汽車雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分析、建模仿真與優(yōu)化.doc

武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文汽車雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分析、建模仿真與優(yōu)化姓名：周松盛申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：車輛工程指導(dǎo)教師：何天明20090501武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，（），（），；，：，武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文（）（），：；武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文圖表索引圖本文研究的技術(shù)路線圖雙前橋汽車底盤總布置結(jié)構(gòu)圖非獨(dú)立懸架機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成圖雙軸汽車?yán)硐氲膬?nèi)、外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系圖雙前橋四軸汽車?yán)硐氲膬?nèi)、外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系圖前橋內(nèi)外輪理想轉(zhuǎn)角關(guān)系圖圖平面梯形機(jī)構(gòu)示意圖圖第一軸轉(zhuǎn)向梯形示意圖圖第一軸轉(zhuǎn)向梯形示意圖圖。第一軸內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線圖圖雙搖臂轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的三維簡(jiǎn)化示意圖圖雙搖臂機(jī)構(gòu)幾何參量符號(hào)說(shuō)明圖圖第一軸轉(zhuǎn)向控制桿系示意圖圖。第一軸垂臂轉(zhuǎn)角仍和轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線圖圖第一軸垂臂轉(zhuǎn)角仍和轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線圖（改變）圖第一軸垂臂轉(zhuǎn)角仍和轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線圖（改變）圖第一軸垂臂轉(zhuǎn)角仍和轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線圖（改變）圖第一軸垂臂轉(zhuǎn)角仍和轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線圖（改變）圖雙擺桿機(jī)構(gòu)示意圖圖雙擺桿機(jī)構(gòu)示意圖圖垂臂轉(zhuǎn)角仍和仍的關(guān)系曲線圖圖垂臂轉(zhuǎn)角仍和仍的關(guān)系曲線圖圖節(jié)臂轉(zhuǎn)角和垂臂轉(zhuǎn)角仍的關(guān)系曲線圖圖節(jié)臂轉(zhuǎn)角口，和垂臂轉(zhuǎn)角仍的關(guān)系曲線圖圖第一轉(zhuǎn)向軸內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角屈和的關(guān)系曲線圖附第二轉(zhuǎn)向軸內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角歷和的關(guān)系曲線圖圖所有轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角與第一軸垂臂轉(zhuǎn)角仍的關(guān)系曲線圖陶參數(shù)設(shè)計(jì)下實(shí)際轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線圖圖不合理反值設(shè)置下的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角關(guān)系圖圖車輛實(shí)際轉(zhuǎn)彎過(guò)程中各轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角關(guān)系圖轉(zhuǎn)向軸瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心區(qū)域約束示意圖圖。二自由度雙前橋轉(zhuǎn)向汽車運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化圖武漢理工火學(xué)碩士學(xué)位論文圖剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)分析簡(jiǎn)圖圖。汽車的三種穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性圖。三種穩(wěn)態(tài)橫擺角增益曲線圖。二自由度普通汽車轉(zhuǎn)向示意圖圖雙前橋轉(zhuǎn)向汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑圖關(guān)系曲線圖圖三關(guān)系曲線圖（持）圖三關(guān)系曲線圖（凈）圖。出關(guān)系曲線圖（拮）豳關(guān)系曲線圖（持）圖不同兄值下小關(guān)系曲線圖獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得武漢理工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。簽名：越日期：掣關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明本人完全了解武漢理工大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即學(xué)校有權(quán)保留、送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。（保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）簽名：閥私蘑導(dǎo)師簽鼉歹乏矽日期：卯，武漢理大學(xué)碩士學(xué)位論文第章緒論課題研究的目的、意義隨著汽車運(yùn)輸業(yè)和特種行業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)重型載貨汽車的功率、承載能力提出了更高的要求。近年來(lái)，重型載貨車和專業(yè)作業(yè)車的噸位逐漸增大，車輛的載貨量不斷增多，出現(xiàn)了系列大型、重型載貨車輛車型。人們期望一種載貨能力強(qiáng)，對(duì)路面破壞小的重型汽車。而這是難以通過(guò)單純地增加單個(gè)軸的承載能力，降低整車質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為此，在汽車設(shè)計(jì)上需要通過(guò)增加汽車的軸數(shù)來(lái)適應(yīng)大噸位汽車的需求，于是出現(xiàn)了三軸甚至更多軸的車型。多軸汽車為滿足整車轉(zhuǎn)向性能要求誡小轉(zhuǎn)彎直徑、降低輪胎磨損，往往采用兩軸或多軸轉(zhuǎn)向。