汽车转向阻力矩的分析与计算-黄炳华

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1、第30卷第6期武汉理工大学学报·信息与管理工程版Vo1．30No．62008年12月JOURNALOFWUT(INFORMATION&MANAGEMENTENGINEERING)Dec．2008文章编号：1007—144X(2008)06—0912—04汽车主动转向系统中转向阻力矩的分析与计算黄炳华，陈祯福(1．德国布伦瑞克工业大学汽车研究所，德国布伦瑞克38106；2．深圳职业技术学院汽车与交通学院，广东深圳518055；3．德国大陆集团汽车系统先前开发部，德国法兰克福60488)摘要：汽车前轮转向阻力矩的分析和计算是主动转向系统设计和控制的理论基础

2、，汽车前轮转向阻力矩可分为主动阻力矩和被动阻力矩两大类。从转向轮受力分析着手，利用虚功原理分析推导出了主动转向阻力矩计算公式，探讨了主动转向阻力矩与车轮所受外力以及前轮定位参数的相互关系和转向轮自动回正的条件；通过对被动转向阻力矩的分析与计算，得出了其主要影响因素是前轴载荷、轮胎气压、转向器的摩擦阻力、阻尼系数和转向速度。这些分析和计算结果对汽车主动转向系统的设计和控制具有指导作用。关键词：主动转向系统；转向执行机构；主动转向阻力矩；被动转向阻力矩中图法分类号：U463．4文献标志码：A汽车转向系统正在由传统的机械式快速地向系统，而另一套是以转向器为主

3、体的转向执行系电子化、智能化和网络化方向发展J。已经在统。它们之问没有任何机械运动和机械能量的传轿车中安装使用的电子转向系统有主动前轮电动递，只有信息交换。因此，转向执行系统在任何工助力转向系统(EPS)和主动前轮叠加转向系统况下都必须能克服转向阻力矩，实行快速、准确地(AFS)。正在研发和尝试的线控转向系统(SbW)转向运动。具有EPS和AFS的所有功能和优点J。由上述可知，任何主动转向系统在汽车转向文献[3]对3种不同的主动转向系统的转向时，其转向器的执行机构必须输出足够的力矩和执行机构和功能作了详细介绍。EPS_4不仅可根功率来克服前轮的转向阻力

4、矩。对汽车前轮转向据汽车的运动状况、驾驶员的操纵信息提供更佳阻力矩进行必要的分析和计算是转向系统设计和的助力功能，而且能大大地改进汽车转向系统的控制的重要理论基础。作用在前轮的转向阻力矩回正功能，在必要时EPS可产生一个主动回正力可分为主动阻力矩和被动阻力矩两部分。主动阻矩，从而改良汽车的直线行驶性能。在装有停车力矩是由作用在转向轮轮胎的外力和外力矩所引辅助系统的汽车里，EPS在停车时能自动打转向发的，其力矩的大小及方向与转向系统是否运动盘。此时，EPS的执行电机必须单独克服转向轮无关。而被动阻力矩的大小与转向系统是否运动的阻力矩，实行前轮的转向运动。

5、AFS能在驾有关，其被动阻力矩的方向总是同转向轮的运动驶员通过转向盘给前轮所打的转向角的基础上，方向相反，阻止转向轮的运动。通过AFS的执行机构给前轮叠加一个额外的转1转向前轮主动阻力矩的分析和计算向角。为实现AFS的叠加转向功能，其执行机构的电动机必须能够通过行星齿轮机构、转向器和首先分析作用在一个前轮的主动阻力矩，并相应的助力机构驱动汽车前轮，克服转向阻力矩，用虚功原理来推导其计算公式。图1所示为右转实行转向运动。线控转向系统(SbW)[61中，转向向轮受力图J。图中标出了转向轮的主要定位盘与前轮之间没有任何的机械连接和机械能的传角和结构参数：转向

6、轮主销后倾角丁，主销后倾距递。转向系统由两套完全独立的机电一体化系统／／,，转向轮绕主销转动的滚转半径r¨转向轮的静组成，其中一套是以转向盘为主体的驾驶员操纵力半径ro，主销内倾角及车轮外倾角。主销收稿日期：2008—07—08．作者简介：黄炳华(1961一)，男，湖北广水人，德国布伦瑞克工业大学汽车研究所高级访问学者；深圳职业技术学院汽车与交通学院副教授第30卷第6期黄炳华，等：汽车主动转向系统中转向阻力矩的分析与计算913作用在右轮上总的回正力矩口J用一个绕主销作用的等价力矩M表示。现用虚功原理来推导该力矩的计算公式。设右轮在B处再绕主销旋转一个虚

7、转角△，其B点相应的虚位移为As：△=△v×，=—ASv．一tan丁f+tan。=，+)×R，=A丁Sv{[~[nK+tanor(rLtan7-+nKtano-)]+rIl】f+[rL+t⋯(rI_r训【(rLKtanr-rt,tantr)+(rI_+nKtan)H(7)由作用在车轮上的外力及外力矩所做的虚功图1右转向轮受力图应与等价回正力矩所做的虚功相同，可表示为：AO的延长线与路面相交于0点，以0点为原点W=M·△v=／ts·F+△v·M(8)将式(2)和式(7)代入式(8)，同时考虑式作一辅助坐标系(xyz)，其三坐标轴分别与固定于地面的车辆坐标

8、系(No。)的三坐标轴平行。f，(9)和式(10)：和k分别为轴、Y轴和z轴的单位矢量。轮胎与