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四轮转向商用车前后转向梯形优化设计

程勇  
【摘要】:电子技术的飞速发展,推动了汽车技术的不断革新。消费者对汽车的安全性、舒适性和操纵稳定性的要求越来越高。四轮转向技术是改善车辆的安全性和操纵稳定性的有效手段。控制技术的不断成熟,使得四轮转向技术越来越可靠。四轮转向车辆的前后轮都参与转向,且后轮的转角可以根据车辆的需求进行调整。车辆在低速通过狭窄的路面时,前后轮反向转动,减小车辆的转弯半径,改善车辆的通过性。车辆在高速转弯时,为防止车辆侧翻并改善车辆的操纵稳定性,前后轮同向转动。 商用车采用的是整体式转向梯形,梯形参数决定内外轮的转角关系,并影响车轮的磨损情况。针对某四轮转向商用车,建立了其前后转向梯形的平面模型、空间三维模型和ADAMS模型。平面模型的参数(即梯形臂长和梯形底角)有两种确定方法,即传统方法和改进方法。比较了平面模型、空间三维模型和ADAMS模型所确定的内外轮转角关系。改进的平面模型和空间模型的内外轮转角关系吻合,能代替空间模型计算内外轮的转角值。 建立了基于前梯形臂长和前梯形底角的前梯形评价函数。理论的内外轮转角关系满足Ackerman定律,实际的车辆在前轮转向状态下,前桥内外轮的实际转角关系和理论转角关系因尽可能的接近。仿真分析结果显示前桥梯形评价函数对梯形底角值敏感度高,对梯形臂长值敏感度低。用图解法比较了原始和优化后的前转向梯形,优化后的前转向梯形优于原始的转向梯形。 分析了四轮转向状态下瞬心偏差产生的原因,建立了基于前后轮转角和后梯形参数的瞬心偏差函数。选定前后轮的转角关系,建立基于后梯形臂长和后梯形底角的评价函数。用Matlab的非线性优化Fmincon函数求解评价函数的最小值,得到最优的后转向梯形参数。用正交法得到评价函数关于后梯形臂长和后梯形底角的三维曲面图和二维等高线图。结果显示,影响评价函数的主要是后梯形底角的值,且底角值越小,评价函数值越小。 四轮转向商用车的转向梯形参数和前后轮转角关系决定瞬心偏差,选择合适的前后轮转角关系和前后转向梯形参数是减小车轮磨损量的关键。侧向力及车轮定位参数对瞬心偏差的影响还有待研究。


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