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设计研究
基于 ADAMS的汽车后轮转向机构优化设计
陶盛飞黄妙华(武汉理工大学汽车工程学院,武汉430070)
摘要】为了减小在车轮跳动时后轮转向机构与悬架之间的运动干涉、后轮摆振以及车轮磨损,提出了
通过建立后轮转向机构的动力学虚拟模型。直接以减小转向拉杆和悬架的运动不协调偏差量为目标函数的优
化设计方法,计算后轮在不同转角下的运动偏差量,得到合理的后轮转向机构布置方案,为后轮转向机构的设计
提供一定参考。
Abstract) In order to reduce the movement interference between the rear wheel steering mech-
anism and suspension, swing vibration, wear and tear of the rear wheels when they are moving up and
down. A design method of the rear wheel steering mechanism is presented which puts reducing uncoor
dinated motion deviation between steering rod and suspension as the objective function by establishing a
dynamics virtual model of the rear wheel steering mechanism to optimize and simulate. The motion de
viation of the rear wheel is calculated under different angle and a reasonable layout scheme of the rear
wheel steering mechanism is got. Reference is provided for the design of the rear wheel steering mecha
nism
关键词】后轮转向机构汽车运动偏差优化设计
doi:10.3969/j.iss.1007-4554.2014.03.06
悬架的运动干涉情况,包括空间法和平面法。但
0引言
是,这些方法无法在动态情况下模拟运动过程,存
在明显的不足。本文基于 ADAMS软件,建立了后
后轮转向系统是四轮转向商用车的核心技术轮转向机构动力学虚找模型,创新地直接以减小
之一。目前只有前轮转向机构的商用车由于体积
运动偏差量为目标函数进行优化仿真,研究了优
和吨位较大,导致了低速时的机动性和高速转向
化前后后轮在不同转角下随着后轮跳动时转向拉
时操纵稳定性较差,因此后轮转向系统显得尤为
杄和钢板弹簧悬架的运动不协调偏差量的变化,
重要。转向性能的差异主要是由于转向机构的不
结合实车试验,结果真实直观。
同引起的,而转向机构的空间运动规律直接影响
着转向性能。若后轮转向机构布置不合理,则会1后轮转向机构的初始布置
导致后轮反复摆振、轮胎异常磨损、制动干涉跑偏
以及转向轻便性变差等问题。目前对转向机构的
由于底盘空间的不同,后轮转向机构的布置
设计通常单独采用的是作图法来校核转向机构与与前轮转向机构的布置不同。首先在后桥上方的
收稿日期;2013-12-09
上海汽车2014.03
设研解
车架上设计一个横梁来固定动力转向器与转向电轮转向机构的空间模型来推导运动偏差计算公
机,其次是确定垂臂的长度和初始摆角。垂臂的式,在 ADAMS软件里直接以此作为目标函数优化
长度可根据后桥上节臂的长度来确定。通常情况设计后轮转向机构。后轮转向机构与悬架系统运
下,后桥上节臂的长度与垂臂的长度之比为0.8
动干涉分析的空间模型如图2所示
1.2。确定垂臂的初始摆角时,要保证动力转向器
的分中性。最后确定转向拉杆的长度,可由垂臂
的长度和后桥上节臂的位置而定。由于考虑车轮
的跳动的情况以及横梁的位置,把转向拉杆设计
成弯曲形状。后轮转向机构的初始布置如图1所
图2后轮转向机构与悬架运动干涉示意图
EF、IE"F为上下跳动时,后转向桥上节臂
与转向拉杆相连的球销中心点B两种运动轨迹的
偏差量。
图1后轮转向机构的结构图
3后轮转向机构虚拟样机模型
汽车设计中的虚拟样机技术是以多刚体系统
2后轮转向机构的校核
动力学为理论基础的。假设除了钢板弹簧以外的
各部件都是刚体,即在运动过程不变形;中间轴与
般单独采用作图法来校核转向机构与悬架半轴连接成一个构件;各运动副之间的摩擦不计,
的运动干涉有以下不足。
部件之间间隙不计。利用机械系统动力学仿真软
(1)平面作图法是将转向器垂臂和转向节臂件 ADAMS/View,按照实际整车参数的要求(见表
投影到一个平面上,分析误差较大。
),为了简化计算步骤,只建立了主钢板弹簧片的
(2)空间作图法虽然建立转向机构的空间模柔性结构,本文采用离散BEAM梁方法,将每片弹
型,但是只限于静态状态下的校核,有局限性。
簧离散为多段刚体,刚体之间通过无质量的铁木
3)无论平面法还是空间法,优化设计时,需辛柯梁连接,模型板簧刚度为62.5kg/mm,而实际
反复作图,精度不高,都不适合对转向机构优化设板簧刚度为62.1kg/mm。因此,模型准确度较高。
计
最后建立了后轮转向机构的虚拟样机模型(如图3
另外,工程师将运动偏差转化为垂臂摆角的所示)。
大小,在优化时以减小车轮跳动时垂臂摆角的大
小作为目标函数,此方法虽然可以在一定程度上
表1后轮转向机构实际结构参数
达到优化目的,但是不能有效直观地反映运动偏
L/mm
e/ mm
T/mm
差的变化
845
815
225
2.5
由于以上原因,结合后轮转向机构不同于传
J/mm
/e/mm
274
135
65
统前轮转向机构的设计方案,本文创新的运用后
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