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福特重型商用車轉向動力學和運動學的發(fā)展

轉向柱是轉向系統(tǒng)的一個重要子系統(tǒng)，將轉向輸入從轉向盤傳遞到轉向機構。轉向柱的理想設計是轉向柱的輸入和輸出在角度、角速度和扭矩方面一致。但由于設計約束，這種理想情況是不可能出現(xiàn)的，因此在轉向柱的輸入和輸出上具有諧波脈動的關系。福特重型商用車的轉向系統(tǒng)相關部件如圖1所示。

由于轉向柱U型鉸的轉動方向和彎曲角輸出速度會隨著輸入角速度的不同而改變，這就是非一致性。在汽車動態(tài)轉向性能方面，非一致性對汽車的響應和反饋具有重要的影響。為了實現(xiàn)扭矩反饋和汽車響應的左右對稱，非一致性的中心對稱性是必要條件。因為有兩種對稱結構（較高或較低的非對稱峰值），因此挑選對稱結構時應該以實現(xiàn)最好的汽車動態(tài)轉向性能為依據(jù)。同時，非對稱水平是優(yōu)化轉向特性的另一個可調系數(shù)。最理想的解決辦法是利用非對稱性的最小值，通過引入非對稱性來改變車輛的中線響應和轉彎響應。

重型商用車的動態(tài)轉向性能取決于一系列的設計和可調的轉向系統(tǒng)系數(shù)。駕駛員將轉向輸入角和扭矩通過轉向柱傳到轉向機構，轉向機構的整合功能由轉向柱角度和方向來實現(xiàn)。如果通過轉向柱的從轉向盤到轉向機構傳遞的轉向角和扭矩是非線性的，并有設計約束，則設計師應該優(yōu)化轉向柱輸入和輸出扭矩、角度和角速度，從而獲得好的汽車動態(tài)性能以及保持與汽車生產(chǎn)商的動態(tài)特性一致。

介紹了一系列與轉向柱可調系數(shù)相關的CAE分析、優(yōu)化、驗證試驗和主觀評價。所有的客觀測量和主觀評價顯示，依據(jù)非一致性和對稱性水平進行轉向柱的優(yōu)化，導致重型商用車的轉向特性具有顯著的差異。

Gediz Kulac et al. SAE 2013-01-2354.

編譯：鮑闞