雙前橋轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)是汽車多軸轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)中較特殊的一種，其將兩轉(zhuǎn)向軸集中到一起，減少了空間上的跨度，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、轉(zhuǎn)向反應(yīng)迅速，且扎實(shí)耐用，在重型載貨汽車上有著廣泛的應(yīng)用。然而，汽車軸數(shù)的增加，尤其是前橋軸數(shù)的增加，使得汽車多橋轉(zhuǎn)向問(wèn)題成為多軸汽車底盤設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要課題【。軸數(shù)的增多，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)也變得復(fù)雜，對(duì)轉(zhuǎn)向性能的要求也就愈加苛刻。于轉(zhuǎn)向性能直接影響到車輛的機(jī)動(dòng)靈活性、操縱穩(wěn)定性和使用經(jīng)濟(jì)性，因此對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，全國(guó)各地區(qū)間物流量的不斷增加，雙前橋重型汽車在市場(chǎng)應(yīng)用的地位愈加顯著，其市場(chǎng)需求量也越來(lái)越大。重型載貨汽車的研究和開(kāi)發(fā)迫切需要雙前橋轉(zhuǎn)向方面研究理論的支持和指導(dǎo)。因此，開(kāi)展汽車雙前橋轉(zhuǎn)向的理論研究對(duì)于緩解我國(guó)交通運(yùn)輸壓力，協(xié)調(diào)東西部的共同發(fā)展和物資交流，為沿海和內(nèi)地物資的流通清除障礙都有著舉足輕重的重要意義。對(duì)汽車雙前橋轉(zhuǎn)向研究的意義不僅在于為我國(guó)重型載貨汽車的自主研發(fā)提供理論基礎(chǔ)，同時(shí)也能為各類多軸拖車、掛車，以及軍用運(yùn)輸車的設(shè)計(jì)提供參考。如上文所述近年來(lái)大型多軸的拖車、掛車得到了迅速的發(fā)展，在大型物資的運(yùn)輸轉(zhuǎn)移中扮演不可或缺的重要角色。例如，在三峽大壩的水輪發(fā)電機(jī)組的安裝過(guò)程中，重達(dá)噸的核心部件轉(zhuǎn)輪就是由一輛十二軸雙排的巨型拖車運(yùn)輸?shù)?。況且，當(dāng)前世界各國(guó)都十分重視軍用運(yùn)輸車輛的發(fā)展，尤其是開(kāi)發(fā)裝載量大、自裝自卸化的軍用運(yùn)輸車輛，提高后勤補(bǔ)給、轉(zhuǎn)移和運(yùn)輸能力。從運(yùn)載貨物的重型軍用卡車、全天候多軸軍用越野車到運(yùn)載導(dǎo)彈、炮架的拖車，都可以覓見(jiàn)雙前橋轉(zhuǎn)向的身影。因此不論從民用還是軍需，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展還是國(guó)防建設(shè)，開(kāi)展雙前橋轉(zhuǎn)向的研究都是一項(xiàng)影響深遠(yuǎn)的課題，對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防安全具有重要的意義。而我國(guó)在汽車機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域與國(guó)外同行的差距相當(dāng)大，表現(xiàn)尤為突出的就是涉及到發(fā)動(dòng)機(jī)和變武漢理工人學(xué)碩士學(xué)位論文速器的設(shè)計(jì)研發(fā)、汽車底盤設(shè)計(jì)與調(diào)校技術(shù)。重型商用車的雙前橋轉(zhuǎn)向作為一種新技術(shù)在我國(guó)的研發(fā)才剛剛起步，整體技術(shù)水平遠(yuǎn)落后于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家。本課題針對(duì)重型汽車具體結(jié)構(gòu)，借鑒前人的經(jīng)驗(yàn)對(duì)汽車雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究。力圖通過(guò)對(duì)雙前橋轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的合理簡(jiǎn)化，在合理假設(shè)的基礎(chǔ)上建立雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的空間數(shù)學(xué)模型；分析雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)系統(tǒng)中各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系、建立運(yùn)動(dòng)約束方程、考察汽車操縱穩(wěn)定性。期望所建立的數(shù)學(xué)模型可以分析雙前橋轉(zhuǎn)向車輛的操縱性能，驗(yàn)證原有樣車轉(zhuǎn)向性能的優(yōu)劣，為今后多軸汽車的設(shè)計(jì)研究提供參考。尤其在國(guó)家強(qiáng)調(diào)汽車設(shè)計(jì)平臺(tái)以及注重知識(shí)產(chǎn)權(quán)的時(shí)代背景下，希望本文的研究成果能作為后續(xù)研究的基礎(chǔ)，為雙前橋轉(zhuǎn)向的進(jìn)一步研究提供理論鋪墊。國(guó)內(nèi)外的研究使用現(xiàn)狀隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)公路交通的質(zhì)量和數(shù)量都得到了顯著提高，全國(guó)各地區(qū)間物流量的不斷增加，雙前橋重型汽車在市場(chǎng)應(yīng)用的地位愈加顯著，其市場(chǎng)需求量也越來(lái)越大。伴隨著汽車運(yùn)輸業(yè)和特種行業(yè)的發(fā)展以及市場(chǎng)對(duì)于雙前橋轉(zhuǎn)向重型卡車需求的增加，國(guó)內(nèi)外重型汽車生產(chǎn)商爭(zhēng)先投入對(duì)雙前橋轉(zhuǎn)向重卡的研究和生產(chǎn)。解放重卡、東風(fēng)重卡、北汽福田歐曼重卡、華菱重卡、陜汽重卡等都相繼開(kāi)發(fā)了和生產(chǎn)了雙前橋的車型。隨著多軸車市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，對(duì)多軸車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方面的研究工作已經(jīng)引起了越來(lái)越相關(guān)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)人員的關(guān)注；同時(shí)各大專院校和整車生產(chǎn)廠對(duì)多軸車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相繼提出了許多優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和理論?？v觀目前汽車市場(chǎng)，雙前橋重型汽車種類較少，國(guó)內(nèi)外關(guān)于雙前橋轉(zhuǎn)向的理論研究起步較晚，研究還不夠深入，相關(guān)理論不夠成熟。雖然汽車生產(chǎn)商對(duì)雙前橋汽車投入了相當(dāng)?shù)难芯?，但是?guó)內(nèi)相關(guān)的理論研究去十分落后。僅極少數(shù)的國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)雙前橋轉(zhuǎn)向汽車進(jìn)行了研究并將其研究成果以論文的形式發(fā)表。該領(lǐng)域的主要研究學(xué)者有唐應(yīng)時(shí)教授和張代勝副教授，協(xié)同其學(xué)生兩人分別就汽車雙前橋轉(zhuǎn)向進(jìn)行了較為廣泛的理論研究。