基于ADAMS二次开发的双前桥转向机构优化设计

李德光

（1.东风柳州汽车有限公司技术中心，广西 柳州 545005；2.湖南大学机械与运载工程学院工程硕士班，湖南 长沙 410012)

1 前言

随着国内汽车行业的发展，以6X2、8X4等多轴车为代表的重型商用车越来越受到用户青睐。但是，对于双前桥转向系统设计来说，难点在于需要同时满足两个轴车轮转向的运动要求，才能降低轮胎磨损量，因此双前桥转向机构的优化设计显得尤为重要。

2 双前桥转向的阿克曼条件

汽车在转弯行驶时，理想的各轮转角关系应使汽车转向时所有的轮均作纯滚动，使所有车轮的轴线都交于瞬时转动中心点，以减少轮胎胎磨损。因此，汽车的内、外转向轮有不同的转角。为满足车轮作纯滚动，必需满足阿克曼几何学的关系式：

第一轴内外轮应满足阿克曼条件

第二轴内外轮应满足阿克曼条件

同时，一轴内轮和二轴内轮还应满足

式中

L1——第一轴主销接地点到后桥转向瞬心轴（即从转向瞬心向整车纵轴所 作的垂线）的距离，如图所示，如果是单后桥，则是后校轴线；

L2——第二轴主销接地点到后桥转向瞬心轴（即从转向瞬心向整车纵轴所 作的垂线）的距离；

K——主销接地距离，即左右主销轴线延长线与地面交点之间的距离

图1 理想的转向轮转角关系

现有的汽车转向梯形机构，对上述条件不能在整个转向范围内得到满足，只能近似地使它得到保证。实际的内外轮转角关系曲线是在阿克曼几何学和平行几何学的理论曲线之间变化。如图2：

图2 内外轮转角关系曲线

3 双前桥转向的设计校核

3.1 传统的三维运动校核方法

在目前的设计校核方式中，应用比较多的方法为三维装配校核法：应用三维软件，将转向梯形、转向机构等零件画出并进行装配，测量出各轮胎在不同转角时的对应关系，画出转角关系曲线，再与理论的阿克曼曲线进行比较、改进。如下图3：

图3 三维装配校核方法

采用以上的方法缺点在于工作步骤烦琐，每调整一个零件数都必须重新构建模型，重新测量角度，要设计、校核一个较为理想的转向机构往往需要数周甚至更长的时间，并且不能很好的反映出不同载荷下板簧刚度对转向系统的影响。

3.2 ADAMS软件介绍

Adams是全球运用最为广泛的机械系统仿真软件，用户可以利用Adams在计算机上建立和测试虚拟样机，实现事实再现仿真，了解复杂机械系统设计的运动性。可以像建立物理样机一样建立任何机械系统的虚拟样机。虚拟样机技术是一项新生的工程技术。借助于这项技术，工程师们可以在计算机上建立机械系统的模型，伴之以三维可视化处理，模拟在现实环境下系统的运动和动力特性，并根据仿真结果精化和优化系统的设计与过程。首先建立运动部件（或者从 CAD软件中导入）、用约束将它们连接、通过装配成为系统、利用外力或运动将他们驱动。设计人员在仿真过程进行中或者当仿真完成后，都可以观察主要的数据变化以及模型的运动，就像做实际的物理试验一样。

3.3 基于ADAMS软件平台的二次开发及转向优化

为提高转向系统设计水平，缩短转向系统开发周期，提高设计效率，设计人员与某高校合作，以动力仿真分析软件ADAMS为二次开发平台，建立针对汽车转向系统设计及优化的专用软件系统（以下简称优化系统），使设计师能快速准确地得到符合设计意图的设计参数。

通过借用ADAMS的模拟与分析功能，优化系统可以实现：1）参数化自动建模功能；2）计算工况的自动施加功能；3）分析数据的后处理功能；4）指定参数的优化功能

图4 参数输入界面

图5 模拟界面

以该优化系统为基础，我们对新开发的6X2车型转向系统进行了实际优化运用，优化结果如下图7、图8：

图7 迭代优化过程

图8 曲线后处理界面

根据实际进行转向角度测量对比，数据如下表 1（相对第一轴内轮的第二轴内轮的转角数据为例）：

表1 相对第一轴内轮的第二轴内轮的转角

可见优化后的数据与理论数据相比误差更小，而且实际路试结果也证明轮胎磨损得到极大改善，优化后的双前桥转向机构符合设计要求（见下图9、图10轮胎磨损情况对比），证明这套优化系统可以满足工程需要。

图9 二轴轮胎48小时试验磨损状态（优化前)

图10 二轴轮胎48小时试验磨 损状态（优化后)

4 总结

随着设计技术的不断进步，运用新的设计方法可以使设计师摆脱以往烦琐的设计过程，使设计师在设计过程中所直接面对的是其非常熟悉的汽车转向系统的设计参数，将设计师的精力完全专注于其所开发的汽车转向系统本身，最大限度地发挥设计师的专业特长。

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