轻型货车整体式转向梯形的优化设计

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(汽车行业)汽车转向梯形机构设计

（汽车行业）汽车转向梯形机构设计汽车转向梯形机构是汽车行业中非常重要的部件之一。

它将驾驶员的转向操作转换成前轮方向的运动，使车辆能够按照驾驶员的意愿进行转向。

因此，汽车转向梯形机构的设计非常重要，不仅需要考虑其机械结构的合理性，还需要考虑其动态特性和安全性能。

汽车转向梯形机构的设计要解决的一个重要问题是机构的传动比和传动精度问题。

传动比指的是驾驶员转动方向盘所能使车辆前轮转向的程度，而传动精度则是指机构传动过程中的误差大小。

通常情况下，传动比需要保证较大的转角与较小的转动力之间的关系，以提供足够的转向力，并使驾驶员的操作更为轻松顺畅。

传动精度则需要尽可能小，以确保转向的准确性和稳定性。

汽车转向梯形机构的设计需要考虑多个部件的合理组合和配置。

其中最主要的部件包括转向节、拉杆、摇臂、拉杆座等。

转向节是转向梯形机构的核心部件，它连接前轮和拉杆，并将前轮转向运动传递到拉杆上。

拉杆是连接前轮和转向节的杆状部件，摇臂则是连接转向节和转向柱的中间件。

拉杆座则是固定拉杆和转向柱的底座。

在设计汽车转向梯形机构时，还需要考虑到动态特性和安全性能。

动态特性主要指机构的响应速度、稳定性以及阻尼。

为了保证机构的响应速度和稳定性，一般需要提高机构的阻尼系数。

同时，还需要考虑防震和抗干扰能力，以确保机构在恶劣路况和异常干扰情况下能够正常运行。

安全性能则是汽车转向梯形机构最重要的考虑因素之一。

机构在运行过程中需要抵御较大的转向力和扭矩。

此外，在车辆发生碰撞时，转向梯形机构也需要能够提供足够的承载能力，以避免驾驶员和车辆受到过大的损伤。

在实际应用中，汽车转向梯形机构的设计需要满足多种使用条件和环境要求。

例如，机构必须在各种温度、湿度和油渍等环境下都能够正常工作，同时还要满足标准化和规范化的要求，以确保产品的质量和可靠性。

总之，汽车转向梯形机构的设计是汽车工程中至关重要的部分。

要实现合理的设计，需要考虑多种因素和要求，包括传动比、传动精度、机构的动态特性、安全性能、使用条件和环境要求等。

汽车整体式转向梯形机构优化设计

汽车实用技术设计研究
ＡＵＴ０瓶０ＢＩＬＥＡＩＰＬＩＥＤＴＥＣｆ｛ＮＯＬＯＧＹ
２０ｌ４第３期
２Ｏｌ４Ｎ０．３
汽车整体式转向梯形机构优化设计
刘旋，李腾飞，郑帅广
（长安大学，陕西西安７１００６４）
ＬｉｕＸｕａｎ，ＬｉＴｅｎｇｆｅｉ，ＺｈｅｎｇＳｈｕａｉｇｕａｎｇ
（Ｃｈａｎｇ ’ ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＳｈａａｎｘｉＸｉ ’ ａｎ７１００６４１
上应始终交于一点（即瞬时转向中心），使各车轮在侧转向车轮转角，为汽车轴距，为两主销中心
作者简介：刘旋，车辆工程硕士研究生。研究方向：纯电动
客车。
２９
汽车实用技术
２０１４年第３期
夹角；称的余角为梯形底角；ｍ为转向梯形臂在水平面的投影长度，即转向梯形的腰长；ｂ为转向横拉杆长度。由几何关系得
转向过程中始终处于纯滚动状态，从而提高轮胎使
引言
整体式转向梯形是由转向横拉杆、两个转向梯形臂和汽车前轴组成。其主要缺点是一侧转向轮向上下跳动时，会影响到另一侧转向轮的运动。这种
用寿命，保证汽车操纵的轻便性和稳定性卜。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｄｏｖｅｒａｌｌｃａｒｓｔｅｅｒｉｎｇｔｒａｐｅｚｏｉｄｗｉｔｈＭＴＡＬＡＢｔｏｈａｖｅａｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎｗｈｉｃｈｅｎｓｕｒｅｄａｌｌｔｈｅｗｈｅｅｌｓｗｅｒｅｔｕｎｉｒｎｇｒｏａｕｎｄｔｈｅｓａｍｅｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｃｅｎｔｅｒａｓｓｏｏｎａｓｐｏｓｓｉｂｌｅｎｄａａｌｓｏｔｈｅｗｈｅｅｌｏｆｄｉｆｅｒｅｎｔｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｃｅｗｅｒｅｔｕｎｉｒｎｇｒｏａｕｎｄａｓａｐｕｒｅｒｏｌｌｉｎｇｍｏｔｉｏｎｗｉｔｈｏｕｔｓｌｉｄｉｎｇ．