對(duì)雙前橋轉(zhuǎn)向的研究可以追溯到年代初期，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)就對(duì)雙橋汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了探索，提出了一些設(shè)計(jì)方法。早期的設(shè)計(jì)方法以平面投影設(shè)計(jì)方法為主，通常將空間問(wèn)題轉(zhuǎn)化為平面問(wèn)題來(lái)解決，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)也可以建立便于實(shí)現(xiàn)數(shù)值計(jì)算的系統(tǒng)模型。通常研究者認(rèn)為，梯形機(jī)構(gòu)是無(wú)須進(jìn)行優(yōu)化的，左右車輪的關(guān)系完全可由獨(dú)立設(shè)計(jì)的梯形機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要影響多軸轉(zhuǎn)向特性的是搖臂機(jī)構(gòu)。因此，大多數(shù)學(xué)者將重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了搖臂機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面。隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，出現(xiàn)了許多用于工程計(jì)算的專用軟件，為工程技術(shù)人員的研究工作帶來(lái)了方便，減少了工程開(kāi)發(fā)中自己編程的麻煩；同時(shí)也使得許多優(yōu)秀的數(shù)學(xué)理論得到推廣應(yīng)用。在眾多計(jì)算軟件中，應(yīng)用甚為廣泛。而在動(dòng)力學(xué)運(yùn)算和武漢理大學(xué)碩學(xué)位論文仿真方面，有獨(dú)到的功能，極大地簡(jiǎn)化了運(yùn)算，更易操作，在雙前橋轉(zhuǎn)向的優(yōu)化方面得到了廣泛的運(yùn)用，許多論文都是基于的研究。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)是先按汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的空間位置大致設(shè)計(jì)出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各個(gè)構(gòu)件，然后在平面圖上進(jìn)行校核、調(diào)整、優(yōu)化，計(jì)算出前后輪在轉(zhuǎn)向時(shí)的關(guān)系，定出最小轉(zhuǎn)彎半徑。對(duì)于一般的單橋轉(zhuǎn)向汽車，由于其轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，用此方法較易達(dá)到設(shè)計(jì)要求，而對(duì)于具有雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重型汽車來(lái)說(shuō)，雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在系統(tǒng)工作時(shí)部件的相對(duì)位置存在空間變化，用這種方法設(shè)計(jì)計(jì)算的數(shù)據(jù)與實(shí)際相差很大。有學(xué)者提出用軟件中的三維空間運(yùn)動(dòng)模擬功能進(jìn)行仿真，在空間中進(jìn)行校核、調(diào)整、優(yōu)化，設(shè)計(jì)出性能理想的雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。需要認(rèn)識(shí)到，國(guó)內(nèi)對(duì)于雙前橋轉(zhuǎn)向的研究其中多數(shù)是集中在轉(zhuǎn)向拉桿優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的研究，更多的研究集中在運(yùn)用虛擬技術(shù)，借助動(dòng)力學(xué)軟件進(jìn)行仿真研究降。并且，早期的研究大多將前橋的轉(zhuǎn)向梯形簡(jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu)來(lái)處理，此種方法計(jì)算方法簡(jiǎn)單，但計(jì)算精度不夠，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際偏差較大。目前，對(duì)于雙前橋轉(zhuǎn)向的空間三維的數(shù)學(xué)模型和力學(xué)模型方面的研究卻十分匱乏，多數(shù)學(xué)者集中于研究轉(zhuǎn)向輪之間理想的運(yùn)動(dòng)關(guān)系、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)部的干涉等，未能深入地發(fā)掘各連桿之間的力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系。由于未能建立相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型來(lái)描述各部件之間的約束和受力關(guān)系，因而使得對(duì)雙前橋轉(zhuǎn)向的操縱性能難以確定。本論文的研究?jī)?nèi)容本論文主要對(duì)雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，確保轉(zhuǎn)向性能達(dá)到最優(yōu)。在研究過(guò)程中，主要完成以下內(nèi)容：（）分析雙前橋轉(zhuǎn)向的機(jī)械結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)制以及理想轉(zhuǎn)向輪之間的轉(zhuǎn)角關(guān)系；（）建立雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的整體數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)在桿系作用下各轉(zhuǎn)向輪相互間的關(guān)系，并對(duì)雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)動(dòng)力學(xué)分析；（）以轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的整體數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，結(jié)合對(duì)實(shí)際轉(zhuǎn)向過(guò)程的分析建立雙前橋轉(zhuǎn)向的優(yōu)化模型；（）建立二自由度汽車模型，推導(dǎo)上前去轉(zhuǎn)向車輛的運(yùn)動(dòng)微分方程；對(duì)雙前橋轉(zhuǎn)向的操縱性能進(jìn)行分析，推導(dǎo)橫擺角增益的表達(dá)式，考察其穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性。本論文的主要研究方法和技術(shù)路線研究方法目前，對(duì)于復(fù)雜機(jī)械的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究國(guó)內(nèi)多數(shù)學(xué)者往往借助動(dòng)力學(xué)軟件進(jìn)行仿真研究、引。