转向梯形断开点设计与分析

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1、转向梯形断开点设计与分析刘忠侦，沈岱武，陈斌（奇瑞汽车股份有限公司乘用车研究二院，安徽芜湖２４１００９）摘要：运用空间机构学一些基本理论及方法，以Ｍａｔｌａｂ语言为工作平台，充分利用其强大的图形功能及可视化编程，对麦弗逊式悬架转向梯形机构进行空间断开点分析，并开发出计算程序。根据程序计算出来的结果，结合阿克曼理论，对设计的转向梯形进行评估分析。通过实际的设计和试验，表明空间机构学理论配合Ｍａｔｌａｂ的处理能力运用于转向梯形分析，能够准确地计算出轮胎转角，并方便地进行优化改进，达到理想的设计效果。关键词：转向梯形；空间机构；设计Ｄｅｓｉｇ

2、ｎａｎｄＡｎａｌｙｓｅｏｆＳｐｌｉｔｔｉｎｇＰｏｉｎｔｏｆＳｔｅｅｒｉｎｇＴｒａｐｅｚｉｕｍＬＩＵＺｈｏｎｇｚｈｅｎ，ＳＨＥＮＤａｉｗｕ，ＣＨＥＮＢｉｎ（ＴｈｅＳｅｃｏｎｄＰａｓｓｅｎｇｅｒＶｅｈｉｃｌｅＰｒｏｄｕｃｔＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＣｈｅｒｙＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＷｕｈｕＡｎｈｕｉ２４１００９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｓｏｍｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓｏｆｓｐａｔｉａｌｍｅｃｈａｎｉｓｍｗｅｒｅａｐｐｌｉｅｄ，ａｎｄｂａｓｅｄｏｎＭａｔｌａｂｐｒｏｇｒａｍｗｏｒｋ－

3、ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｍａｋｉｎｇｆｕｌｌｕｓｅｏｆｔｈｅｃｏｍｐｕｔｅｒｇｒａｐｈｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｖｉｓｕａｌｐｒｏｇｒａｍｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｓｐａｃｉａｌｓｐｌｉｔｔｉｎｇｐｏｉｎｔｏｆｔｈｅＭａｃＰｈｅｒ－ｓｏｎｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｔｅｅｒｉｎｇｔｒａｐｅｚｉｕｍｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｗｏｒｋｅｄｗｉｔｈｔｈｅＡｃｋｅｒｍａｎｔｈｅｏｒｙ，ｅｖａｌｕａｔｅｄｔｈｅｓｔｅｅｒｉ

4、ｎｇｔｒａｐｅｚｉｕｍｉｆｗｏｒｋａｂｌｅｏｒｎｏｔ．ＴｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｄｅｓｉｇｎａｎｄｔｅｓｔｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆｓｐａｔｉａｌｍｅｃｈａｎｉｓｍａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅａｎａｌｙｓｅｏｆｓｔｅｅｒｉｎｇｔｒａｐｅｚｉｕｍｗｉｔｈｔｈｅＭａｔｌａｂｐｒｏｇｒａｍ’ｓｐｒｏｃｅｓｓｃａｎｇｅｔｔｈｅａｃ－ｃｕｒａｔｅｗｈｅｅｌ’ｓａｎｇｌｅ，ａｎｄｉｓｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｔｏｏｐｔｉｍａｌｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ，ａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｉｄｅａｌｄｅｓｉｇｎｐｕｒｐｏｓｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：

5、Ｓｔｅｅｒｉｎｇｔｒａｐｅｚｉｕｍ；Ｓｐａｔｉａｌｍｅｃｈａｎｉｓｍ；Ｄｅｓｉｇｎ０引言其中：α为汽车前轮内转角；为了使汽车在转向过程中转向轮处于纯滚动或极小滑动状β为汽车前轮外转角；态，从而提高轮胎的使用寿命，降低汽车油耗，保证操纵的轻Ｋ为两主销中心线延长线到地面交点之间的距离；便性和稳定性。理论上，汽车内、外转向轮转角符合阿克曼转Ｌ为轴距。角（理论转角）关系，但实际上汽车在一定的内轮转角下，其外轮的实际转角比理论转角大。目前汽车转向系中普遍采用转向梯形机构。转向梯形机构是使车辆转向时实现内、外轮理想转角关系的核心部件。对其的分析大部

6、分采用以下两种方法进行设计、计算及校核：（１）作图解法；（２）空间机构学理论运动分析计算法。而断开式转向梯形结构由于空间杆件较多，空间运动复杂，此两种方法都会很烦琐，而且很费时，效率不高，容易出错。文中结合Ｍａｔｌａｂ强大的图形及可视化编程，运用空间机构学理论，对转向梯形进行数学建模，实现参数化设计计算，并对结果评估、分析。文中以麦弗逊式悬架的转向梯形为例进行说明。１阿克曼（Ａｃｋｅｒｍａｎ）原理图１车轮转角关系汽车在转弯行驶过程中，欲保证轮胎与地面间处于纯滚动而无滑移现象产生，则每个车轮的运动轨迹都必须符合它的自此时的最小转弯半径Ｒｍ

7、ｉｎ为：［１］。对于两轴车而言，亦即全部车轮绕同一Ｌ然运动轨迹（图１）Ｒｍｉｎ＝＋ａ（２）ｓｉｎβｍａｘ瞬时转向中心Ｏ回转，瞬时转向中心始终在后轮轴线上的延长其中：βｍａｘ为外转向轮最大理论转角；线上。［２］ａ为主销偏置距。由阿克曼原理确定内、外侧转向轮的转角关系：汽车在转向过程中，为了保证内、外转向轮转角符合式Ｋｃｏｔβ－ｃｏｔα＝（１）（１），其转向机构应当是一个特殊的梯形机构。而目前汽车上Ｌ普遍采用的转向梯形机构，在转向过程中，无法保证内、外转由Ｍ１Ｏ１、Ｍ′１Ｏ１垂直于直线Ｌ可得，且Ｍ１Ｏ１＝Ｍ′１Ｏ１，向轮转角的关系始终满足式

8、（１），只是在常用小转角范围内比可得较接近，当α＝０．７αｍａｘ时，其平均相对误差最小。其实，现代Ｍ１Ｂ＝Ｍ′１Ｂ（７）汽车内、外转向轮的实际转角并不完全符合阿克曼关系式。联立方程（５）、（６）、（７）可解