1、基于轉(zhuǎn)向阻力矩的汽車轉(zhuǎn)向特性研究 分 類 號: 密 級: 論 文 編號 : 學(xué) 號 : 50100802422重 慶理工 大學(xué) 碩士學(xué) 位論 文基 于 轉(zhuǎn) 向 阻力 矩 的 汽車 轉(zhuǎn) 向 特 性研 究 研究生: 趙 玉 霞 指 導(dǎo) 教 師: 楊 翔 宇 教授 學(xué) 科 專 業(yè): 車 輛 工 程 研 究 方 向: 車輛傳動技術(shù)及應(yīng)用 培 養(yǎng) 單 位: 車 輛 工 程 學(xué) 院 論文完成時(shí)間: 2021 年 4 月 1 日 論文辯論日期: 2021 年 6 月 1 日 Category Number: Level of Secrecy: Serial Number: Student Number:50

2、100802422 Master's Dissertation of Chongqing University of TechnologyThe Research of Steering CharacteristicBased on Steering Resistance TorquePostgraduate: Zhao YuXiaSupervisor : Prof. Yang Xiangyu Specialty: Vehicle Engineering ResearchDirection: Vehicle TransmissionTechnology and Application

3、Training Unit:College of Vehicle engineering Thesis Deadline: April 1, 2021Oral Defense Date:June 1, 2021 重 慶理工大 學(xué) 學(xué) 位論文原 創(chuàng)性聲 明本人鄭重聲明: 所呈交的 學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下, 獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。 除文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外, 本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果、 作品。 對本文的研究 做出重要奉獻(xiàn)的集體和個(gè)人, 均已在文中以明確方式標(biāo)明。 本人承當(dāng)本聲明的法律后果。作者簽名: 日期: 年月日學(xué) 位論文使 用授權(quán) 聲明本學(xué)位論文作者完

4、全了解學(xué)校有關(guān)保存、 使用學(xué)位論文的規(guī)定, 同意學(xué)校保存并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版, 允許論文被查閱和借閱。 本人授權(quán)重慶工學(xué)院可以將本學(xué) 位論文的全部或局部內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于(請?jiān)谝韵孪鄳?yīng)方框內(nèi)打“ ) : 1. 保密,在年解密后適用本授權(quán)書。 2. 不保密。作者簽名: 日期: 年月日 導(dǎo)師簽名: 日期: 年月日 摘要 摘要 汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是按照駕駛員的意愿來改變或恢復(fù)其行駛方 向的一套機(jī)構(gòu), 就四輪汽車而言, 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的方法就是通過駕駛員作用在方向盤上力, 該力通過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),使汽車的車輪相對

5、于汽車縱軸線偏轉(zhuǎn)一定角度。 汽車的轉(zhuǎn)向性能是汽車行駛中操縱穩(wěn)定性、 平安性的重要指標(biāo), 是汽車的核心技術(shù) 之一。 其中 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)類型的選擇和設(shè)計(jì)決定了汽車的轉(zhuǎn)向特性。 而轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)離不開原地轉(zhuǎn)向阻力矩的計(jì)算, 本文采用理論和試驗(yàn)相結(jié)合的方法, 對汽車的轉(zhuǎn)向特性進(jìn)行研究。 通過假設(shè)輪胎載荷分布漸變模型, 進(jìn)行汽車原地和行駛狀態(tài)下轉(zhuǎn)向阻力矩的計(jì)算, 分析比擬提出輪胎載荷分布漸變假設(shè)。 為了驗(yàn)證所假設(shè)模型, 論文進(jìn)行了三 輛試驗(yàn)汽 車的轉(zhuǎn)向特性試驗(yàn), 將實(shí)車配置參數(shù)帶入模型, 最后進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、 分 析和總結(jié), 得出輪胎載荷分布漸變假設(shè)是可信的。 本課題所研究的內(nèi)容 是在重慶市科技 攻關(guān) 方

6、案資助工程 項(xiàng) 目 編 號 為 :CSTC.2021AB6021 “電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關(guān)鍵技 術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化 的資助下, 對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的根底局部 ?轉(zhuǎn)向阻力矩計(jì)算和試驗(yàn)。 主要研究內(nèi)容包括: 1、對現(xiàn)有汽車轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)的開展情 況、汽車轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)的類型及其工 作原理進(jìn)行了介紹,分析了國內(nèi)外對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀;總結(jié)現(xiàn)有原地轉(zhuǎn)向阻力矩的計(jì)算方式,分析影響原地轉(zhuǎn)向阻力矩的因素,總結(jié)了現(xiàn)有計(jì)算方 式方法的局限性。2、從汽車轉(zhuǎn)向時(shí)車 輪接地受力入 手,假設(shè)輪 胎載荷模型,進(jìn)行汽 車原地轉(zhuǎn)向公式推導(dǎo)。 利用MATLAB畫 出多個(gè)不同點(diǎn)的圖形曲線 , 并和實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析,提出輪胎載荷分布漸變假設(shè)。

7、3、對 汽車行駛過 程中轉(zhuǎn)向阻力 矩做比擬。利 用MATLAB 畫出不同速度時(shí) 的圖形曲線,并進(jìn)行分析,初步驗(yàn)證輪胎載荷漸變分布假設(shè)。 4、進(jìn)行汽車原地轉(zhuǎn) 向特性試驗(yàn)。 以三輛試驗(yàn) 車的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為 研究對象,研究不同類型的汽車靜止?fàn)顟B(tài)下在水泥路、 公路 、 石子路等不同路面上, 不同輪胎氣壓下的轉(zhuǎn)向特性,得出不同車在相同條件下和相同車 在不同條件下的轉(zhuǎn)向特性。 5、將試驗(yàn)車得到的 試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行 處理、分析 和總結(jié),并寫出試驗(yàn) 報(bào)告。驗(yàn)證論文假設(shè)和試驗(yàn)結(jié)論,寫出總結(jié)和展望。關(guān)鍵詞: 轉(zhuǎn)向阻力矩;輪胎載荷;原地轉(zhuǎn)向 特性曲線;I重慶理工大 學(xué)碩士學(xué) 位論文 Abstract The steer