汽车整体式转向梯形机构仿真计算与优化

汽车整体式转向梯形机构仿真计算与优化首先，需要进行操纵性能仿真计算。

操纵性能是指车辆在转向过程中的稳定性、准确性和操纵力的大小。

通过建立车辆动力学模型，可以模拟车辆在不同转向输入下的行驶状态，并计算车辆的操纵性能参数，如转向响应时间、转向幅度和操纵力矩等。

通过对不同转向梯形机构参数的变化进行仿真计算，可以评估梯形机构对操纵性能的影响，并进行优化设计。

其次，还需要进行力学性能仿真计算。

力学性能是指转向机构在不同工况下的强度、刚度和耐久性等。

通过建立转向机构的有限元模型，可以分析转向机构在不同工况下的应力、应变和位移等力学参数，评估转向机构的设计是否满足强度和刚度要求，并进行优化调整。

同时，还可以通过应用疲劳分析方法，预测转向机构在长期使用过程中的损伤、疲劳寿命和可靠性等问题，以提高整体转向机构的耐久性。

最后，需要进行优化设计。

在进行仿真计算的基础上，可以通过参数优化和结构优化方法，对转向机构的参数和结构进行调整和改进。

例如，通过对齿条、滚珠丝杠、主动齿轮和从动齿轮等关键部件的几何参数进行优化，可以减小滚动摩擦和间隙，提高转向机构的机械效率和动力传递精度。

同时，还可以通过改变转向机构的布局和材料选择，减少转向机构的质量，并提高其刚度和强度，从而提升整体转向机构的性能。

综上所述，汽车整体式转向梯形机构的仿真计算与优化是确保汽车操纵性和稳定性的重要环节，能够通过操纵性能仿真计算、力学性能仿真计算和优化设计方法，对转向机构的性能进行评估和改进，提高汽车整体转向梯形机构的性能和可靠性。

转向梯形分析

第六节转向梯形转向梯形有整体式和断开式两种，选择整体式或断开式转向梯形方案与悬架采用何种方案有联系。

无论采用哪一种方案，必须正确选择转向梯形参数，做到汽车转弯时，保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶，使在不同圆周上运动的车轮，作无滑动的纯滚动运动。

同时，为达到总体布置要求的最小转弯直径值，转向轮应有足够大的转角。

一、转向梯形结构方案分析1、整体式转向梯形整体式转向梯形是由转向横拉杆l，转向梯形臂2和汽车前轴3组成，如图7-30所示。

其中梯形臂呈收缩状向后延伸。

这种方案的优点是结构简单，调整前束容易，制造成本低；主要缺点是一侧转向轮上、下跳动时，会影响图7—30 整体式转向梯形1—转向横拉杆 2—转向梯形臂 3—前轴另一侧转向轮。

