楊飛 楊鈞浩

摘 要：汽車(chē)轉(zhuǎn)向過(guò)程中，轉(zhuǎn)向波動(dòng)直接影響駕駛員操作穩(wěn)定性和駕駛舒適性。文章主要介紹了某轎車(chē)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系統(tǒng)的建模分析相關(guān)的方法、模型的優(yōu)化及仿真結(jié)果，在Adams/View環(huán)境中通過(guò)已給硬點(diǎn)坐標(biāo)建立轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系統(tǒng)模型，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真、獲取相關(guān)數(shù)據(jù)并分析其波動(dòng)性能。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系統(tǒng);波動(dòng)分析;動(dòng)力學(xué)仿真

中圖分類號(hào)：U463.4 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）20-104-03

Abstract： During car steering， steering fluctuations directly affect the driver's operating stability and driving comfort. This article mainly introduces the methods， optimization and simulation results of a car's steering transmission system modeling and analysis. In the Adams / View environment， the steering transmission system model is established by giving hard point coordinates to perform motion simulation， obtain relevant data and Analyze its fluctuation performance.

Keywords： Steering system; Wave analysis; Dynamic simulation

CLC NO.： U463.4 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）20-104-03

前言

在汽車(chē)轉(zhuǎn)向過(guò)程中，轉(zhuǎn)向波動(dòng)直接影響著駕駛的舒適性和操作穩(wěn)定性。在對(duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)進(jìn)行布置時(shí)，需要考慮轉(zhuǎn)向輸入軸、中間軸、輸出軸的布置，合理設(shè)定主從動(dòng)軸間的夾角以及萬(wàn)向節(jié)叉的相位角，使波動(dòng)的影響降到最低[1]。

1 模型概述

所開(kāi)發(fā)的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系統(tǒng)模型由Adams/View MD2010環(huán)境建立，它包含的子部件如下：

（1）轉(zhuǎn)向盤(pán);

（2）轉(zhuǎn)向輸入軸、轉(zhuǎn)向中間軸、轉(zhuǎn)向輸出軸（齒輪）;

（3）齒條。

2 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系統(tǒng)介紹及優(yōu)化參數(shù)的設(shè)定

2.1 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系統(tǒng)介紹

通過(guò)Adams/Car對(duì)懸架及整車(chē)參數(shù)進(jìn)行性能優(yōu)化之后，齒輪齒條轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向拉桿的內(nèi)球餃點(diǎn)和外球餃點(diǎn)位置便可以確定[2]。在確定此位置以及整車(chē)總布置確定了方向盤(pán)的位置和角度后，則需要對(duì)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸的布置進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化的目的是使得轉(zhuǎn)向輸出軸的輸出速度波動(dòng)盡可能的小，保證傳動(dòng)平穩(wěn)。

為保證從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速波動(dòng)平穩(wěn)，必須滿足三個(gè)條件：

（1）中間軸與主、從動(dòng)軸的軸間角應(yīng)相等;

（2）中間軸與主、從動(dòng)軸的軸線應(yīng)在同一平面上;

（3）中間軸兩端的軸叉應(yīng)在同一平面上。

對(duì)于以上三個(gè)條件，條件1可以通過(guò)優(yōu)化滿足;條件2因方向盤(pán)人機(jī)工程及其他條件的限制一般較難滿足;條件3可以讓轉(zhuǎn)向中間軸的相位角等于傳動(dòng)中間軸分別和輸入軸與輸出軸組成的面之間的角相等，這樣保證傳動(dòng)過(guò)程中平穩(wěn)無(wú)波動(dòng)。

2.2 優(yōu)化參數(shù)設(shè)定

轉(zhuǎn)向拉桿的內(nèi)外球餃點(diǎn)以及整車(chē)布置性能優(yōu)化后，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸可變化的參數(shù)不多，可進(jìn)行設(shè)計(jì)的變量如表1。

2.3 變量和坐標(biāo)的參數(shù)化

下面是各點(diǎn)的參數(shù)化表達(dá)式，變量前面帶 DV的都是設(shè)計(jì)變量：

A點(diǎn)（X，DV_Y，Z）

——其中 X、Z 坐標(biāo)不能更改，但是 DV_Y作為設(shè)計(jì)變量可以在一定范圍內(nèi)變化;

B 點(diǎn)（X+DV_R*sin（DV_theta），DV_Y，Z+DV_R*cos（DV_theta））

——此點(diǎn)為齒輪位于齒條前面的嚙合方式的坐標(biāo);

C 點(diǎn)（X-DV_R*sin（DV_theta）+L_out*sin（phita）*cos（DV_y-L_out*cos（phita），Z+R*cos（DV_theta）+L_out*sin（phita）*sin（（DV_ theta））;

D點(diǎn)（Ex-L_in*cos（alpha），Ey，Ez-L_in*sin（DV_alpha））。

各參數(shù)表示的具體含義如圖3、4所示。本文所針對(duì)的都是齒輪位于齒條前面的嚙合方式，另外一種齒輪位于齒條后面的嚙合方式可以按照本文類推。

3 優(yōu)化前后坐標(biāo)及參數(shù)對(duì)比

懸架性能優(yōu)化前后，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系統(tǒng)硬點(diǎn)坐標(biāo)及參數(shù)變化見(jiàn)表2、表3。

優(yōu)化設(shè)計(jì)后的結(jié)構(gòu)尺寸在轉(zhuǎn)向系的整車(chē)邊界數(shù)模中比較后，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與其他部件干涉。證明該優(yōu)化設(shè)計(jì)改進(jìn)是合理的，也是可行的。

4 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真分析

通過(guò)對(duì)相關(guān)硬點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)化，并通過(guò)優(yōu)化后，所獲得的仿真曲線較之前得到很大改善，輸出軸的傳動(dòng)也較之前趨于平穩(wěn)，優(yōu)化前后轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輸出軸波動(dòng)前后對(duì)比見(jiàn)表4。

優(yōu)化后輸出軸的轉(zhuǎn)速波動(dòng)率為3.67%，故轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)變得更為平穩(wěn)（一般輸出軸波動(dòng)率小于5%都是可行范圍）[3]。

參考文獻(xiàn)

[1] 章娟麗.基于ADAMS/View的汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)力矩波動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 汽車(chē)實(shí)用技術(shù).2018（09）.

[2] 陳家瑞.汽車(chē)構(gòu)造[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2000.

[3] 裴錦華，李明.汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)力矩波動(dòng)的匹配研究[J].汽車(chē)科技， 2010（03）.