8、ing system is a special mechanism which was used to follow the driver'swill to change or recover the direction of the cars driving. On wheeled cars, when the driver forces on the steering wheel, which through the steering mechanism, there will be a deflection angle of the steering wheel, which i

9、s the tire is relatived to the longitudinal axis of the car. The steering performance of vehicles plays an important role in the handling and stability of vehicles, security, is one of the core technologies. The design and selection of steering system determine the pros and cons of a cars steering s

10、ystem characteristics. And this design is inseparable from the steering resistance torques calculations, this article is from steering resistance torque and then research on steering characteristicThis paper had assumed two theoretical models of the tires load, through above models, calculated and a

11、nalyzed the steering resistance torque under stationary and moving state, The last part is a experiment about steering wheel in order to test the models. Through data processing, analysis and summary, arrived the conclusion :The gradient of load distribution hypothesis of tire is credibleThe content

12、 of this articles research is the basic research part of the project, which is aided by the project of Chongqing science research plan the project number is the research and industrialization of the key technology of electric power steering system and discussing the steering resistance torque which

13、is the basic part of the steering system. The main contents include: 1. The development and the works principle of the existed vehicle steering system is introduced. The present of the research situation and the development trend of the steering system both at home and abroad are analyzed. The exist

14、ing compute mode for steering resistance torque and the influence of the steering resistance torque are analyzed and the limitations of the existing compute modes are studied. The limitations of the existing calculation method were discovered2. From the point between the ground and the steering whee

15、l , the second part assumed two models of the load of the tire, took cars parameter in the models, through the MATLAB , there are a number of the graph curve , consulting the realistic test data documents, proposed the tire loads gradient-distribution theory3.When the car is driving ,the steering to

16、rque are by comparison. I used MATLAB to II ABSTRACT draw different curves, confirmed the gradient load distribution theory of tire4. The research object are test cars and steering characteristics test were underwayChoosing different cars, whose steering system must be pure mechanical, at different

17、roads such as the dirt roads, highways, gravel road and different pressure to obtain Characteristic curve of steering wheels torque and its angle. At last, the paper reached the steering characteristic conclusions 5. Tooking the test cars basic parameters of the steering system in the model , analys

18、ising the test data and writing the test report are finished. At last the paper compared the differences. The paper is summaried and put forward the prospectsKeywords: steering resistance torque; tire load; steering characteristic curve III重慶理工大 學(xué)碩士學(xué) 位論文 目 錄 摘要I Abstract II 1 緒論 1 1.1 課題研究 的背景及意 義.1

19、 1.2 國內(nèi)外研 究歷史和現(xiàn) 狀.3 1.3 本文主要 研究內(nèi)容.5 2 汽 車轉(zhuǎn) 向系 統(tǒng) 的設(shè) 計(jì)參 數(shù) 7 2.1 汽車轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 及工作原理7 2.1.1 機(jī)械 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)7 2.1.2 液壓 動力轉(zhuǎn)向 系統(tǒng). 8 2.1.3 電動 助力轉(zhuǎn)向 系統(tǒng). 9 2.2 汽車轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 根本要求. 10 2.3 汽車轉(zhuǎn)向 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)參 數(shù)11 2.3.1 轉(zhuǎn)向 輪轉(zhuǎn)角 11 2.3.2 被動 轉(zhuǎn)向12 2.3.3 轉(zhuǎn)向 系的傳動 比12 2.3.4 轉(zhuǎn)向 力. 13 2.3.5 效率13 2.4 本章小結(jié)13 3 汽 車靜 態(tài)下 轉(zhuǎn) 向阻 力矩 的計(jì) 算比 較 14 3.1 汽車原

20、地 轉(zhuǎn)向阻力矩 經(jīng)驗(yàn)公式 14 3.2 汽車原地 轉(zhuǎn)向阻力矩 數(shù)學(xué)模型的建 立 17 3.2.1 汽車 原地轉(zhuǎn)向 模型建立17 3.2.2 假設(shè) 輪胎載荷 的分布模 型 18 3.2.3 原地 轉(zhuǎn)向阻力 矩計(jì)算公 式推導(dǎo)19 3.2.4 原地 轉(zhuǎn)向阻力 矩假設(shè)模 型的分析 計(jì)算20 3.3 輪胎載荷 漸變假設(shè) 23 3.4 本章小結(jié)24 IV 目錄 4 汽 車動 態(tài)下 轉(zhuǎn) 向阻 力矩 的計(jì) 算比 較 25 4.1 汽車操縱 動力學(xué)中滾 動阻力矩的計(jì) 算 25 4.2 汽車行駛 中轉(zhuǎn)向阻力 矩?cái)?shù)學(xué)模型. 26 4.3 汽車行駛 中汽車轉(zhuǎn)向 阻力矩分析. 27 4.4 本章小結(jié)31 5 汽 車原