当汽车前悬架采用非独立悬架时，应当采用整体式转向梯形。

整体式转向梯形的横拉杆可位于前轴后或前轴前(称为前置梯形)。

对于发动机位置低或前轮驱动汽车，常采用前置梯形。

前置梯形的梯形臂必须向前外侧方向延伸，因而会与车轮或制动底板发生干涉，所以在布置上有困难。

为了保护横拉杆免遭路面不平物的损伤，横拉杆的位置应尽可能布置得高些，至少不低于前轴高度。

2、断开式转向梯形转向梯形的横拉杆做成断开的，称之为断开式转向梯形。

断开式转向梯形方案之一如图7-31所示。

断开式转向梯形的主要优点是它与前轮采用独立悬架相配合，能够保证一侧车轮上、下跳动时，不会影响另一侧车轮；与整体式转向梯形比较，由于杆系、球头增多，所以结构复杂，制造成本高，并且调整前束比较困难。

图7—31 断开式转向梯形横拉杆上断开点的位置与独立悬架形式有关。

采用双横臂独立悬架，常用图解法(基于三心定理)确定断开点的位置。

其求法如下(图7-32b)：1)延长B K B 与A K A ，交于立柱AB 的瞬心P 点，由P 点作直线PS 。

S 点为转向节臂球销中心在悬架杆件(双横臂)所在平面上的投影。

当悬架摇臂的轴线斜置时，应以垂直于摇臂轴的平面作为当量平面进行投影和运动分析。

整体式转向梯形机构优化设计-2014

整体式转向梯形机构优化设计SGA3550型自卸式非公路用汽车采用整体式转向梯形机构(如图1所示) ,由转向横拉杆、转向梯形臂和汽车前轴组成。

图中,为K主销中心距,L为轴距,为转向梯形底角, W为转向臂长,为内侧车轮转角,为外侧车轮转角(以下符号意义相同) 。

这种方案的优点是结构简单,调整容易,制造成本低;主要缺点是一侧转向轮上、下跳动时,会影响另一侧转向轮。

车辆转向时,内侧车轮被迫沿着比外侧车轮小的弧线行进,因此,转向梯形应使汽车在转向时两前轮产生不同的转向角,并沿着各自的弧线滚动,同时前后四个车轮又绕着同一圆心滚动 ,从而消除轮胎的滑动。

若忽略车轮的侧偏角,车辆转向时内外轮理想转角应保持以下关系：若忽略车轮的侧偏角，车辆转向时内外轮理想转角应保持以下关系：cot-cot=K/L (1)若自变角为，则因变角的期望值为=arccot(cot-K/L) (2)现有转向梯形机构仅能近似满足上式关系。

利用余弦定理可推得转向梯形的实际因变角如下：图2(3)(4)(5)（6）由（4）（5）（6）式得出（7）（8）由（3）（7）（8）式得出：实际因变角要求：（1）列出转向机构的优化数学模型（2）已知轮距2900mm；轴距L= 3800 mm；主销中心距K= 2100 mm；用Matlab中lsqcurvefit(……)函数或lsqnonlin(……)函数进行优化，求取设计变量梯形底角的值（要求底角范围在60-90度之间），转向梯形臂长度的值（要求在250-450mm之间）以满足设计需求。

该优化问题可以看作是将理想的内外转向轮曲线同待优化的内外转向轮角度关系进行拟合，MATLAB优化工具箱中提供了几种可供选择的优化函数：(1) [x,resnorm]=lsqcurvefit（fun,x0,xdata,ydata,lb,ub），该函数是进行非线性曲线的二次拟合。

其中F(x)为待优化的函数，数学模型为：(2) [x,resnorm]=lsqnonlin(……)，该函数求解非线性最小二乘问题，包括非线性数据拟合问题。

轻型货车转向系统设计及建模--大学毕业设计论文

摘要汽车在行驶的过程中，需要按照驾驶员的意志经常改变其行驶方向，即所谓的汽车转向。

汽车的转向系统是一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专用机构，本文的研究内容即是轻型货车的转向系统设计。