軟件功能強(qiáng)大，其優(yōu)化方法不需要將優(yōu)化目標(biāo)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)武漢理大學(xué)碩士學(xué)位論文的圖形表示，同時(shí)對(duì)車輪轉(zhuǎn)角偏差的控制比較直接，優(yōu)化模型的建立相對(duì)比較簡(jiǎn)單；但是單純的依靠軟件來(lái)替代必要的簡(jiǎn)化、建模與分析研究有其固然的弊端在建立優(yōu)化模型的過(guò)程中需要與其他三維布置軟件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞工作，且優(yōu)化后還需將模型導(dǎo)入三維布置軟件進(jìn)行具體的空間布置校核?？偨Y(jié)起來(lái)建立數(shù)學(xué)模型優(yōu)點(diǎn)及必要性主要體現(xiàn)在：（）數(shù)學(xué)建模的首要優(yōu)點(diǎn)就是完全參數(shù)化設(shè)計(jì)，模型運(yùn)用靈活性強(qiáng)。研究機(jī)構(gòu)中的任何一個(gè)部件、作用力、受力點(diǎn)、點(diǎn)的坐標(biāo)等都可以用參數(shù)表示。當(dāng)機(jī)械結(jié)構(gòu)發(fā)生改變時(shí)，只需更改相關(guān)的參數(shù)就可以獲取需要的結(jié)果；在中建模過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)者可以避免繁瑣的推導(dǎo)過(guò)程，必要簡(jiǎn)化處理建立三維模型即可求解，然而一旦設(shè)計(jì)參數(shù)發(fā)生更改，往往設(shè)計(jì)者要花費(fèi)相當(dāng)?shù)臅r(shí)間重復(fù)建模的工作；（）參數(shù)化設(shè)計(jì)的另外優(yōu)點(diǎn)凸顯在對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析與處理方面。在數(shù)學(xué)運(yùn)算軟件，如中通過(guò)對(duì)某些參數(shù)在某一范圍內(nèi)的離散化，運(yùn)行就可以得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)果，在中這意味著響應(yīng)次數(shù)的三維模型的建立與更改，其優(yōu)越性不言而喻；（）在建立數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)模型等式、方程的必要分析可以挖掘計(jì)算結(jié)果的只要影響因子，從而明確優(yōu)化的主要對(duì)象，這一點(diǎn)是難以企及的；當(dāng)仿真結(jié)果出現(xiàn)異常時(shí)可以通過(guò)建立的方程逆向追蹤問(wèn)題所在；（）建立數(shù)學(xué)模型的優(yōu)勢(shì)在于其對(duì)目標(biāo)函數(shù)的設(shè)定比較靈活，如當(dāng)涉及多目標(biāo)優(yōu)化時(shí)可對(duì)不同目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行加權(quán)處理。用編程對(duì)車輪轉(zhuǎn)角偏差的控制比較直接，對(duì)約束條件的設(shè)置也比較靈活【】。作為對(duì)雙前橋轉(zhuǎn)向研究的理論基礎(chǔ)，拓展性強(qiáng)，后續(xù)研究可以借鑒并在此基礎(chǔ)上提升和優(yōu)化。技術(shù)路線本文的主要研究步驟以及每個(gè)階段所研究的對(duì)象參考圖。、廠、廠簡(jiǎn)、廠、廠、。貳研研通究究化過(guò)勺雙各雙建至月部莉橋系件鵲橋業(yè)轉(zhuǎn)之垂篙雙日進(jìn)對(duì)八橋八羹羹卜、蕃黎術(shù)化轉(zhuǎn)算窩向向、建問(wèn)霆箱數(shù)的立的卜結(jié)約空構(gòu)束問(wèn)及方位轉(zhuǎn)程置學(xué)模操向受并型縱機(jī)力用性制能設(shè)關(guān)、數(shù)、圖一本文研究的技術(shù)路線武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文本章小結(jié)該章節(jié)首先介紹了目前市場(chǎng)對(duì)多軸轉(zhuǎn)向汽車，尤其是大型、重型汽車的需求，開(kāi)展汽車雙前橋轉(zhuǎn)向研究的意義和市場(chǎng)價(jià)值；總結(jié)了前人對(duì)汽車多橋轉(zhuǎn)向理論所作的主要研究工作和取得的研究成果，同時(shí)也指出了汽車多橋轉(zhuǎn)向理論研究尚未解決、所面臨的主要難點(diǎn)和問(wèn)題；其次概括了汽車多橋轉(zhuǎn)向理論國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及研究的發(fā)展趨勢(shì)一隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在雙前橋轉(zhuǎn)向理論研究中的運(yùn)用將會(huì)愈加廣泛和深入；最后在廣泛的資料采集和系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，歸納了本文的主要研究?jī)?nèi)容一旨在建立完善的汽車雙前橋轉(zhuǎn)向的數(shù)學(xué)模型和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)化模型，根據(jù)所研究的目標(biāo)提出了相應(yīng)的研究策略、方法和實(shí)施步驟。武漢理大學(xué)碩士學(xué)位論文第章雙前橋轉(zhuǎn)向的結(jié)構(gòu)及工作原理一個(gè)優(yōu)秀的數(shù)學(xué)模型必須經(jīng)得起理論推敲和實(shí)踐檢驗(yàn)，而模型的根基在于其建模所依附的理論基礎(chǔ)。因此，要想建立起完善的數(shù)學(xué)模型，在建模之初要對(duì)相應(yīng)的理論基礎(chǔ)有深入的分析以及透徹的了解。在雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究和建模過(guò)程中，我們首先必須全面了解雙前橋轉(zhuǎn)向的機(jī)構(gòu)、基本轉(zhuǎn)向理論，進(jìn)而為模型的建立搭建扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能和基本要求汽車上用來(lái)改變或恢復(fù)車輛行駛方向的專設(shè)機(jī)構(gòu)稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，可分為機(jī)械和動(dòng)力轉(zhuǎn)向兩種形式【。在汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向系要保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。轉(zhuǎn)向系必須確保汽車轉(zhuǎn)向輕便和安全，對(duì)轉(zhuǎn)向系的具體要求有：（）轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部的車輪應(yīng)有相同的瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心，避免車輪側(cè)滑；（）汽車轉(zhuǎn)向行駛后，當(dāng)駕駛員松開(kāi)轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向輪能自動(dòng)回正，并穩(wěn)定行駛；（）在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒(méi)有擺動(dòng)；（）轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置共同工作時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動(dòng)應(yīng)盡量??