21、地轉(zhuǎn) 向 試驗(yàn) 及數(shù) 據(jù)分 析. 33 5.1 汽車轉(zhuǎn)向 特性概述 33 5.2 汽車原地 轉(zhuǎn)向試驗(yàn) 33 5.2.1 試驗(yàn) 目的33 5.2.2 試驗(yàn) 對象34 5.2.3 試驗(yàn) 條件34 5.2.4 試驗(yàn) 方案設(shè)計(jì) 和試驗(yàn)方 法 35 5.2.5 試驗(yàn) 數(shù)據(jù)整理. 37 5.2.6 利用MATLAB 進(jìn) 行數(shù)據(jù)處 理和結(jié)果 分析. 44 5.2.7 試驗(yàn) 驗(yàn)證及結(jié) 論51 5.3 本章 總結(jié)53 6 總 結(jié)和 展望54 6.1 總結(jié) 54 6.2 展望 54 致 謝56 參 考 文獻(xiàn) 58 個(gè) 人 簡歷 及在 學(xué)期 間 發(fā)表 的學(xué) 術(shù)論 文及取 得 的研 究成 果 60 V1. 緒論 1

22、緒論 隨著經(jīng)濟(jì)的開展, 人們對生活舒適性的要求也越來越高, 因此對 汽車的性能要求不單單是動力性方面的了, 更加注重汽車的操縱穩(wěn)定性和平安性。 和汽車操縱穩(wěn)定性和平安性密切相關(guān)的就是汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來改變或恢復(fù)1汽車行駛方向的專 設(shè)機(jī)構(gòu) , 包括轉(zhuǎn)向操縱機(jī) 構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向 傳動機(jī)構(gòu)。 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)主要是方向盤、 轉(zhuǎn)向軸、 萬向節(jié)和轉(zhuǎn)向傳動軸, 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)是從轉(zhuǎn)向搖臂至轉(zhuǎn)向梯形的一系列零部件。 汽 車 的轉(zhuǎn) 向是 通 過車 輛輪 胎和 地面 接 觸實(shí)現(xiàn) 的 ,輪 胎的 材 料主 要是 橡膠 ,二 者的接觸屬于彈性接觸, 因此對原地轉(zhuǎn)向阻力矩的計(jì)算相對于剛性接觸的受力物體來

23、說就變得相對復(fù)雜, 但是原地轉(zhuǎn)向阻 力矩又是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重中之重, 所以對它的計(jì)算和研究就一直不斷,近年來呈逐漸增多趨勢。 1.1 課題 研究的 背景及 意義 本課題所研究的內(nèi)容是重慶市科技攻關(guān)方案資助工程 “電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化的根底研究局部,工程編號為:CSTC.2021AB6021 。 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開展 的腳步從未停 止,從傳統(tǒng) 的純機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)Mechanical steering system開展到液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Hydraulic power steering ,簡稱 HPS),2然后到電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng) (Electronically controlled

24、hydraulic power steering ,簡稱3EHPS ) ,再到電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) (Electric power steering ,簡稱 EPS ) ,以及很多4概念車使用的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng) (Steer-by-wire system , 簡稱 SBW ) , 各有特點(diǎn)。 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)向盤總成、 轉(zhuǎn)向執(zhí)行總成和主控制器及容錯(cuò)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)力矩 信號傳遞 等, 從而取代現(xiàn)有動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的液壓和機(jī)械控制, 線控助力轉(zhuǎn)向也是用電機(jī)提供助力, 取消了方向盤與轉(zhuǎn)向車輪之間的機(jī)械連接部件, 地面沖擊 不會傳給駕駛員, 這樣就減輕了駕駛員的駕駛疲勞, 同 時(shí)駕駛員駕駛空間增大, 舒適性提

25、高;消除了轉(zhuǎn)向干預(yù), 實(shí)現(xiàn)了全方位的自動控制, 提高了汽車行駛時(shí)的平順性, 為汽車電器集成化開展打下了根底。但是SBW 的可靠 性和設(shè)計(jì)本錢高是其開展中的障礙。5現(xiàn)階段開展的主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng) (Active steering system,簡稱 ASS), 主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 有可變傳動比功能、 助力轉(zhuǎn)向功能、 橫向加速度 控制功能、 偏擺速度控制功能, 可謂功能強(qiáng)大,有的裝備 ASS 的汽車售價(jià)高達(dá) 60 萬以上。 1重慶理工大 學(xué)碩士學(xué) 位論文 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從機(jī)械式到助力式, 逐步地應(yīng)用、 改 進(jìn)和開展著, 各 有優(yōu)缺點(diǎn), 在液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中, 如果車輪劇烈跳動和遇到坑洼路面 , 就會 導(dǎo)致輪胎出現(xiàn)非自主

26、轉(zhuǎn)向,此時(shí) 可以通過液壓對活塞的作用 , 這種作用可以 緩沖和吸收 振動, 使傳遞到方向盤上的 振動大大減少 ,作用到人手上的力就會減少,這就不會讓乘客感覺不舒服 。 汽車 液壓助力技術(shù)成熟穩(wěn)定, 可靠性高, 應(yīng)用 廣泛。 但 因其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜, 維護(hù)本錢較高 , 而且單純的液壓助力系統(tǒng)助力力度不可調(diào)節(jié), 很難兼顧低速和高速行駛時(shí)對 汽車轉(zhuǎn)向 的不同需求。 電子式液壓助力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理與機(jī)械式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的 大體相同, 最大的區(qū)別在于提供油壓油泵的驅(qū)動方式不同。 機(jī)械式 液壓助力的液壓泵直接是通過發(fā)動機(jī)皮帶驅(qū)動的, 而電子式液壓助力采用的是由電力驅(qū)動的電子泵。 電子液壓助力的電子泵,

