郭帥，孔丹

(泰安航天特種車有限公司，山東泰安 271000)

0 引言

在汽車整體式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計計算過程中，轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計計算對車輪轉(zhuǎn)向及輪胎磨損有著重要影響。轉(zhuǎn)向梯形參數(shù)計算一般有圖解法、借助數(shù)學(xué)計算工具MATLAB進行優(yōu)化計算法、ADAMS仿真計算法等。但將實際空間中的轉(zhuǎn)向梯形轉(zhuǎn)換到地面上的轉(zhuǎn)向梯形進行計算，卻有著多種方案。利用各種計算方案中得出的轉(zhuǎn)換梯形計算出的內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角與實際內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角存在一定的偏差。為此，作者使用ADAMS仿真軟件，對各種方案得出的轉(zhuǎn)換梯形的內(nèi)、外輪轉(zhuǎn)角與實際車輪內(nèi)、外輪轉(zhuǎn)角進行驗算。

1 轉(zhuǎn)向梯形轉(zhuǎn)換計算方法介紹

轉(zhuǎn)向梯形轉(zhuǎn)換計算過程中，需將實際空間轉(zhuǎn)向梯形轉(zhuǎn)換到地面上的轉(zhuǎn)向梯形進行計算。將空間轉(zhuǎn)向梯形轉(zhuǎn)化成平面梯形后，進行后續(xù)轉(zhuǎn)向梯形中各參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計。由于主銷傾角的存在，轉(zhuǎn)向梯形轉(zhuǎn)化到地面上的梯形時，梯形的底邊發(fā)生了變化，而底邊為左、右主銷中心線與地面交點的中心距。不同的轉(zhuǎn)向梯形轉(zhuǎn)換方案得出的置換轉(zhuǎn)向梯形參數(shù)不同，但置換到地面上的轉(zhuǎn)換梯形底邊一致，得到不同的轉(zhuǎn)向梯形中參數(shù)，繼而會對輪胎磨損程度產(chǎn)生不同的影響。文中介紹4種常用的置換方案。

方案一，使用橫拉桿球頭中心面上的梯形進行轉(zhuǎn)換。地面上轉(zhuǎn)換梯形的梯形斜臂長等于橫拉桿球頭中心面上的梯形斜臂長，地面上轉(zhuǎn)換梯形底角等于橫拉桿球頭中心面上的梯形底角，得出方案一的地面上的轉(zhuǎn)換梯形。

方案二，同樣使用橫拉桿球頭中心面上的梯形進行轉(zhuǎn)換。地面上轉(zhuǎn)換梯形的梯形斜臂長由橫拉桿球頭中心面上的梯形的梯形斜臂長通過相似比例(橫拉桿球頭中心面內(nèi)的梯形底邊與地面置換梯形底邊呈比例)求出，轉(zhuǎn)換梯形底角等于橫拉桿球頭中心面上梯形底角，得出方案二的地面上的轉(zhuǎn)換梯形。

方案三，從橫拉桿球頭中心向主銷方向上做垂線，得出垂線所在的平面，得出此平面內(nèi)的梯形。地面上的轉(zhuǎn)換梯形的斜臂長等于垂線平面內(nèi)的梯形斜臂長，地面轉(zhuǎn)換梯形的梯形底角等于垂線平面內(nèi)的梯形底角，得出方案三的地面上的轉(zhuǎn)換梯形。

方案四，從橫拉桿球頭中心向主銷做垂線，得出垂線所在的平面，得出此平面內(nèi)的梯形。地面上的轉(zhuǎn)換梯形的斜臂長由垂線平面內(nèi)的梯形斜臂長通過相似比例(橫拉桿球頭中心面內(nèi)的梯形底邊與地面置換梯形底邊呈比例)求出，地面轉(zhuǎn)換梯形的梯形底角等于垂線平面內(nèi)的梯形底角。

2 基于ADAMS建模仿真

使用某型號汽車轉(zhuǎn)向橋為物理模型，根據(jù)不同的轉(zhuǎn)向梯形轉(zhuǎn)換方案置換轉(zhuǎn)換梯形的參數(shù)，得出的不同轉(zhuǎn)換方案的轉(zhuǎn)換梯形參數(shù)見表1。