；（）保證汽車有較高的機(jī)動(dòng)性能，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力；（）操縱輕便，轉(zhuǎn)向輪碰到障礙物后，傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。轉(zhuǎn)向系的性能要求對(duì)轉(zhuǎn)向系的性能要求可歸納如下【】：（）來(lái)自路面不平度所引起的振動(dòng)應(yīng)盡可能被衰減，而不致傳到轉(zhuǎn)向盤上。然而，這種衰減又不能使駕駛員喪失路感（）：（）轉(zhuǎn)向系動(dòng)力學(xué)的基本設(shè)計(jì)必須滿足阿克曼（）條件：在轉(zhuǎn)向時(shí)，左右轉(zhuǎn)向前輪軸線的延長(zhǎng)線都要和后軸的延長(zhǎng)線相較于一點(diǎn)。由于雙前橋轉(zhuǎn)向車輛各軸線無(wú)法相交于一點(diǎn)，因而僅要求前輪軸線的延長(zhǎng)線的交點(diǎn)與后橋轉(zhuǎn)向中心線的距離盡量??；（）轉(zhuǎn)向系應(yīng)有合適的剛度，使汽車對(duì)微小的轉(zhuǎn)向修正也有快捷的反應(yīng)。（）當(dāng)放松轉(zhuǎn)向盤時(shí)，車輪應(yīng)能自動(dòng)回到直行位置，并能穩(wěn)定在這個(gè)位置上。（）為了操縱方便，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比（轉(zhuǎn)向盤從一側(cè)轉(zhuǎn)到另一側(cè)極限位置的總?cè)?shù)）應(yīng)盡可能小。武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文雙前橋轉(zhuǎn)向重型車的基本機(jī)構(gòu)雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)轉(zhuǎn)向前橋（二軸），二軸是避過(guò)過(guò)渡橫拉桿和過(guò)渡臂及轉(zhuǎn)向助力缸等零部件組成的傳遞機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能的。圖表示的是一種典型雙前橋雙后橋的車輛。對(duì)于雙前橋轉(zhuǎn)向的車輛，不但要保證每一個(gè)前橋盡量滿足阿克曼轉(zhuǎn)角關(guān)系，同時(shí)還要一軸和二軸的轉(zhuǎn)向角保持一定的協(xié)調(diào)關(guān)系，以確保盡量減少輪胎磨損。這種協(xié)調(diào)關(guān)系主要取決于過(guò)渡橫拉桿和過(guò)渡臂的傳遞比例，因此不少文章都重點(diǎn)探討了過(guò)渡橫拉桿的設(shè)計(jì)與優(yōu)化【。圖雙前橋汽車底盤總布置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成商用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有動(dòng)力轉(zhuǎn)向和機(jī)械轉(zhuǎn)向兩種形式，且基本都是采用非獨(dú)立懸架。一個(gè)典型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本包括以下幾個(gè)部分：轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸、轉(zhuǎn)向機(jī)、轉(zhuǎn)向拉桿、前橋總成組成。如圖表示的是非獨(dú)立懸架機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成。夠轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向萬(wàn)向節(jié)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向搖臂轉(zhuǎn)向直拉桿轉(zhuǎn)向節(jié)臂左轉(zhuǎn)向節(jié)、梯形臂轉(zhuǎn)向橫拉桿前橋總成右轉(zhuǎn)向軸圖非獨(dú)立懸架機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成武漢理工人學(xué)碩士學(xué)位論文雙前橋轉(zhuǎn)向理論轉(zhuǎn)向輪理想運(yùn)動(dòng)關(guān)系汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，為了保證各轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向時(shí)都作純滾動(dòng)，處于無(wú)滑動(dòng)狀態(tài)，各車輪必須圍繞一個(gè)中心點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)；要使每個(gè)車輪的輪胎都不產(chǎn)生側(cè)向偏離，該中心點(diǎn)必須落在后軸的延長(zhǎng)線上。為了滿足上述要求，則要求轉(zhuǎn)向軸內(nèi)、外輪轉(zhuǎn)角之間滿足阿克曼（）原理【。但是，現(xiàn)有汽車的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)，對(duì)上述條件不能夠在整個(gè)轉(zhuǎn)向范圍內(nèi)得到滿足，只有近似地使它得到保證【。普通的單前橋汽車只有一個(gè)轉(zhuǎn)向軸，其轉(zhuǎn)向示意圖見(jiàn)圖。在其轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，轉(zhuǎn)向輪必須有相同的瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心（在圖示中即為點(diǎn)）。顯然這個(gè)中心要落在后軸中心線的延長(zhǎng)線上，并且左、右前輪也必須以這個(gè)中心點(diǎn)為圓心而轉(zhuǎn)動(dòng)。運(yùn)用幾何知識(shí)可知，在直角三角形和中有：口肛（）。由公式（）易推出（）其中：【為內(nèi)側(cè)車輪轉(zhuǎn)角；為車輪轉(zhuǎn)角；曰為前軸兩主銷中心點(diǎn)之間的距離；三為汽車的軸距。上述推導(dǎo)的公式（）也稱阿克曼原理。在汽車轉(zhuǎn)向時(shí)若轉(zhuǎn)向軸內(nèi)、外側(cè)轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)角能滿足上述公式（），則在汽車轉(zhuǎn)彎過(guò)程中其各車輪將作純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。，廣圖雙軸汽車?yán)硐氲膬?nèi)、外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系，一，一，弋武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文對(duì)于雙前橋轉(zhuǎn)向汽車，其機(jī)械結(jié)構(gòu)以及桿件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系更為復(fù)雜。