27、不用消耗發(fā)動機(jī)本身的動力, 電子泵是由電子系統(tǒng)控制的, 不需要轉(zhuǎn)向時(shí), 電子泵關(guān)閉, 進(jìn)一步減 少能耗。 電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電子控制單元, 利用對車速傳感器、 轉(zhuǎn)向角度傳感器等傳感器的信息處理, 可以通過改變電子泵的流量來改變轉(zhuǎn)向助力的力度大小。 電動助力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 主要由傳感器、 電子控制單元 和電 動機(jī)構(gòu)成, 主要工作原理是: 傳感器將檢測到的汽車轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)矩和車速轉(zhuǎn)化成電信號, 輸入汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電控單元, 電控單元控制電 動機(jī)的工作。 而電動機(jī)輸出的扭矩經(jīng)減速機(jī)構(gòu)放大后推動轉(zhuǎn)向柱或轉(zhuǎn)向拉桿, 從而提供轉(zhuǎn)向助力。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以根據(jù)速度改變助力的大小, 能夠讓方向盤在低速時(shí)更輕

28、盈, 而在高速時(shí)更穩(wěn)定。 現(xiàn)在汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置通常是電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能好壞, 直接決定著操縱穩(wěn)定性好壞, 同樣也決定著汽車舒適性上下及駕駛平安性。 汽車在使用、 維護(hù)和修理中, 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和信息都起著重要的作用。 因此, 改善汽車的轉(zhuǎn)向性能, 提高汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作的可靠性, 成為汽車研發(fā)設(shè)計(jì)行業(yè)技術(shù)人員追求的目標(biāo)。 無論哪一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng), 在發(fā)揮作用時(shí)都離不開轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù), 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)中首當(dāng)其沖的便是對汽車行駛的受力分析。因此,本文對汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受力分析和力矩分析。 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是通過對左、 右轉(zhuǎn)向輪不同轉(zhuǎn)角之間的合理匹配來保證汽車能沿6著設(shè)想的軌跡運(yùn)動的機(jī)構(gòu) 。

29、從方向盤轉(zhuǎn)動到 車輪轉(zhuǎn)動有能量的損失,但是也有傳動比的存在保證車輪到達(dá)駕駛員預(yù)期的轉(zhuǎn)向。 除了從方向盤傳遞的力, 車輪轉(zhuǎn)動同時(shí)受到地面阻力作用。 本文計(jì)算汽車原地轉(zhuǎn)向阻力矩, 并對汽車原地轉(zhuǎn)向阻力矩進(jìn)行試驗(yàn)。 目前, 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在開展中的關(guān)鍵 技術(shù)主要是: (1) 對汽車 EPS 的模型研究: 通過仿真軟件建立模型。 利用基 本參數(shù) 帶入數(shù)學(xué)模型, 進(jìn)行模型建立, 然后實(shí)現(xiàn)純機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的模擬仿真。 (2) 控制算法研究: 主要針對電控助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電控模塊進(jìn)行編程和優(yōu)化。 (3) 助力特2 1. 緒論 性的研究: 目前大多數(shù)研究者進(jìn)行助力特性曲線的研究時(shí)

30、, 大都是假設(shè)助力特性曲線,然后分析汽車助力特性并進(jìn)行驗(yàn)證,也有不少進(jìn)行汽車方向盤特性模擬仿真。(4 )對汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中所使用傳感器的選擇和優(yōu)化。對汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的優(yōu)化和改良。 7車輛的轉(zhuǎn)向特性 對汽車駕駛舒適性、 輪胎使用 壽命等有較大的影響 。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞主要取決于汽 車原地阻力矩的計(jì)算, 汽車原地阻力矩是汽車機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中及汽車力矩驗(yàn)證中常用的公式, 目前主要采用的是經(jīng)驗(yàn)公式, 而經(jīng)驗(yàn)公式的算法具有局限性, 因此本文尋求能夠適合汽車靜止和運(yùn)動時(shí)通用的公式, 從車輛轉(zhuǎn)向地面和車輪接觸進(jìn)行推導(dǎo)。 本論文研究的目標(biāo)就是尋求一個(gè)根本的合理的通用的轉(zhuǎn)向阻力矩的計(jì)算公式,以完善汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

31、設(shè)計(jì)時(shí)的根本依據(jù)。 目前, 對轉(zhuǎn)向阻力矩的計(jì)算主要使用經(jīng)驗(yàn)公式, 經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的汽車狀態(tài)只能是靜止的, 行駛中不能使用; 經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的數(shù)值是最大值, 不太確切地反映車輪實(shí)際受力; 原來實(shí)心輪胎視為剛性接觸采用經(jīng)驗(yàn)公式, 現(xiàn)在 大多是子午線充氣輪胎, 為彈性 接觸, 經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算偏差較大。 因此迫切需要一個(gè)可行的計(jì)算轉(zhuǎn)向阻力矩計(jì)算公式, 并進(jìn)行汽車轉(zhuǎn)向特性試驗(yàn)來獲取最根本的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和驗(yàn)證假設(shè)推導(dǎo)的公式。 論文研究的意義在于 可以為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供重要的數(shù)據(jù) 根底, 優(yōu)化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、 改善汽車的轉(zhuǎn)向特性, 提高汽車的操縱穩(wěn)定性、平安性和平順性 。 1.2 國內(nèi) 外研究 歷史和 現(xiàn)狀 1886

32、 年世界誕生了第一輛汽車, 第一輛汽車的 轉(zhuǎn)向是仿照馬車和自行車的轉(zhuǎn)向方式, 即用一個(gè)操縱桿或手柄直接使前輪偏轉(zhuǎn)。1817 年, 德國人林肯斯潘杰Len Ken 8Sperger 發(fā) 明了轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu),并將在英 國獲得的專利權(quán)轉(zhuǎn)讓給了阿克曼 Rudolph Ackerman。然而早期汽車的轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)是沒有任何助力裝置的,全靠駕駛員體力作為轉(zhuǎn)向的動力源, 實(shí)際上現(xiàn)在一些車型上也有未裝置助力轉(zhuǎn)向, 其原地轉(zhuǎn)向時(shí)就特別沉重, 為了減輕駕駛員負(fù)擔(dān), 同時(shí)也有駕駛平安性等方面的考慮, 人們逐漸創(chuàng)造了轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)。1902 年2 月,由英 國人 Frederick W. Lanchester 創(chuàng)造了“液壓