表1 轉(zhuǎn)向梯形轉(zhuǎn)換計算參數(shù)表

根據(jù)以上計算數(shù)據(jù)，在ADAMS中建立運動仿真模型。

為便于比較，將實際空間結(jié)構(gòu)與4種方案的地面轉(zhuǎn)換梯形統(tǒng)一建立起1個ADAMS簡易仿真模型，如圖1所示。

圖1 ADAMS模型(含4種方案的轉(zhuǎn)換梯形)

其中運動副定義如下：在主銷和車橋之間為鉸接副，車橋與地面之間為固定副，主銷與空間梯形斜臂之間為固定副，橫拉桿與梯形斜臂之間為球副;地面轉(zhuǎn)換梯形中，轉(zhuǎn)換梯形的梯形斜臂與地面之間為鉸接副，轉(zhuǎn)換梯形的橫拉桿與轉(zhuǎn)換梯形的梯形斜臂間為鉸接副;在主銷和車橋之間的鉸接副與地面上轉(zhuǎn)換梯形的梯形斜臂與地面之間的鉸接副添加耦合副，各個方案各有1個耦合副，此模型中共計4個耦合副。

定義驅(qū)動：在左側(cè)主銷鉸接副上添加旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，驅(qū)動函數(shù)為step(time,0,0,30,33d)，進行運動仿真。運動仿真后測量另側(cè)轉(zhuǎn)向輪實際轉(zhuǎn)角及各個方案另側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)實際轉(zhuǎn)角，得出各個方案中數(shù)據(jù)對應(yīng)曲線，如圖2所示。

圖2 4種方案轉(zhuǎn)角與實際轉(zhuǎn)角的測量結(jié)果圖

為進一步分析對比數(shù)據(jù)及趨勢，將各測量曲線與實際轉(zhuǎn)角曲線放置在同一圖表中，得出的曲線如圖3所示。

圖3 4種方案轉(zhuǎn)角與實際轉(zhuǎn)角比較圖

從圖3中可以看出4種方案得出的轉(zhuǎn)角與實際轉(zhuǎn)角均存在一定偏差，其中方案二計算轉(zhuǎn)角與實際轉(zhuǎn)角最為接近。

3 數(shù)值分析

為更好地分析各種方案得出的轉(zhuǎn)角與實際轉(zhuǎn)角的關(guān)系，將測量值輸出為數(shù)據(jù)表，如表2所示。限于篇幅，表2只列舉出部分數(shù)據(jù)。

表2 測量結(jié)果統(tǒng)計表

從表2中，可以得出方案二與實際轉(zhuǎn)角最為吻合。

計算方案二與實際轉(zhuǎn)角的方差，得出方差值如表3所示。因篇幅限制，表3只列舉部分數(shù)值。

從方差統(tǒng)計表中可以看出，方案二與實際轉(zhuǎn)角的方差最大為0.010 9，最大方差區(qū)間為[21.641 4°，22.453 0°](外側(cè)輪轉(zhuǎn)角)。

表3 方案二與實際轉(zhuǎn)角方差值統(tǒng)計表

4 結(jié)論

借助ADAMS仿真軟件，通過對轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)向梯形計算轉(zhuǎn)角和實際轉(zhuǎn)向梯形轉(zhuǎn)角進行比較可以得出以下結(jié)論：

將空間轉(zhuǎn)向梯形轉(zhuǎn)換到地面梯形進行轉(zhuǎn)向梯形計算過程中，以橫拉桿平面內(nèi)的梯形為原始梯形進行換算，轉(zhuǎn)換梯形底角為橫拉桿平面內(nèi)梯形底角，轉(zhuǎn)換梯形斜臂長按橫拉桿平面底邊與地面換算梯形底邊比例求出，進而得出轉(zhuǎn)換梯形。使用此方法得出的轉(zhuǎn)換梯形計算出的內(nèi)、外轉(zhuǎn)角關(guān)系與實際內(nèi)、外轉(zhuǎn)角最為吻合，對后續(xù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)尤其是轉(zhuǎn)向梯形參數(shù)設(shè)計與計算具有一定指導(dǎo)意義。

參考文獻:

[1]劉惟信.汽車設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.

[2]余志生.汽車理論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[3]王霄鋒.汽車底盤設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[4]肖生發(fā)，趙樹朋.汽車構(gòu)造[M].北京：中國林業(yè)出版社；北京大學(xué)出版社，2006.

[5]陳家瑞.汽車構(gòu)造:下冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[6]李增剛.ADAMS入門詳解與實例[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.

[7]李軍，邢俊文，覃文潔,等.ADAMS實例教程[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2002.