：11302—6886(2012)02-0033-03OverallOptimizationofSteeringTrapezoidBodyDesignHEZhengoang，SillKaikaiAbstract：Describestheoverallsteeringofatrapezoidaldesign．Derivedbymathematicalmethodsinthesteeringwheeltoensuretheprocessdoesnotproducewhenaskedslipang

6、letheory，therelationshipbetweeninternalandexternalrotation，andthemathemati—calmethodisderivedbyturninginsideandoutsidetheactualrelationshipbetweentherotationangle，theestablishmentofpracticalandtheoreticala．glecomertheerrorbetweenthemathematicalmodelandcalcula

7、tedbyMATLABoptimizationtoolboxofaconstructionve—hiclegiventhemostsuitableparametersofsteeringtrapezoid．Keywords：steeringtrapezium；integral；optimization；MATLABcosOt=fX十K)／L0引言(1)汽车的转向性能在汽车的操纵稳定性评价中占据着cosO=X／LL，＼重要的地位，而转向梯形的结构参数直接影响这个汽车的(2)转向性能，合理的设计可以保证汽车在转向时内

8、、外转向(1)式一(2)式得阿ll1轮尽可能作无滑动的滚动，从而减小轮胎的磨损，保证良克曼原理：．X一好的转向性能并提高汽车的操纵稳定性。设计转向系时cos0一cos0=K／L要求满足实际内、外侧转角关系曲线与理论上要求的内、(3)图詈塞外车轮转向外侧转角关系曲线一致或者接近。将(3)式变型得理论内外轮转向角之间的函数关系：0=厂(0)=cot(cot0一K／L)(4)1转向梯形结构的数学建模．此式即为保证车辆在转向过程中车轮不产生托滑时1．1基本假设内外轮转向理论期望的函数关系。本文以整体式转向梯形为研究对象，

9、在合理的范围1．2．2前轮转向梯形实际外导向轮转角函数内，为了使求得的目标函数表达式不过于复杂，便于计算，作出如下两点基本假设：1)假设该整体式转向梯形为平面梯形，并忽略轮胎定位参数的影响；2)假设车轮为刚性构件，并忽略轮胎柔性对侧偏的影响。⋯l2优化目标的建立1．2．1理想的转向梯形外导向轮转角表达式设计车辆确定的尺寸参数如图1所示：轮距为K，轴距为，最小转弯半径为R，注销偏移距为a。图2转向时内外车轮实际转角之间的关系记外导向轮转角为，内导向轮转角为，则有：·34·在AAF。B中：在AElF1B中：ElB。=

10、E+m2—2／_E1FlB(14)A：+m2—2mK·cosL．(r一0)(5)l在△E1AFl中：联立(12)(13)(14)得：E=m2+A一2mN·cosAE。AF(6)EFB=arcc。s[(K-2mcosr)2+m一一联立(5)式(6)式得：E．：／Tt2++m2—2mKcos(r一0)一_+一’一2(一)·m】J(、1▲5一)，K2mcosr*-2mNcos／__E1AFl(7)约束条件即E。FlB≤140。解得：E1F1B一140。≤0，咖(r-19，：一{≤om≤0．15K(8)：sin～eF,=

11、s~n-1(9)2优化设计EF=EIFl=M一2mcosr(10)2．1优化分析联立(5)式到(10)式得内轮转角实际：以某种四轮转向的轮式工程车为例，假如设计车辆前后转向轮的主销距离为K=2000mm，前后轮轴距L=，：，一呲i—————一一6000mm，要求设计的最小转弯直径D⋯=100000mm，主√()+一2c。s(r+销到车轮的距离a=200mm。由此可以通过公