一方面，設(shè)計(jì)者要考慮使前軸左右車輪軸線的延長(zhǎng)線交于后軸的延長(zhǎng)線上（后橋?yàn)閱屋S形式的車型）或后軸瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心線（后橋多軸設(shè)計(jì)形式的車型）；另一方面，還要考慮不同轉(zhuǎn)向軸兩側(cè)車輪之間的轉(zhuǎn)角關(guān)系。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)向車輪作純滾動(dòng)，減小輪胎磨損，各轉(zhuǎn)向輪應(yīng)繞理想轉(zhuǎn)向中心點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于重型雙前橋四軸汽車，其轉(zhuǎn)向示意圖如圖所示。卜口一一入入：，陌一一墜聿；，。后橋圖雙前橋汽車?yán)硐氲膬?nèi)、外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系根據(jù)圖進(jìn)行類似的幾何分析可以得到蝸叭書(shū)厶（）一曰心且滿足一：皇蝗（）一一，一，厶屆其中：為第軸內(nèi)輪轉(zhuǎn)角，：屈為第軸外輪轉(zhuǎn)角，：曰為前軸兩主銷中心點(diǎn)之間的距離；厶為第軸軸線到后橋轉(zhuǎn)向中心線的距離，。由式（）和（）我們可以推導(dǎo)得出雙前橋轉(zhuǎn)向汽車其轉(zhuǎn)向軸理想轉(zhuǎn)向角之間的關(guān)系（以為參照）：口（厶）屈（厶）（）廈（，厶）前橋第一、二轉(zhuǎn)向軸內(nèi)外輪理想轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系見(jiàn)圖。武漢理大學(xué)碩士學(xué)位論文參數(shù)設(shè)置：，召。圖前橋內(nèi)外輪理想轉(zhuǎn)角關(guān)系圖后橋瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心線對(duì)于上述模型的幾點(diǎn)解釋：（）在實(shí)際轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，車輪軸線的實(shí)際旋轉(zhuǎn)中心應(yīng)為主銷中心點(diǎn)，而非主銷延長(zhǎng)線與地面交點(diǎn)。這一點(diǎn)在部分參考文獻(xiàn)中】已經(jīng)得到了闡述；（）對(duì)于雙后軸車輛的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的確定，不少學(xué)者將后二軸中心線作為瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心而加以簡(jiǎn)單的處理。而實(shí)際車輛轉(zhuǎn)彎過(guò)程中并非如此，文獻(xiàn)【對(duì)此進(jìn)行了研究，其結(jié)果表明：瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心不在后二軸中心線上，而是相對(duì)后二軸中心向后偏移，且偏移量隨后二軸軸距增大而增大；前一軸轉(zhuǎn)角對(duì)于瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的影響不大。筆者參考的其他資料中，對(duì)于東風(fēng)某雙前橋雙后橋車型，其設(shè)定的后軸瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心線與后橋第二軸軸線的距離為后軸軸距的），即氣）。而文獻(xiàn)】對(duì)某種雙前橋車型進(jìn)行了研究計(jì)算，其仿真結(jié)果為。在本文后續(xù)的優(yōu)化中，?。?，）。本章小結(jié)在建立數(shù)學(xué)模型之前，要對(duì)相應(yīng)的理論基礎(chǔ)有深入的了解。對(duì)于轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，首先了解的是基本轉(zhuǎn)向理論。因此本章重點(diǎn)在于介紹雙前橋轉(zhuǎn)向的基本理論基礎(chǔ)，以便為下面章節(jié)所進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)、分析做好充足的理論準(zhǔn)備。首先，概述了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，包括轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能和基本要求、轉(zhuǎn)向系的性能要求；隨后介紹了雙前橋轉(zhuǎn)重型車的基本機(jī)構(gòu)和布置形式；闡述并分析了雙橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成；本章最后重點(diǎn)闡明雙前橋汽車在轉(zhuǎn)向過(guò)程中的理想運(yùn)動(dòng)學(xué)特征一在轉(zhuǎn)向過(guò)程中轉(zhuǎn)向軸內(nèi)、外輪轉(zhuǎn)角之間滿足阿克曼原理，推導(dǎo)了轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之間的相互關(guān)系，為后續(xù)的優(yōu)化比較作好準(zhǔn)備。武漢理工大學(xué)碩學(xué)位論文第章轉(zhuǎn)向系整體數(shù)學(xué)模型及優(yōu)化在工程設(shè)計(jì)和研究過(guò)程中，往往實(shí)際問(wèn)題非常復(fù)雜，牽涉的變量繁多，并且會(huì)包含諸多不確定的因素。因此，在解決問(wèn)題過(guò)程中要把實(shí)際問(wèn)題化成數(shù)學(xué)模型，用數(shù)學(xué)語(yǔ)言加以表述，將復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化，這樣不僅可以更好的找出研究問(wèn)題的實(shí)質(zhì)和重要環(huán)節(jié)，同時(shí)可以使問(wèn)題更簡(jiǎn)單，有利于運(yùn)用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行分析。將實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)模型，一方面要深入分析實(shí)際問(wèn)題中的空間形式和各種數(shù)量關(guān)系，善于將這些空間形式和數(shù)量關(guān)系用數(shù)學(xué)語(yǔ)言表示出來(lái)?；瘜?shí)際問(wèn)題為數(shù)學(xué)模型，要善于從問(wèn)題中去發(fā)現(xiàn)數(shù)量之間、數(shù)形之間的關(guān)系，從中找到規(guī)律，靈活運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)加以解決【。轉(zhuǎn)向梯形的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是為了得到汽車轉(zhuǎn)向時(shí)左右車輪的合理轉(zhuǎn)角匹配【】。根據(jù)前文所述阿克曼原理，汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)所有車輪都應(yīng)繞同一轉(zhuǎn)向瞬心做純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，目的是減小車輪的滑動(dòng)，從而并減小輪胎的磨損。同時(shí)，雙前橋轉(zhuǎn)向車輛的轉(zhuǎn)向性能直接影響整車的機(jī)動(dòng)靈活性、操縱穩(wěn)定性、燃油經(jīng)濟(jì)性和輪胎的使用壽命。