1、32t卡車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真摘 要：汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能就是按照駕駛員的意愿控制汽車的行駛方向。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)汽車的行駛安全至關(guān)重要，因此汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的零件都稱為保安件。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)都是汽車安全必須要重視的兩個(gè)系統(tǒng)。 本文利用虛擬樣機(jī)技術(shù)在ADAMS/View軟件環(huán)境下建立了32t卡車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的多體運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算模型, 研究影響轉(zhuǎn)向性能的主要設(shè)計(jì)參數(shù)點(diǎn)。并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析研究，優(yōu)化設(shè)計(jì)出了內(nèi)、外側(cè)車輪的偏轉(zhuǎn)角度隨時(shí)間的變化規(guī)律并使其基本滿足理想的轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系-阿克曼定理。通過(guò)對(duì)這個(gè)課題的研究，將轉(zhuǎn)向誤差降低至最低，對(duì)提高整車主動(dòng)安全性、減輕駕駛員負(fù)擔(dān)有很大的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵

2、詞：虛擬樣機(jī)技術(shù)；轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)；仿真；優(yōu)化設(shè)計(jì)；轉(zhuǎn)向誤差0 引言 傳統(tǒng)的汽車設(shè)計(jì)模式是先進(jìn)行汽車零部件的設(shè)計(jì), 然后將零部件組裝成物理樣機(jī), 再進(jìn)行試驗(yàn)研究。這種設(shè)計(jì)方法由于設(shè)計(jì)周期長(zhǎng), 成本高, 成功率低,已經(jīng)逐漸被虛擬樣機(jī)技術(shù)所取代。虛擬樣機(jī)技術(shù)是指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中, 將分散的零部件設(shè)計(jì)和分析技術(shù)(指在某單一系統(tǒng)中零部件的CAD 和FEA 技術(shù))揉合在一起, 利用計(jì)算機(jī)建立產(chǎn)品的整體模型, 并針對(duì)其在使用后的各種工況進(jìn)行仿真分析, 預(yù)測(cè)產(chǎn)品的整體性能, 進(jìn)而改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品性能的一種新技術(shù)3。 當(dāng)今汽車工業(yè)的發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)虛擬樣機(jī)技術(shù)的研究已經(jīng)取得了顯著的成果, 所開(kāi)發(fā)的軟件如ADAMS

3、、DADS、NEWEUL 等都為汽車設(shè)計(jì)水平的提高提供了有力的手段。本文借助于多體動(dòng)力學(xué)軟件ADAMS/View建立了一種32t重卡汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型, 從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)分析。1 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析 本文所述的卡車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成（如圖1所示）,如何設(shè)計(jì)汽車的轉(zhuǎn)向特性，使汽車具有良好的操縱性能，從而在一定程度上改善了整車的轉(zhuǎn)向性能是本文的關(guān)鍵。 圖 11.1 建立虛擬樣機(jī)模型汽車設(shè)計(jì)中的虛擬樣機(jī)技術(shù)是以多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)為理論基礎(chǔ)的，基于多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論, 利用機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS/View, 按照ADAMS建立模型的要求,建立了該型卡車的轉(zhuǎn)向機(jī)

4、構(gòu)的幾何模型，如圖。（1） 創(chuàng)建設(shè)計(jì)點(diǎn)圖 2（2）構(gòu)建模型 圖31.2 仿真分析卡車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性在使用中首先反映在內(nèi)外側(cè)車輪轉(zhuǎn)角的變化趨勢(shì)上。為了使得仿真分析結(jié)果客觀真實(shí)和具有可信度,首先要對(duì)所構(gòu)建的模型進(jìn)行在實(shí)際操作過(guò)程中的動(dòng)作的測(cè)試。生成一個(gè)傳感器檢測(cè)內(nèi)角達(dá)到最大轉(zhuǎn)角時(shí)的狀態(tài)，檢測(cè)到達(dá)到最大轉(zhuǎn)角40 時(shí)，傳感器能否會(huì)自動(dòng)停止仿真。1.2.1 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)模型的測(cè)試 首先測(cè)試機(jī)構(gòu)內(nèi)外角的變化曲線： 圖4 內(nèi)角角度測(cè)量圖 圖5 外角角度測(cè)量圖 再測(cè)量外側(cè)車輪轉(zhuǎn)角偏差，得到外輪轉(zhuǎn)角偏差的曲線圖（如圖5所示），借助于函數(shù)編輯器提供的基本函數(shù)，編輯外輪轉(zhuǎn)角偏差的函數(shù)表達(dá)式為：abs(ATAN(T