本文针对的是与非独立悬架相匹配的整体式两轮转向机构。

利用相关汽车设计和连杆机构运动学的知识，首先对转向器，转向传动机构进行选择，接着再对转向器和转向传动机构进行设计，最后，利用软件CATIA完成转向系统的三维实体设计。

转向器在设计中选用的是循环球式齿条齿扇转向器，在对转向器的设计中，包括了螺杆—钢球—螺母传动副的设计和齿条—齿扇传动副的设计，前者是基于参照同类汽车，确定出钢球中心距，设计出一系列的尺寸，而后者则是根据汽车前轴的载荷来确定出齿扇模数，再由此设计出所有参数的。

转向梯形的设计选用的是整体式转向梯形，本文在设计中借鉴同类汽车转向梯形设计的经验尺寸对转向梯形进行尺寸初选。

再通过对转向内轮实际达到的最大偏转角时与转向外轮理想最大偏转角度的差值的检验，和作为一个四杆机构对其最小传动角的检验，来判定转向梯形的设计是否符合基本要求。

本文在消化，吸收，总结，归纳前人的成果上，系统、全面地对机械转向系进行理论分析，设计及优化。

为轻型汽车转向系的设计开发提供了一种步骤简单的设计方法。

关键词：转向系；转向器；转向梯形；传动副；结构元件ABSTRACTIn a moving vehicle, the driver will need to frequently change its traveling direction, the so-called steering. Vehicle steering system is used to change or restore a car in the direction of a dedicated agency, the contents of this paper is the study of light vehicle steering system design.This article is aimed at non-independent suspension and would like to match the overall style of the two steering. The use of the relevant vehicle design and kinematic linkage of knowledge, first of all, the steering gear, steering transmission choice, and then to the steering gear and steering transmission (mainly trapezoidal steering ) design, and finally, the use of CATIA software and the Steering system to complete the design drawings.Steering the ball of choice is the cycle of fan-type steering gear rack teeth, in the design of steering gear, including a screw - Ball - Vice-nut drive the design and rack - fan drive gear pair design, the former is based on the reference to similar vehicles, to determine the center distance of the ball, the design of a series of size, while the latter is based on the vehicle front axle load to determine the fan module out of gear, and then all of the resulting design parameters.Steering linkage design is a whole selection of steering trapezoid, the paper design is used in car steering linkage from a similar experience in the design of the size of the steering linkage to the primary size. Through to the actual steering wheel in the maximum deflection angle with the steering wheel in the most ideal test of the difference of deflection angle, and four institutions, as a minimum transmission angle of its examination, to determine whether the design of steering trapezoid in line with the basic requirements.In this paper, digestion, absorption, and summing up, summing up the results of their predecessors, the systematic, comprehensive mechanical steering system to carry out theoretical analysis, design and optimization. For the light vehicle steering system design and development provides a simple design method steps.key words：Steering system；Steering gear；Steering trapezium；Transmission vice；Structural components符号表0η转向系的效率1χ齿顶高系数1P 作用在转向轴上的功率 KW a h 齿顶高mm 2P转向器中的摩擦功率 KW f h齿根高 mm3P作用在转向摇臂上的功率KWρ摩擦角）（f摩擦系数ωi转向系的角传动比p i转向系的力传动比p ω摇臂角速度 s /radk ω 转向节偏转角速度 s /rada主销偏移距 mm r ∆径向间隙mmα啮合角）（m模数1ξ齿形变位系数目录第1章绪论 (1)1.1转向系概述 (1)1.2轻型货车转向系统设计主要内容 (1)第2章汽车转向系方案 (3)2.1转向系主要性能参数 (3)2.1.1转向器的效率 (3)2.1.2传动比的变化特性 (5)2.1.3转向器传动副的传动间隙 (8)2.1.4转向盘的总转动圈数 (8)2.2转向系的选择 (8)2.2.1机械转向系 (8)2.3本章小结 (10)第3章汽车转向器方案 (11)3.1机械式转向器的选择 (11)3.1.1循环球式转向器 (11)3.2本章小结 (12)第4章汽车转向传动机构 (13)4.1转向传动机构的选择 (13)4.1.1与非独立悬架配用的转向传动机构 (13)4.2转向梯形的选择 (14)4.2.1整体式转向梯形 (15)4.3本章小结 (15)第5章转向系的设计计算 (16)5.1转向器的结构型式选择及其设计计算 (16)5.1.1螺杆—钢球—螺母传动副的设计 (16)5.1.2齿条、齿扇传动副的设计 (20)5.1.3转向器计算载荷的确定 (26)5.1.4循环球式转向器零件强度计算 (27)5.2整体式转向梯形结构 (29)5.3基于Matlab的转向梯形机构优化设计 (33)5.3转向系结构元件 (39)5.4本章小结 (40)第6 章基于CATIA的循环球转向系统的三维建 (41)6.1 CATIA软件简介 (41)6.2 循环球式转向系统的主要部件CATIA 三维设计 (41)结束语 (50)致谢 (51)参考文献 (52)附录程序清单 (53)第1章绪论1.1转向系概述转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。