為此，在轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)時(shí)就需要設(shè)計(jì)出一個(gè)理想的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)。模型的基本假設(shè)與符號(hào)說(shuō)明基本假設(shè)（）由于雙前橋轉(zhuǎn)向汽車一般為重型商用車，其采用的是非獨(dú)立懸架，假設(shè)在車輛轉(zhuǎn)向和行駛過(guò)程中轉(zhuǎn)向梯形一直保持在同一平面內(nèi)；（）忽略轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)件鏈接處的配合間隙；（）假設(shè)各轉(zhuǎn)向桿件為理想剛體，忽略其在受力、力矩和扭矩作用下產(chǎn)生的形變。符號(hào)說(shuō)明符號(hào)說(shuō)明單位如第軸轉(zhuǎn)向梯形梯形臂的長(zhǎng)度如第軸轉(zhuǎn)向梯形轉(zhuǎn)向橫拉桿的長(zhǎng)度第軸梯形作用平面內(nèi)的主銷距，轉(zhuǎn)向梯形底角初始值第轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向外輪轉(zhuǎn)角值屈第轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向內(nèi)輪轉(zhuǎn)角值武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文轉(zhuǎn)向梯形模型的建立對(duì)于整體式車橋，其轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)應(yīng)為空間梯形機(jī)構(gòu)。但經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐證明，將其簡(jiǎn)化為平面梯形機(jī)構(gòu)進(jìn)行，其計(jì)算出來(lái)的轉(zhuǎn)向角誤差也相當(dāng)，。為了計(jì)算方便，本文以平面梯形來(lái)推導(dǎo)內(nèi)、外車輪的轉(zhuǎn)角。梯形機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)化模型見(jiàn)圖一。圖平面梯形機(jī)構(gòu)示意圖關(guān)于示意圖的說(shuō)明：（）、為梯形機(jī)構(gòu)在主銷上的旋轉(zhuǎn)中心：（）為梯形作用平面內(nèi)的主銷距；（）、分別為左右梯形臂，其長(zhǎng)度相等，記為厶；（）為轉(zhuǎn)向橫拉桿，其長(zhǎng)度記為厶；（）角、為初始位置時(shí)梯形底角，以符號(hào)如表示；（）當(dāng)內(nèi)側(cè)車輪轉(zhuǎn)過(guò)角時(shí)，梯形機(jī)構(gòu)變成，相應(yīng)的外側(cè)車輪轉(zhuǎn)過(guò)；（）圖中雙點(diǎn)劃線表示原始位置，粗實(shí)線表示車輪轉(zhuǎn)動(dòng)后的實(shí)際位置。由于第一、二軸轉(zhuǎn)向梯形具有類似的結(jié)構(gòu)，我們只需對(duì)其中之一進(jìn)行分析，另一個(gè)作適當(dāng)?shù)耐茝V就可以，這里以第一轉(zhuǎn)向軸為例。了求解內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系，作輔助線連接，設(shè)其長(zhǎng)度為，見(jiàn)圖。圖第一軸轉(zhuǎn)向梯形示意圖由圖，和圖可知，武漢理：【大學(xué)碩士學(xué)位論文屆一乏，一，在三角形和中分別運(yùn)用余弦定理，可知砰砰一焉盔矸壇一曙?？ǎǎ┯缮鲜鰞墒铰?lián)合可以得到！毪斧。型嗚茅咝（）在三角形根據(jù)余弦定理可得屑昴面麗（）將式（一一）代入式（）化簡(jiǎn)，得到第一轉(zhuǎn)向軸內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系式屆（。），具體表達(dá)為：再霖，麗（菰，冪，）蕭焉一（，），（），屑瀝鬲而（）作輔助線連接，見(jiàn)圖，我們同樣可以得到關(guān)于屈的關(guān)系口。廠（屆）：。一。島一屈）鏟一再毒箋羔蓑贏經(jīng)三笙二！芻二三！竺！絲：二三！芻竺！絲！壘！。，砰瑤一，層）：一圖第一軸轉(zhuǎn)向梯形示意圖（）進(jìn)行類似的分析，我們同樣可以得到第二軸轉(zhuǎn)向梯形內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文廠（屈）：鱸：二瑟霖：，：熏（：）：訓(xùn)，撒堡絲二！筆絲絲墜絲型絲些型，酲瑗一，（一）口，：一餓！查堅(jiān)絲蘭墜一一美竺茬一，撒絲絲二！車絲竺絲二型絲絲吐型，巧瑗一，如（屈）由此我們建立了轉(zhuǎn)向軸內(nèi)外轉(zhuǎn)向輪之間的關(guān)系表達(dá)式。模型的仿真分析結(jié)合上，節(jié)的數(shù)學(xué)模型對(duì)第一轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向梯形進(jìn)行仿真分析，第一軸內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線見(jiàn)下圖。幅圖一第一軸內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線圖參數(shù)設(shè)置：，。從圖中可以看出，在內(nèi)輪轉(zhuǎn)角口。小于時(shí)，角和屆保持良好的正比例關(guān)系，。要稍大于層。這點(diǎn)說(shuō)明轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計(jì)基本是合理的，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)彎過(guò)程中，尤其是大角度轉(zhuǎn)彎，為了使得前后輪轉(zhuǎn)角符合阿克曼原理，內(nèi)輪轉(zhuǎn)角要大于外輪。雙搖臂轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型為了減小車輪的滑動(dòng)，從而并減小輪胎的磨損，車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)能保證車輛轉(zhuǎn)彎武漢理大學(xué)碩十學(xué)位論文時(shí)所有車輪盡可能繞同一轉(zhuǎn)向瞬心做純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。對(duì)于普通單軸轉(zhuǎn)向汽車，轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵，其直接影響車輛轉(zhuǎn)向時(shí)左右車輪的合理轉(zhuǎn)角匹配（符合阿克曼原理）。與單前橋轉(zhuǎn)向車輛不同，雙前橋轉(zhuǎn)向車輛其具有兩個(gè)轉(zhuǎn)向軸，除滿足左右車輪轉(zhuǎn)角匹配外，還需考慮一、二軸轉(zhuǎn)向輪之間的轉(zhuǎn)角關(guān)系。轉(zhuǎn)向梯形能控制左右轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角關(guān)系，但不同轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向輪的協(xié)調(diào)要依賴雙搖臂轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)。