载重汽车双前桥转向机构优化设计

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1、．现代设计与先进制造技术·张蕾董恩围梁堂重塑主煎堡：：：：：：载重汽车双前桥转向机构优化设计张蕾，董恩国，梁立学(1．天津职业技术师范大学汽车与交通学院，天津300222)(2。营口市农业工程学校招生办，辽宁营1：3115009)摘要：以多体系统动力学理论为基础，应用多体动力学软件ADAMS建立了载重汽车双前桥转向机构动力学仿真模型，以及转向梯形机构及中间摇臂机构的数学模型。基于各机构转角误差最小对设计参数进行了仿真优化分析。通过仿真分析，得到了双前桥转向机构的优化结果以及转向性能的评价结论。关键词：双

2、前桥转向机构；仿真模型；优化设计中图分类号：U463．42文献标识码：A文章编号：1672—1616(2012)19-0063一o3双前桥转向汽车有2个前桥同时参与转向，其度为690mm，后悬挂的长度为640mm。结构及动力学特征比传统的单前桥转向复杂。对建立该汽车双前桥转向机构整车仿真模型。于双前桥转向机构¨J，为了实现汽车的最佳转简化后的仿真模型包括车辆的行驶系、悬架系统和向，减小轮胎的磨损，除了要保证每轴车轮内外侧转向机构，主要由转向节(4个)、车轮(8个)、悬架转角的关系，同时还要满足不同车轴之

3、间同侧车轮(8个)、转向梯形机构(2个)、后桥、车身(简化为转角的关系。目前，对于多轴转向车辆主要有2种球体)等组成，如图1所示。设计方法J：一种是转向系统采用微电控制原理；另一种是根据车辆具体的车身和车轴尺寸，用解析法构造出不同杆长的转向机构。文献[5]建立了双轴转向8×4货车的多体系统动力学模型，对车辆进行了平顺性分析。文献[6]建立了双前桥转向系统瞬时转动中心的数学模型，得出了转动中心位置的一般公式以及一轴、二轴转角关系式。文献[7]利用多体动力学软件ADAMS建立了某重型汽车双前桥转向系统动力学

4、模型，并根据设计参数对其进行了仿真分析。文献[8]针对重卡双前桥转图1仿真模型向摇臂机构提出了多目标优化模型。本文应用仿真模型的约束副主要包括旋转副、球副。对多体动力学分析软件ADAMS建立了某重型汽车于转向传动机构，各转向梯形臂与转向节之间使用双前桥转向机构的仿真模型，以空间运动为基础，旋转副约束；转向梯形臂与转向横拉杆之间使用球对其进行多目标优化设计分析。副约束，转向横拉杆与中间摆臂之间使用球副约束。对于双前桥转向机构的中间摇臂部分，垂臂与1仿真模型的建立直拉杆之间采用球副约束，其余各杆件之间均采用

5、某双前桥转向重型汽车，有效载荷18t，总重旋转副约束；2个垂臂与车身之间也采用旋转副连31t。前轮距为2300mm，后轮距为2380mm，前接。对于悬架系统，悬架由上下2部分(缸筒和推后桥轴距为1700mm，前桥至第三轴距离为5400杆)组成，应用移动副连接，悬架上部分(缸筒)与mm，前桥至第四轴距离为8000mm。前悬挂的长车身使用旋转副约束，悬架下部分与转向节之间使收稿日期：2012—06—04基金项目：天津职业技术师范大学基金资助项目(KJYI1—07)作者简介：张蕾(1975一)，女，辽宁铁岭人

6、，天津职业技术师范大学副教授，博士，主要研究方向为汽车现代设计方法、故障诊断。2012年10月中国制造业信息化第41卷第19期用固定副约束。转向节与车身之间通过弹簧连接，向节臂长度(L3)为20～80ram。当悬架推杆上下移动时，弹簧伸缩，模拟悬架的运2．2约束条件动特性。转向节与轮胎之间通过旋转副连接。对约束条件主要包括转角误差约束以及尺寸约于后轴部分，2个后轴与车身之间也通过悬架连束。接，连接方式与前悬架相似；后轴与轮胎之间也通I，一l≤3。(1)过旋转副连接。模型所加的运动激励为使车轮转I一卢≤1

7、。(2)．向的轮胎阻力矩。rain6=arcoos((一Mcos(0+．)+2McosO一仿真模型选用UA轮胎模型，路面谱为平滑路2L0COS0)／(M一2L0cosO))≥30。(3)面谱。0=arctan4N／3M±5。(i=1，2)(4)为了确保仿真结果的准确性，对仿真模型的有5。≤≤15。(i=1，2)(5)效性进行验证。测试结果表明，前后桥车轮均能够0．25≤L1o，2()≤0．30(6)保证正确的内外侧车轮实际转角关系(即实际车0．20≤L2l≤0．35(7)轮转角关系)、悬架系统的动力学特

8、性(即主销定0．20≤L3I，L33≤0．40(8)位角的变化、悬架运动轨迹)、行驶性能(即车辆的0．25≤L33，L34≤0．40(9)行驶轨迹)，即仿真模型是准确有效的。0．02≤，J35≤0．08(10)式(1)为转向梯形机构转角误差约束，要求小2数学模型的建立于3。，，为外侧车轮实际转角，为外侧车轮理想2．1设计变量转角。式(2)为中问摇臂机构最大角度误差约束，要求小于1。，卢．，为中间摇臂机构后摇臂理论转角，如图2所示，双前桥转向