整体式转向梯形机构的优化设计

整体式转向梯形机构的优化设计随着机械设备的不断发展，对于机构的优化设计也变得越来越重要。

其中，整体式转向梯形机构是一种常见的机构类型，它在工业领域中具有重要的应用价值。

本文将探讨整体式转向梯形机构的优化设计。

整体式转向梯形机构是一种通过摆动约束框架来实现转向功能的机构。

目前，其主要应用领域为车辆转向系统。

通常情况下，该机构由主动轮、从动轮、转向架以及梯形连杆等部件组成。

其中，主动轮和从动轮通过梯形连杆相互连接，转向架则通过约束框架连接至主动轮和从动轮上，以实现车轮的转向功能。

整体式转向梯形机构的优化设计主要从以下几个方面展开：首先，对于梯形连杆的设计要求。

梯形连杆是整个机构的核心部件，其尺寸和形状对机构的性能起着至关重要的作用。

因此，在进行设计时，应根据机构的具体使用环境和转向要求，合理确定梯形连杆的尺寸和形状，以保证机构的工作稳定性和可靠性。

其次，对于转向架的设计要求。

转向架主要起到连接主动轮和从动轮的作用。

在优化设计中，应考虑到转向架的稳定性、刚度以及连接方式等因素，以确保转向架的性能达到要求。

再次，对于摆动约束框架的设计要求。

摆动约束框架用于约束转向架的转向运动，使车轮能够良好的适应路面的起伏和承受各种路况下的压力。

因此，在设计时，应考虑到摆动约束框架所承受的载荷和力矩的大小，以提高机构的适应性和稳定性。

最后，对于轮胎的选择要求。

整体式转向梯形机构的性能也受到轮胎的影响，因此，在进行优化设计时，应选择具有优良性能的轮胎，以提高车辆的使用寿命和行驶安全性。

综上所述，整体式转向梯形机构的优化设计应从多个方面展开，在具体应用中，根据不同情况灵活调整优化方案。

相信通过更加精细的优化，整体式转向梯形机构将能更好地满足工业生产和社会发展的需求，为推动机械设备的高质量发展做出更大的贡献。

数据分析是对大量数据进行分析和解释的过程，以发现潜在的模式、预测趋势或寻找关联性。

在现代社会，数据分析已经成为各个领域的重要部分。

汽车整体式转向梯形的优化设计

（３）应用本文的设计方法得出的实际转角曲线和该车实际转角曲线分别与理论曲线比较，由于本文采用在平面内对
（下转第４２页）
39
Equipment Manufactring Technology No.12，2010
凑，工件装夹方便。线性滑轨必须根据机台使用状况，如受振动和冲击力的
程度、要求的行走精度及机台限制而确定其安装方式。
以图１所示的两轴汽车为例，阿克曼理论转向特性，是以汽车前轮定位角都等于零、行走系统为刚性、汽车行驶过程中无侧向力为假设条件的。
θ0 θi
作实际转向特性曲线的具体做法（见图２）。首先，按初选原则选出转向梯形臂长 m，再初选一个梯形
K
B
E
A
F
L
θi θ0
°
K
图１阿克曼理论转向特性
y１
图２传统作图法
优化设计问题，是一个小型的约束非线性规划问题，可用复合
形法来求解。
５优化实例