33、驅(qū)動轉(zhuǎn)向 的系統(tǒng), 而最早的商品化應(yīng) 用那么推遲到了半個(gè)世紀(jì)之后,1951 年克萊斯勒 把成熟的液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)應(yīng)用在了 Imperial 車系上,正式的配置名稱是“Hydraguide ?油壓轉(zhuǎn)向裝置 。1965 年福特用旗下水星車型做試驗(yàn)性推廣, 把名為 “wrist-twist instant 的轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)裝在了一批 Park Lanes 車型上 , 使得新車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動比到達(dá)15:1, 使用起來非常省力, 這被認(rèn)為是 現(xiàn)代 電子液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的雛形。1990 年本田發(fā)布了世界上第一 款搭載可變齒輪比的電動轉(zhuǎn)向助力系3重慶理工大 學(xué)碩士學(xué) 位論文 統(tǒng)車型:NSX 。相比 1988

34、年的鈴木 Cervo ,NSX 的系統(tǒng)更接近于當(dāng)今汽車標(biāo)準(zhǔn)配置:電動轉(zhuǎn)向助力。 目前國內(nèi)外對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究一直不斷, 研究的內(nèi)容主要是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能兩個(gè)大的方面。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究就是對電動助力轉(zhuǎn)向和液壓轉(zhuǎn)向的各個(gè)組成局部進(jìn)行設(shè)計(jì)、 改良和分析、 進(jìn)一步優(yōu)化。 對轉(zhuǎn)向性能的研究主要表達(dá)在對整車進(jìn)行建模、仿真和試驗(yàn)。歸納研究的主要內(nèi)容有: 美國的 John W. Durstine等人詳細(xì)研究了卡車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的每一個(gè)部件,并對阿克曼理論進(jìn)行了詳細(xì)的解釋。9-13 14汽 車 轉(zhuǎn)向 機(jī)構(gòu) 的優(yōu) 化 和設(shè) 計(jì) , 汽 車轉(zhuǎn) 向時(shí)的 動 力學(xué) 分析 , 汽車 轉(zhuǎn) 向特 性和 助15-18 1

35、9-22力特性的研究 , 基于 Adams 和MATLAB 的汽 車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真和分析 等。 對汽23-24車轉(zhuǎn)向阻力矩輪胎模型的研究 和轉(zhuǎn)向特性 的研究主要表達(dá)在以下方面。 1991 年 云南 工 學(xué)院 熊堅(jiān) 等 人利 用前 輪 主銷 空間 定 位以 及 車輪 繞主 銷 的空 間 旋25轉(zhuǎn)變換,導(dǎo)出了車輪在各種地面力下的轉(zhuǎn)向力矩,包括摩擦阻力矩 。 2 2下隨著車速變化的轉(zhuǎn)向力矩特性曲線和車速為100km/h 時(shí)隨著側(cè)向加速度變化的平26均轉(zhuǎn)向盤力變化特 性曲線 。 1998 年權(quán)元俊、 趙越等通過 建立土壤參數(shù)、 車輛參數(shù)與轉(zhuǎn)向阻力矩關(guān)系的數(shù)學(xué)27模型, 研究滑移轉(zhuǎn)向四輪驅(qū)動裝載機(jī)的轉(zhuǎn)向阻

36、力矩 。 281999 年吉林工業(yè)大學(xué)提出輪胎非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。 2002 年 10 月,合肥工業(yè)大學(xué)通過試驗(yàn)研究得 出隨著速度的增加,空氣阻力對29轉(zhuǎn)向操縱穩(wěn)定性影響增大 。 2006 年 宗長富, 麥莉等基于駕駛模擬器的駕駛 員所偏好的轉(zhuǎn)向盤力矩特性研究中得出轉(zhuǎn)向盤力矩變化特性分為線性和非線性兩個(gè)局部, 在線性區(qū)域內(nèi), 隨側(cè)向加速度的增大而明顯增大; 在非線性區(qū)域內(nèi), 隨著側(cè)向加 速度的增大其轉(zhuǎn)向盤力矩變化不明顯。 中國駕駛員所偏好的力矩特性與日本及歐洲一致, 隨著車速的增加而增30大 。 312021 年 黃炳華,陳禎福等對轉(zhuǎn)向前輪被動阻力矩的進(jìn)行計(jì)算 。 2021 年莊曄,

37、郭孔輝基于 LuGre 摩擦模型的原 地轉(zhuǎn)向模型進(jìn)行等工況的研究,32討論的模型建立過程和模型參數(shù)對輪胎轉(zhuǎn)向特性的影響 。 2021 年 李嘯等針對具體駕駛員駕駛過程, 設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角采集裝置, 得到了33駕駛員正常駕駛和疲勞駕駛兩種狀態(tài)下的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù) 。 2021 年 通用汽車公司 Daniel Vilela 得出了同一 輪胎在 不同的輪胎氣壓下的轉(zhuǎn)向34力矩和輪胎力矩 。 2021 年郭亞朝等人 根據(jù)靜力學(xué)理論和地面車輛力學(xué)理論 , 提出一種計(jì)算車輪轉(zhuǎn)35向阻力矩的方法 。 4 1. 緒論 1.3 本文 主要研 究內(nèi)容 36國家標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定: 汽車以10Km/h 車速、24m 轉(zhuǎn)彎直徑