5、AN(abs(.MODEL_1.MEA_ANGLE_1)*PI/180)*3650/(3650+2376*TAN(abs(.MODEL_1.MEA_ANGLE_1)*PI/180 )-abs(.MODEL_1.MEA_ANGLE_1_2*pi/180)*180/pi運(yùn)行后：圖 6 圖7 外輪轉(zhuǎn)角偏差圖2 優(yōu)化設(shè)計(jì)及結(jié)果分析2.1將設(shè)計(jì)點(diǎn)參數(shù)化 圖82.1.1靈敏度分析 靈敏度報(bào)告如圖：圖 9 表一2.1.2 確定目標(biāo)函數(shù)約束條件 在整個(gè)優(yōu)化模擬設(shè)置中，擬定最大的內(nèi)輪轉(zhuǎn)向角為40 ，確定每個(gè)不同的設(shè)計(jì)參數(shù)的可能值，通過(guò)優(yōu)化車輪的外輪轉(zhuǎn)角偏差來(lái)達(dá)到優(yōu)化車輛轉(zhuǎn)向性能的目的。設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)為： 式中：是

6、理想外輪轉(zhuǎn)角，完全滿足阿克曼轉(zhuǎn)向關(guān)系 是實(shí)際外輪轉(zhuǎn)角理想的阿克曼轉(zhuǎn)向關(guān)系為：式中是內(nèi)輪轉(zhuǎn)角；K為兩主銷中心線延長(zhǎng)線到地面交點(diǎn)之間的距離；L為汽車軸距。2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果分析利用ADAMS內(nèi)嵌的優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊ADAMS/Insight對(duì)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行200組的結(jié)構(gòu)優(yōu)化仿真試驗(yàn)，得到如下表二結(jié)果。優(yōu)化前后的目標(biāo)函數(shù)的曲線如圖7，其中實(shí)線是優(yōu)化前的曲線，虛線是優(yōu)化后的曲線。Adams/Insight 運(yùn)行結(jié)果：圖 9表二 優(yōu)化設(shè)計(jì)前后的設(shè)計(jì)變量及目標(biāo)函數(shù)值設(shè)計(jì)變量DV_2DV_3DV_4DV_5優(yōu)化前810-450870-370優(yōu)化后821.946-441.779925.019-367.456 圖10

7、 目標(biāo)函數(shù)的曲線對(duì)比圖3 結(jié)束語(yǔ)本文利用ADAMS 軟件建立了32t重卡汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模型。對(duì)它的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)分析，結(jié)果形象直觀， 仿真效果良好， 為同類機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了一種方便而且使用的分析方法。不足之處在于：本文得到的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案是基于運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)上的，而轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度等性能應(yīng)該還有待于進(jìn)一步采用其他方法(比如有限元分析)進(jìn)行分析驗(yàn)證4。參考文獻(xiàn)：1 李軍,邢俊文. ADAMS 實(shí)例教程M . 北京:北京理工大學(xué)出版社, 2002.2 李增剛. ADAMS入門詳解與實(shí)例M . 北京:國(guó)防工業(yè)出版社, 2006.43 趙韓,錢德猛 ,魏映. 基于ADAMS的車輛空氣懸架-轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)