本文应用ＶＢ软件编制程序对某农用运输车整体式转向梯形进行优化设计，农用运输车部分参数如下：K ＝１２３０ｍｍ， L ＝２４５０ｍｍ，m ＝１６０ｍｍ，γ ＝７０°。应用上述方法进行求解，得到转向梯形的最优结构参数：m ＝１３５．３ｍｍ，γ ＝７２．６°。实际转角和期望转角随自变角的变化曲线如图３为该车实际转角与期望转角随自变角的变化曲线。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒａｎｄｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｎｄｏｕｒｎｅｗｐｎｅｕｍａｔｉｃｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｆｕｅｌｐｕｍｐｒｅｖｅｒｓｅ－ｖａｌｖｅａｎｄｏｖｅｒｆｌｏｗ－ｖａｌｖｅ．Ｄｅｓｉｇｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｄｒｉｖｉｎｇｄｅｖｉｃｅｓｆｏｒｔｈｅｐｎｅｕｍａｔｉｃｔｅｓｔｉｎｇｂｅｎｃｈ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｕｅｌｐｕｍｐ；ｒｅｖｅｒｓｅ－ｖａｌｖｅ；ｏｖｅｒｆｌｏｗ –ｖａｌｖｅ；ｐｎｅｕｍａｔｉｃｔｅｓｔ

汽车整体式转向梯形机构仿真计算与优化

汽车整体式转向梯形机构仿真计算与优化
1汽车整体式转向梯形机构
汽车整体式转向梯形机构是汽车转向系统的重要组成部分，将驱动轴连接到车轮，形成一个梯形的整体机构，具有尺寸小、重量轻、安装容易、结构稳定等优点。

汽车整体式转向梯形机构可以显著改善汽车的行驶及操纵性能，从而提高汽车的安全性能。

2相关仿真计算
为了计算汽车整体式转向梯形机构的性能，使用计算机辅助工程软件进行仿真计算，获取梯形机构在不同载荷下的结构变形、动态参数和响应频谱，综合参数判断汽车整体式转向梯形机构的安全性和可靠性。

进一步用实验计算模型，模拟汽车实际行驶中的结构响应，更好地分析转向系统整体性能。

3优化设计
计算机仿真计算结果可以及时反馈至优化设计，使汽车整体式转向梯形机构得到不断改进。

基于多目标优化，可以改变机构的参数，同时充分考虑机构的性能指标和视觉外观，得到更合理的设计。

4结论
汽车整体式转向梯形机构是汽车转向系统的重要组成部分，可以大大改善汽车的行驶及操纵性能，提高汽车的安全性能。

针对汽车整
体式转向梯形机构，可以通过计算机仿真计算获取参数，从而进行多目标优化设计，得到更合理优化的结果。

整体式转向梯形机构的优化设计

,
、
愚架侧倾和
,
,
前轮定位等主
建立了汽车整体式转向梯形机构的优化数学模型
。
从四个方面对梯形
机构进行优化设计
通过时这些结果的分析对比
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得出了具有实用价值的结
论
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悬架侧倾
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基于遗传算法的整体式前置转向梯形优化设计