38、前行轉(zhuǎn)彎時(shí), 不帶助力轉(zhuǎn)向力應(yīng)小于245N。 因此, 本文從汽車和地面接觸假設(shè)模型進(jìn)行推導(dǎo)轉(zhuǎn)向阻力矩的計(jì)算模型, 為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制提供重要根底。 影響汽車轉(zhuǎn)向阻力矩的主要因素是汽車前軸載荷、 輪胎氣壓、 轉(zhuǎn)向器的摩擦 阻力和轉(zhuǎn)向速度。 研究 流程如圖1.1。對現(xiàn)有汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的開展及其工作原理進(jìn)行了介紹,分析國內(nèi)外對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及開展趨勢; 總結(jié)本文研究目標(biāo)及意義。總 結(jié) 現(xiàn) 有 原 地 轉(zhuǎn) 向 阻 力 矩 的 計(jì) 算汽 車 行 駛 過 程 中 轉(zhuǎn) 向 阻 力 矩 的 比方 式 , 分 析 影 響 原 地 轉(zhuǎn) 向 阻 力 矩較 。 以 某 車 型 參 數(shù) 為 例 , 進(jìn) 行 轉(zhuǎn)的

39、 因 素 , 講 述 了 現(xiàn) 有 計(jì) 算 方 式 方向阻力矩、轉(zhuǎn)向力等的計(jì)算。 法的局限性;利用MATLAB 畫 出 多 個(gè) 不 同 點(diǎn) 的 圖 形 曲 線 ,并和實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析, 提出輪胎載荷分布漸變理論。 汽車的原地轉(zhuǎn)向特性試驗(yàn)。將 所 有 試 驗(yàn) 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 處 理 、 分 析 和 總結(jié),并寫出試驗(yàn)報(bào)告和試驗(yàn)結(jié)論。驗(yàn)證論文提出的假設(shè)和分析, 寫出總結(jié)和展望,完成論文。圖 1.1 論文 研究 流程 圖5重慶理工大 學(xué)碩士學(xué) 位論文 本文主要研究內(nèi)容 主要有以下4方面: 1、對現(xiàn)有汽車轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)的開展情 況、汽車轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)的類型及其工 作原理進(jìn)行了介紹,分析了國內(nèi)外對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

40、的研究現(xiàn)狀;總結(jié)現(xiàn)有原地轉(zhuǎn)向阻力矩的計(jì)算方式,分析影響原地轉(zhuǎn)向阻力矩的因素,總結(jié)了現(xiàn)有計(jì)算方式方法的局限性。2、從汽車轉(zhuǎn)向時(shí)車 輪接地受力入 手,假設(shè)輪 胎載荷模型,進(jìn)行汽 車原地轉(zhuǎn)向公式推導(dǎo)。 利用MATLAB畫 出多個(gè)不同點(diǎn)的圖形曲線 , 并和實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析,提出輪胎載荷分布漸變假設(shè)。 3、對 汽車行駛過 程中轉(zhuǎn)向阻力 矩做比擬。利 用MATLAB 畫出不同速度時(shí) 的圖形曲線,并進(jìn)行分析,初步驗(yàn)證輪胎載荷漸變分布假設(shè)。 4、進(jìn)行汽車原地轉(zhuǎn) 向特性試驗(yàn)。 以三輛試驗(yàn) 車的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為 研究對象,研究不同類型的汽車靜止?fàn)顟B(tài)下在水泥路、 公路 、 石子路等不同路面上, 不同輪胎氣壓

41、下的轉(zhuǎn)向特性,得出不同車在相同條件下和相同車在不同條件下的轉(zhuǎn)向特性。 5、將試驗(yàn)車得到的 試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行 處理、分析 和總結(jié),并寫出試驗(yàn) 報(bào)告。驗(yàn)證論文假設(shè)和試驗(yàn)結(jié)論,寫出總結(jié)和展望。 6 2. 汽車轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)的設(shè) 計(jì) 2 汽車轉(zhuǎn) 向系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 參數(shù) 在汽車行駛中, 轉(zhuǎn)向是 經(jīng)常出現(xiàn)的, 駕駛員為了實(shí)現(xiàn)自 己轉(zhuǎn)向的駕駛意圖, 主要通過方向盤來操縱和控制汽車的行駛方向。 在現(xiàn)代汽車 組成上, 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是最基本的系統(tǒng)之一, 它也是決定汽車主動平安性的關(guān)鍵總成, 如何設(shè)計(jì)汽車的轉(zhuǎn)向 系統(tǒng),使汽車具有良好的操縱 穩(wěn)定性能, 始終是汽車 設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù) 。 特別是在車輛高速化、 駕駛?cè)藛T非職業(yè)化、 車

42、流密集化的今天 , 針對更多不同的駕駛?cè)巳? 汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能 顯得尤為重要。 2.1 汽車 轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)及工 作原理汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按照轉(zhuǎn)向能源的不同, 通常分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩大類。不同類型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)和工作過程也不相同。 2.1.1 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī) 械 轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)Mechanical steering system 是 在 汽 車轉(zhuǎn) 向時(shí) 沒 有任 何助 力 裝 置的, 駕駛員操縱方向盤的力通過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)帶動車輪轉(zhuǎn)動。 如圖2.1 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成和布置示意圖,主要由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)三大局部組成。圖2.1 機(jī)械 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 的組成示 意圖 1- 方向