搖臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞對(duì)第一、二橋之間的轉(zhuǎn)向關(guān)系起著主要影響作用，直接影響了整個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)效果，是優(yōu)化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，這也就是傳統(tǒng)的優(yōu)化分析方法只考慮搖臂部分的原因。雙搖臂機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性直接影響雙前橋汽車的行駛性能，因此雙搖臂機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要意義【】。雙前橋轉(zhuǎn)向汽車一般采用非獨(dú)立懸架，其搖臂機(jī)構(gòu)的布置形式有多種。按搖臂機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式，可分為單搖臂機(jī)構(gòu)及雙搖臂機(jī)構(gòu)兩類，本文研究主要側(cè)重于后者。其他形式的雙搖臂機(jī)構(gòu)同樣也可以借鑒本文的研究，加以類似的推導(dǎo)。因?yàn)樵诓煌问降碾p搖臂轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中，其主要桿件的布置形式和工作原理都是類似的。本文建模和研究的雙搖臂機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)化示意圖如圖所示圖雙搖臂轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的三維簡(jiǎn)化示意圖關(guān)于示意圖的說(shuō)明：（）、分別為前橋第一、二軸垂臂；（）、分別為第一、二軸垂臂鉸接于車架的支點(diǎn)，兩者處于同一豎直平面內(nèi)；（）、分別為前橋第一、二軸直拉桿；（）、分別為前橋第一、二軸轉(zhuǎn)向節(jié)臂；（）、為轉(zhuǎn)向節(jié)臂繞主銷旋轉(zhuǎn)的支點(diǎn)，兩者處于同一水平面內(nèi)；（）為中間連桿，又稱為聯(lián)動(dòng)桿，其端點(diǎn)、分別固定鏈接于垂臂和上。模型的基本假設(shè)與符號(hào)說(shuō)明基本假設(shè)對(duì)于搖臂機(jī)構(gòu)，結(jié)合實(shí)際情況作如下假設(shè)：武漢理大學(xué)碩十學(xué)位論文（）忽略轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)件鏈接處的配合間隙；（）假設(shè)各轉(zhuǎn)向桿件為理想剛體，忽略其在受力、力矩和扭矩作用下產(chǎn)生的形變；（）兩垂臂和中間連桿處在豎直平面內(nèi)；（）第一、二軸轉(zhuǎn)向節(jié)臂在同一水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。符號(hào)說(shuō)明由于雙搖臂機(jī)構(gòu)的桿件數(shù)量比較多，空間結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，因而在建模過(guò)程中涉及到的幾何參量也就比較多，這里不作一一說(shuō)明，本章節(jié)所涉及的各幾何參數(shù)都已在圖。中加以表示。圖。雙搖臂機(jī)構(gòu)幾何參量符號(hào)說(shuō)明圖對(duì)雙搖臂機(jī)構(gòu)的分析與問(wèn)題前處理由于雙搖臂機(jī)構(gòu)中桿件數(shù)量較多，為了便于分析、建模與計(jì)算將搖臂機(jī)構(gòu)分成若干部分，分別進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的探討和建立，從而得到機(jī)構(gòu)的完整數(shù)學(xué)模型。由于第一軸和第二軸不論是在垂臂、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、直拉桿的布置形式，還是其支點(diǎn)空間位置上，都具有相類似的結(jié)構(gòu)，因此，將第一、二軸的轉(zhuǎn)向垂臂節(jié)臂直拉桿歸為一類進(jìn)行處理；剩余的以部分就是由垂臂作用與連桿部分的擺臂桿、和連桿組成的四邊形雙擺桿機(jī)構(gòu)。垂臂一節(jié)臂一直拉桿模型基于上述分析，這里只需建立第一、第二軸垂臂節(jié)臂一直拉桿機(jī)構(gòu)中的其中一者數(shù)學(xué)模型，另外一者通過(guò)相似性，代入不同的參數(shù)即可完成相應(yīng)的模型。武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文不失共性，取第一軸轉(zhuǎn)向控制桿系進(jìn)行研究。對(duì)于第一軸轉(zhuǎn)向控制桿系，其垂臂節(jié)臂一直拉桿機(jī)構(gòu)是一空間立體結(jié)構(gòu)，空間幾何關(guān)系如圖所示。說(shuō)明：為了避免在轉(zhuǎn)向過(guò)程中發(fā)生突變，保證轉(zhuǎn)向的連續(xù)性，必須保證在轉(zhuǎn)向過(guò)程中點(diǎn)始終位于連線只的右側(cè)。圖第一軸轉(zhuǎn)向控制桿系示意圖結(jié)合圖由幾何關(guān)系可知曩寫一互啊一毋其中幺是方向盤無(wú)轉(zhuǎn)角輸入時(shí)第一軸垂臂與豎直平面所成的初始角。和第一軸垂臂轉(zhuǎn)角仍之和，即幺。仍。由于么互霉墨一么鼻霉一。（）其中。是第一軸轉(zhuǎn)向節(jié)臂與水平線墨露所成的初始角。因此，求解角與角舅的關(guān)系只需求得霉耳與訌霉對(duì)應(yīng)于角的關(guān)系。進(jìn)一步分析可知，在三角形駕只中協(xié)卸桿囂警半于是么互聊：脅塏巧在三角形墨巧，中，由余弦定理即可以求得（）武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文矧肛生掣于是螂弘一坐鏟（）其中霉和，可以在直角三角形，中運(yùn)用勾股定理求得皇鼻（最霉）（互曩）（，）（），（，：（，一（矗一，）（）由公式（）、（）、（）、（）和（）就可以求得第一軸垂臂轉(zhuǎn)角仍和轉(zhuǎn)向節(jié)臂轉(zhuǎn)角口。之間的關(guān)系（仍）：阮：切皿望！呈！亟！絲一粼。竺?。禾m：！芻二壘！掣絲墜蘭蘭壘蘭三童二些堅(jiān)墜！墜?。阂?。）、（一（仍）同理，我們也可以完成第二軸垂臂轉(zhuǎn)角仍和轉(zhuǎn)向節(jié)臂轉(zhuǎn)角口：之間的關(guān)系（，）：甌：生丞絲絲！一黜。蔓蘭：（生壘！墜絲絲塑絲型絲趔一（。）（畋乞（，！仍）模型的仿真分析由于轉(zhuǎn)向垂臂轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角涉及到眾多的設(shè)計(jì)參數(shù)，這里為了更深入地分析各參數(shù)對(duì)結(jié)果的影響及在模型中的重要性，分別選擇了、三個(gè)參量作為仿真和比較的對(duì)象，結(jié)果見(jiàn)下面系列圖。其基本參數(shù)設(shè)置：；編。；。；。觀察和比較這幾幅圖我們可以發(fā)現(xiàn)：（）過(guò)渡直拉桿的長(zhǎng)度，是一個(gè)非常重要影響因素，對(duì)垂臂轉(zhuǎn)角仍和轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角，的關(guān)系影響很大：，值約的變化卻使關(guān)系曲線圖平移了約，但是曲線的整體形狀沒(méi)有改變。這點(diǎn)說(shuō)明過(guò)渡直拉桿的長(zhǎng)度是要配合轉(zhuǎn)向節(jié)臂的初始轉(zhuǎn)角，從而使得轉(zhuǎn)武漢理工