液压助力转向系统参数对汽车操纵稳定性的影响分析

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1、液压助力转向系统参数对汽车操纵稳定性的影响分析高翔沈晓丰夏长高王若平（江苏大学汽车与交通工程学院，江苏镇江$!$%!"）摘要：建立汽车液压转向系统（从转向盘到前轮）的数学模型与仿真模型，并结合二自由度汽车模型，在转向盘转角斜坡输入的情况下，分析液压系统参数对汽车横摆角速度输出的影响。关键词：汽车液压助力转向操纵稳定性仿真!"#$%&’&(")**+,-&(*.%/0#1$’,2(3+04-++0’"54%&-+62#0#6+-+0&("!1-(6(7’$+8("-0($$#7’$’-%#"/4-#7’$’-%&’()*+,-，./01)*+234,-，)5’67+,--+

2、2，8’1&9:2;*,-（.<722=23’:>2?2@*=4+,ABC+33*<0,-*,44C*,-，D*+,-E:F,*G4CE*>H，I74,J*+,-$!$%!"，6/1）!"#$%&’$：B74?+>74?+>*<+=?2A4=+,AK+>=+@.*?:=*,L?2A4=237HAC+:=*<;2M4CE>44C*,-EHE>4?（3C2?>74E>44CN*,-M744=>2>743C2,>M744=）M+E4E>+@=*E74AO’,A*,<2?@*,+>*2,M*>7>74>M2PQ(R<+C?2A4=，>7443N32C>E237HAC+:=*<;2

3、M4CE>44C*,-EHE>4?;+C+?4>4CE2,+:>2?2@*=4<2,>C2==+@*=*>H+,AE>+@*=*>HM4C4+,+N=HS4AO()*+,%-#：’:>2?2@*=4；/HAC+:=*44C*,-.HE>4?；62,>C2==+@*=*>H.>+@*=*>H；.*?:=+>*2,目前在轿车与轻型汽车上广泛采用齿轮齿条式液.O.转向盘到小齿轮的动力学方程压助力转向器以提高汽车的转向性能。笔者以某轻型简化后的从转向盘到小齿轮的动力学机构如图$车的齿轮齿条式液压助力转向系统为例，建立了转向所示。忽略转向盘与转向轴器与整车的数学模型

4、和仿真模型，并就转向系统参数的传动间隙，忽略转向轴、扭变化对汽车横摆角速度的影响作了仿真分析。杆、小齿轮、阀芯及阀套的转动惯量，由于转向轴与扭杆.液压助力转向系统的数学模型传递的扭矩相等，因此：整个液压助力转向系统的组成如图!所示。!（!!"!!）#!（$!!"!$）（!）式中!———转向盘转角!!———转向轴刚度!$———扭杆刚度!!———扭杆上端转角!$———小齿轮转角.$/小齿轮、齿条及前轮转角之间的运动方程从齿条到车轮的传动机构如图"所示。由于前轮转角较小，故假设转向横拉杆推力对主销的力臂长度不变。并假设前轮偏转时侧偏刚度不变，车轮回正力臂的·#!!"·大小不变。

5、6!)6"-67!（;）由图$可得：6$)6*-67*（6）!%#"%&!$’()!%&’（(!)(*）*+,+-(.（*）根据薄壁小孔的流量公式，有：,/""-+-(..)//"0)1/")2!3"（$）6-1**"(%#（!0）8.8!8式中!%———齿条及与其固结的活塞的总质量式中65———转阀的进油流量#%———齿条位移6（88&!，*，$，"）———流经阀口8的流量!$———小齿轮作用于齿条的力矩67!，67*———动力缸的进出油流量!———齿条的螺旋齿形角1.———流量系数&———小齿轮的基圆半径*8———第8个阀口的节流面积(!，(*———动力缸进、出油腔油

6、压"(8———第8个阀口两侧的压力差*+———活塞的有效工作面积#———液压油的密度//———转向系阻尼系数1/———转向系等效刚度+-(.———转向横拉杆推力,/———前轮绕主销的转动惯量"———前轮转角.———横拉杆推力对主销的力臂长度2!———前轮侧偏刚度3———前轮回正力臂由于转向盘转角与齿条位移之间为线性关系，因此通过拟合得出了齿条位移#%与前轮转角"之间的关系。由于仿真中只给转向盘012-%.的角阶跃输入，齿条位移最大只有31455，相应的前轮转角最大只有010"6-%.，而在此范围内两者之间近似呈线性关系，斜率约为41*236，又因为当74&0时，!&0。由

7、此得出："%#%&48*236（"）令(&"%#%在式（*）中，令+.&!$’()!%&9（(!,(*）*+，+.为齿条所受到的主动力。由式（*）、（$）及（"），得到齿条所受主动力+.与齿条位移#%及前轮转角"之间的传阀芯与阀套的预开间隙结构如图2所示。现在绝递函数为大多数的液压助力转向器中的阀口都采用短切口形#（%5）.式，其节流面积按下式计算：-*+（.5）（.!%9,/(）5’//(5’（1/92!3）(当$!,$*’,7*%9时（2）*!-:!7!’:*7*’:*9（$!)$*）（!!）（"5）.当$!,$*<,7*