福特重型商用车转向动力学和运动学的发展



福特重型商用车转向动力学和运动学的发展

转向柱是转向系统的一个重要子系统，将转向输入从转向盘传递到转向机构。转向柱的理想设计是转向柱的输入和输出在角度、角速度和扭矩方面一致。但由于设计约束，这种理想情况是不可能出现的，因此在转向柱的输入和输出上具有谐波脉动的关系。福特重型商用车的转向系统相关部件如图1所示。

由于转向柱U型铰的转动方向和弯曲角输出速度会随着输入角速度的不同而改变，这就是非一致性。在汽车动态转向性能方面，非一致性对汽车的响应和反馈具有重要的影响。为了实现扭矩反馈和汽车响应的左右对称，非一致性的中心对称性是必要条件。因为有两种对称结构（较高或较低的非对称峰值），因此挑选对称结构时应该以实现最好的汽车动态转向性能为依据。同时，非对称水平是优化转向特性的另一个可调系数。最理想的解决办法是利用非对称性的最小值，通过引入非对称性来改变车辆的中线响应和转弯响应。

重型商用车的动态转向性能取决于一系列的设计和可调的转向系统系数。驾驶员将转向输入角和扭矩通过转向柱传到转向机构，转向机构的整合功能由转向柱角度和方向来实现。如果通过转向柱的从转向盘到转向机构传递的转向角和扭矩是非线性的，并有设计约束，则设计师应该优化转向柱输入和输出扭矩、角度和角速度，从而获得好的汽车动态性能以及保持与汽车生产商的动态特性一致。

介绍了一系列与转向柱可调系数相关的CAE分析、优化、验证试验和主观评价。所有的客观测量和主观评价显示，依据非一致性和对称性水平进行转向柱的优化，导致重型商用车的转向特性具有显著的差异。

Gediz Kulac et al. SAE 2013-01-2354.

编译：鲍阚