43、盤 2- 轉(zhuǎn)向軸 3-轉(zhuǎn)向萬 向節(jié) 4-轉(zhuǎn) 向傳動 軸 5- 轉(zhuǎn)向器 6-轉(zhuǎn) 向搖臂 7-轉(zhuǎn)向直 拉桿 7重慶理工大 學(xué)碩士學(xué) 位論文 8-轉(zhuǎn)向節(jié)臂 9-左轉(zhuǎn)向 節(jié) 10 、12-梯形臂 11-轉(zhuǎn) 向橫 拉桿 13-右 轉(zhuǎn)向節(jié) 在圖2.1 中, 方向盤在駕駛室內(nèi) 安放的位置和 各國交通法規(guī)有關(guān)。 包括我國在內(nèi)的大多數(shù)國家規(guī)定車輛在行駛時(shí)靠右側(cè),相應(yīng)地應(yīng)將方向盤安置在駕駛室左側(cè)。這樣,駕駛員的左方視野較廣闊,有利于兩車交會時(shí)平安。 當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí), 駕駛員操縱方向盤, 方向盤上的手力通過轉(zhuǎn)向軸、 轉(zhuǎn)向萬向節(jié)和轉(zhuǎn)向傳動軸輸入轉(zhuǎn)向器。 由轉(zhuǎn)向器將力矩放大并將運(yùn)動傳遞至轉(zhuǎn)向搖臂上, 再由轉(zhuǎn)向直拉桿傳遞至

44、固定在轉(zhuǎn)向節(jié)上方的轉(zhuǎn)向節(jié)臂, 從而使左轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支撐的左轉(zhuǎn)向輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)。圖 2.1 中駕駛員手力轉(zhuǎn)動方 向盤,經(jīng)過從上至下的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的作用帶動汽車轉(zhuǎn)向輪的運(yùn)動, 沒有助力裝置。 而 動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)大局部 的轉(zhuǎn)向能源由助力裝置提供。 當(dāng)今使用的 助力裝置 類型主要有液壓助力系統(tǒng)、 電控液壓助力系統(tǒng)和電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。目前,絕大多數(shù)商用車和50% 的轎車采用動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 2.1.2 液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 動 力 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 是 一 套 兼 用 駕 駛 員 的 體 力 和 發(fā) 動 機(jī) 的 動 力 為 轉(zhuǎn) 向 能 源 的 轉(zhuǎn) 向 系統(tǒng)。 在正常情況下, 汽車轉(zhuǎn)向所需的能量只有一小局部由駕駛員提供, 而大

45、局部能量由發(fā)動機(jī)通過轉(zhuǎn)向助力裝置提供。 對動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)而言, 在加力裝置失效后, 就是一個(gè)純機(jī)械的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)了。 如圖2.2 所示為一款車的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Hydraulic power steering ,簡稱HPS )的組成示意圖。該圖中轉(zhuǎn)向助力裝置包括轉(zhuǎn)向油罐 9、轉(zhuǎn)向液壓泵 10 、轉(zhuǎn)向控制閥5 和轉(zhuǎn)向動力缸12。圖 2.2 液壓 動力轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)的組 成示意圖 1-方向盤 2- 轉(zhuǎn)向軸 3-梯形臂 4- 轉(zhuǎn)向節(jié) 臂 5-轉(zhuǎn) 向控 制閥 6-轉(zhuǎn)向 直拉桿 7- 轉(zhuǎn)向搖 臂 8- 機(jī)械轉(zhuǎn)向 器 9-轉(zhuǎn)向 油罐 10- 轉(zhuǎn)向液壓 泵 11- 轉(zhuǎn)向 橫拉桿 12- 轉(zhuǎn)向動力 缸 8 2. 汽車

46、轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)的設(shè) 計(jì) 圖2.2 中液壓轉(zhuǎn)向動力系統(tǒng)的工作原理如下: 在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中, 轉(zhuǎn)向液壓泵 10 是動力源,液壓泵將液壓助力油從轉(zhuǎn) 向油罐 9 經(jīng)過轉(zhuǎn)向控制閥 5 和轉(zhuǎn)向液壓泵 10 到轉(zhuǎn)向動力缸 12,通過活塞桿帶 動轉(zhuǎn) 向機(jī)構(gòu),液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中通過改變轉(zhuǎn)向動力缸的直徑和油壓的大小來改變助力的大小,從而到達(dá)助力轉(zhuǎn)向的目的。 液 壓 動 力 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 的 缺 點(diǎn) 是 無 法 保 證 低 速 時(shí) 的 轉(zhuǎn) 向 輕 便 性 和 高 速 時(shí) 的 操 縱 穩(wěn)定性;汽車的轉(zhuǎn)向特性受駕駛員駕駛技術(shù)的影響嚴(yán)重。 電控液壓動力裝置是在液壓動力系統(tǒng)的根底上加上電子控制裝置, 從一定程度上緩解了傳統(tǒng)的

47、液壓轉(zhuǎn)向中輕便性和路感之間的矛盾, 是目前汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中比擬成熟的一項(xiàng)技術(shù),應(yīng)用廣泛。 2.1.3 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 隨著社會對環(huán)保和汽車性能要求的提高, 電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)逐漸產(chǎn)生了。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering ,縮 寫 EPS )是一種直接依靠電機(jī)提供輔助扭矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。EPS 主要由扭矩傳感器、 車 速傳感器、 電動機(jī)、 減速機(jī)構(gòu)和電子控制單元(ECU )等組成。 圖2.3 電動 助力轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)示意 圖 1-轉(zhuǎn)矩傳感 器 2-轉(zhuǎn)向 軸 3-減 速機(jī)構(gòu) 4- 齒輪齒 條式 轉(zhuǎn)向器5-離合器 6- 電動機(jī) 7-電子控 制單元 圖 2.3 中 轉(zhuǎn) 向 系

