基于ADAMS的整体式转向梯形转换计算参数的验证

郭帅，孔丹

(泰安航天特种车有限公司，山东泰安 271000)

0 引言

在汽车整体式转向系统设计计算过程中，转向梯形的设计计算对车轮转向及轮胎磨损有着重要影响。转向梯形参数计算一般有图解法、借助数学计算工具MATLAB进行优化计算法、ADAMS仿真计算法等。但将实际空间中的转向梯形转换到地面上的转向梯形进行计算，却有着多种方案。利用各种计算方案中得出的转换梯形计算出的内外轮转角与实际内外轮转角存在一定的偏差。为此，作者使用ADAMS仿真软件，对各种方案得出的转换梯形的内、外轮转角与实际车轮内、外轮转角进行验算。

1 转向梯形转换计算方法介绍

转向梯形转换计算过程中，需将实际空间转向梯形转换到地面上的转向梯形进行计算。将空间转向梯形转化成平面梯形后，进行后续转向梯形中各参数的优化设计。由于主销倾角的存在，转向梯形转化到地面上的梯形时，梯形的底边发生了变化，而底边为左、右主销中心线与地面交点的中心距。不同的转向梯形转换方案得出的置换转向梯形参数不同，但置换到地面上的转换梯形底边一致，得到不同的转向梯形中参数，继而会对轮胎磨损程度产生不同的影响。文中介绍4种常用的置换方案。

方案一，使用横拉杆球头中心面上的梯形进行转换。地面上转换梯形的梯形斜臂长等于横拉杆球头中心面上的梯形斜臂长，地面上转换梯形底角等于横拉杆球头中心面上的梯形底角，得出方案一的地面上的转换梯形。

方案二，同样使用横拉杆球头中心面上的梯形进行转换。地面上转换梯形的梯形斜臂长由横拉杆球头中心面上的梯形的梯形斜臂长通过相似比例(横拉杆球头中心面内的梯形底边与地面置换梯形底边呈比例)求出，转换梯形底角等于横拉杆球头中心面上梯形底角，得出方案二的地面上的转换梯形。

方案三，从横拉杆球头中心向主销方向上做垂线，得出垂线所在的平面，得出此平面内的梯形。地面上的转换梯形的斜臂长等于垂线平面内的梯形斜臂长，地面转换梯形的梯形底角等于垂线平面内的梯形底角，得出方案三的地面上的转换梯形。

方案四，从横拉杆球头中心向主销做垂线，得出垂线所在的平面，得出此平面内的梯形。地面上的转换梯形的斜臂长由垂线平面内的梯形斜臂长通过相似比例(横拉杆球头中心面内的梯形底边与地面置换梯形底边呈比例)求出，地面转换梯形的梯形底角等于垂线平面内的梯形底角。

2 基于ADAMS建模仿真

使用某型号汽车转向桥为物理模型，根据不同的转向梯形转换方案置换转换梯形的参数，得出的不同转换方案的转换梯形参数见表1。

表1 转向梯形转换计算参数表

根据以上计算数据，在ADAMS中建立运动仿真模型。

为便于比较，将实际空间结构与4种方案的地面转换梯形统一建立起1个ADAMS简易仿真模型，如图1所示。

图1 ADAMS模型(含4种方案的转换梯形)

其中运动副定义如下：在主销和车桥之间为铰接副，车桥与地面之间为固定副，主销与空间梯形斜臂之间为固定副，横拉杆与梯形斜臂之间为球副;地面转换梯形中，转换梯形的梯形斜臂与地面之间为铰接副，转换梯形的横拉杆与转换梯形的梯形斜臂间为铰接副;在主销和车桥之间的铰接副与地面上转换梯形的梯形斜臂与地面之间的铰接副添加耦合副，各个方案各有1个耦合副，此模型中共计4个耦合副。

定义驱动：在左侧主销铰接副上添加旋转驱动，驱动函数为step(time,0,0,30,33d)，进行运动仿真。运动仿真后测量另侧转向轮实际转角及各个方案另侧转向节实际转角，得出各个方案中数据对应曲线，如图2所示。

图2 4种方案转角与实际转角的测量结果图

为进一步分析对比数据及趋势，将各测量曲线与实际转角曲线放置在同一图表中，得出的曲线如图3所示。

图3 4种方案转角与实际转角比较图

从图3中可以看出4种方案得出的转角与实际转角均存在一定偏差，其中方案二计算转角与实际转角最为接近。

3 数值分析

为更好地分析各种方案得出的转角与实际转角的关系，将测量值输出为数据表，如表2所示。限于篇幅，表2只列举出部分数据。

表2 测量结果统计表

从表2中，可以得出方案二与实际转角最为吻合。

计算方案二与实际转角的方差，得出方差值如表3所示。因篇幅限制，表3只列举部分数值。

从方差统计表中可以看出，方案二与实际转角的方差最大为0.010 9，最大方差区间为[21.641 4°，22.453 0°](外侧轮转角)。

表3 方案二与实际转角方差值统计表

4 结论

借助ADAMS仿真软件，通过对转换转向梯形计算转角和实际转向梯形转角进行比较可以得出以下结论：

将空间转向梯形转换到地面梯形进行转向梯形计算过程中，以横拉杆平面内的梯形为原始梯形进行换算，转换梯形底角为横拉杆平面内梯形底角，转换梯形斜臂长按横拉杆平面底边与地面换算梯形底边比例求出，进而得出转换梯形。使用此方法得出的转换梯形计算出的内、外转角关系与实际内、外转角最为吻合，对后续转向系统尤其是转向梯形参数设计与计算具有一定指导意义。

参考文献:

[1]刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001.

[2]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2000.

[3]王霄锋.汽车底盘设计[M].北京：清华大学出版社，2010.

[4]肖生发，赵树朋.汽车构造[M].北京：中国林业出版社；北京大学出版社，2006.

[5]陈家瑞.汽车构造:下册[M].北京：机械工业出版社，2000.

[6]李增刚.ADAMS入门详解与实例[M].北京：国防工业出版社，2006.

[7]李军，邢俊文，覃文洁,等.ADAMS实例教程[M].北京：北京理工大学出版社，2002.