48、統(tǒng) 傳 感 器 把 采 集 到 的 車 速 、 轉(zhuǎn) 角 信 息 輸 送 給 電 子 控 制 單 元(Electronic Control Unit ) ECU ,ECU 采取信 號后將和目標(biāo)存儲數(shù)據(jù)比照,然后傳遞信號或指令給 電動機(jī), 決定電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和電流大小, 電動機(jī)將輔助動力施加到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中, 可以實(shí)時(shí)調(diào)整汽車的轉(zhuǎn)向助力, 保證汽車在低速轉(zhuǎn)向時(shí)輕便靈活,9重慶理工大 學(xué)碩士學(xué) 位論文 高速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)穩(wěn)定可靠。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn): 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用 ECU 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理, 因此反應(yīng)靈敏,準(zhǔn)確度高;助力特性可以適時(shí)調(diào)整,ECU 根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器和車速傳感器信號, 修正輸出給電機(jī)的

49、電流大小, 提高汽車行駛的燃油經(jīng)濟(jì)性, 減少汽車排放的污染物量;ECU 和傳感器占用空間少,可以降低 汽車總體質(zhì)量,使得總本錢降低。 2.2 汽車 轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)設(shè)計(jì) 的根本 要求 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不但要考慮 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各組成部件的選擇、 匹配和優(yōu)化, 還要保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車當(dāng)中的使用性能。 因此, 汽車轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足下述根本27要求 : 汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí),全部車輪應(yīng)繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn),任何車輪不應(yīng)有側(cè)滑; 汽車轉(zhuǎn)向行駛后, 在駕駛員松開方向盤的條件下, 轉(zhuǎn)向輪能自動返回到直線行駛位置,并穩(wěn)定行駛; 汽車在任何行駛狀態(tài)下,轉(zhuǎn)向輪不得產(chǎn)生自振; 懸架導(dǎo)向裝置和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)同時(shí)工作時(shí), 由于運(yùn)動不協(xié)

50、調(diào)產(chǎn)生的車輪擺動應(yīng)最小; 保證汽車有較高的機(jī)動性并具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力; 操縱輕便; 轉(zhuǎn)向輪碰撞到障礙物以后,傳給 方向盤的反沖擊應(yīng)盡可能小; 轉(zhuǎn) 向 器 和 轉(zhuǎn) 向 傳 動 機(jī) 構(gòu) 的 球 頭 處 , 應(yīng) 設(shè) 有 消 除 因 磨 損 而 產(chǎn) 生 間 隙 的 調(diào) 整 機(jī)構(gòu); 在車禍中, 當(dāng)轉(zhuǎn)向軸和方向盤由于車架或車身變形而共同后移時(shí), 轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的裝置; 轉(zhuǎn)向輪與方向盤轉(zhuǎn)動方向應(yīng)一致。 為了滿足第一項(xiàng)要求, 應(yīng)該正確設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形, 包括選擇轉(zhuǎn)向梯形方案和有關(guān)參數(shù)。 為了保證汽車有較高的機(jī)動性能, 應(yīng)該做的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)到最大轉(zhuǎn)角時(shí), 汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑是汽車軸距的22.5

51、 倍。 為了實(shí)現(xiàn)迅速轉(zhuǎn)彎, 在選取轉(zhuǎn)向系角傳動比時(shí), 要求到達(dá)方向盤從一端轉(zhuǎn)到中間位置時(shí)的轉(zhuǎn)動圈數(shù), 轎車不 超過2 圈, 貨車 不超過3 圈。 用轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員作用在方向盤上的切向力和方向盤轉(zhuǎn)動圈數(shù)兩項(xiàng)指標(biāo)來評價(jià)操縱輕便性。 沒有裝置動力轉(zhuǎn)向的轎車,行駛中轉(zhuǎn)向,此力應(yīng)為50100N ;有動力轉(zhuǎn)向時(shí),此力在2050N 。 轉(zhuǎn)向系中設(shè)置有轉(zhuǎn)向減震器時(shí), 不僅能防止轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生自振, 還能使傳到方向盤上的反沖力減少, 而逆效率比擬低的轉(zhuǎn)向器也能使傳給方向盤的反沖力減少。 轉(zhuǎn)10 2. 汽車轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)的設(shè) 計(jì) 向器中的螺桿或者蝸桿上的螺紋有左、 右之分, 選取左或右螺紋應(yīng)與轉(zhuǎn)向系的布置方案和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)

52、相適應(yīng),選取原那么是保證轉(zhuǎn)向輪與方向盤的轉(zhuǎn)動方向一致。 2.3 汽車 轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)設(shè)計(jì) 參數(shù) 2.3.1 轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角 在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)中, 無論選用哪一種轉(zhuǎn)向梯形方案, 必須在正確選擇轉(zhuǎn)向梯形參數(shù),同時(shí)保證全部車輪繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心行駛,使在不同圓周上運(yùn)動的車輪,滿足純滾動的要求; 同時(shí)盡量在轉(zhuǎn)向輪在最大 轉(zhuǎn)角時(shí), 獲得的最小轉(zhuǎn)彎直徑。 因此,汽車的內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪應(yīng)有不同的轉(zhuǎn)角。 兩軸汽車以低速轉(zhuǎn)彎行駛時(shí), 忽略汽車離心力的作用, 假設(shè)輪胎是剛性的, 忽略輪胎側(cè)偏影響, 此時(shí)假設(shè)各車輪繞同一瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心進(jìn)行轉(zhuǎn)彎行駛, 那么兩轉(zhuǎn)向前輪軸線的延長線,交在后軸延長線上,這一幾何關(guān)系稱為阿克曼幾何學(xué)。 o為了滿足上述條件,如圖 2.4