4.1 遗传算法简介
遗传算法是是一类借鉴生物界自然选择和自然遗传
机制的随机化搜索算法，是一种通过模拟自然进化过程搜
索最优解的方法。自从遗传算法被提出以来，其得到了广
泛的应用，特别是在函数优化、生产调度、模式识别、神经
网络、自适应控制等领域，遗传算法发挥了很大的作用，提
高了一些问题求解的效率。遗传算法的算法过程图解如图
（6）
Internal Combustion Engine & Parts
·9·
式中，x 为决策变量，[x1，x2]T=[m，酌]T；琢max 为转向外轮的最大转角，这里取琢max=30毅。
考虑到车辆大多使用工况的转向轮转角琢都小于 20毅，并且在 10毅以内的小转角使用更加频繁，因此将加权
（1）
式中，B 为汽车两侧主销轴线与地面相交点之间的距离；L 为汽车轴距。
图 2 实际的转向梯形示意图
图 2 是整体式前置转向梯形实际数学模型，其中汽车直线行驶时，梯形机构处于 PQRS 的位置，而 P’Q’RS 则是当转向外轮转过琢时的位置。茁为转向轮内轮转角，单位为毅；琢为转向轮外轮转角，单位为毅；B 为汽车两主销中心轴线到地面交点之间的距离，单位为 mm；m 为梯形臂的长度，单位为 mm；兹为转向梯形梯形底角的余角，单位为毅；a 为转向机构中 PQ 的长，单位为 mm；b 为转向梯形机构中 P’R，单位为 mm。
3 所示。
图 3 遗传算法过程图解
4.2 初始化参数本文以某汽车为例，计算转向机构的优化参数，汽车
的 B=1480mm，L=2960mm。在进行遗传算法计算之前首先对遗传算法的基本参数进行确定，种群内个体数目：100；迭代次数：2000；突变概率：0.08；交叉概率：0.65。

整体式转向梯形的设计方法研究

整体式转向梯形的设计方法研究纛y开发研究—面函整体式转向梯形的设计方法研究晁鹏翔李晗(陕西重型汽车有限公司陕西西安710200)摘要:为了在整体式转向梯形设计过程中考虑轮胎侧偏的影响,采用了百分比阿克曼校正率对阿克曼转角关系进行了修正.设计过程中使用了MA TLAB数学工具箱以及空间运动分析的方法分析转向梯形的空间运动规律,并且考虑四轮定位参数对转角关系的影响.分析结果表明,通过考虑轮胎侧偏影响设计的转向梯形与现有车型的转向梯形参数比较接近,同时通过灵敏度分析发现,梯形参数中的梯形底角对车轮转角关系的影响很大.关键词:重卡;整体式转向梯形;空间运动分析;转角关系StudyonDesignMethodofIntegralSteeringTrapezoidalMechanism PengxiangChao,HanLi(ShaanxiHeavyDutyAutomobileCO.,LTD,ShaanxiXian,710200Abstract:Forconsideringthetirelateralslipanglewhenintegralsteeringtrapezoidalmechani smisdesigned, ackermancorrectionisusedtoamendackermansteeringangle.Spatialmotionisanalysedby usingMA TLABmathToolboxthconsideringtheinfluenceofFour-Wheelparameters.Theanalysisresultshowsth atthedesign parametersofsteeringtrapezoidalmechanismissimilartotheexperimentresults.Andtheangleoftrapezoidal mechanismismaincharacterfortherelationshipofinnerandoutersteeringanglebyusingsens itivityanalysismethod.KeyWords:HeavyDutyAutomobile,Integralsteeringtrapezoidalmechanism,Spatialmoti onanalysis,Steeringanglerelationship1,前言目前,大多数针对转向梯形的优化设计,基本上都是以阿克曼转角关系为基础进行的.大多数的设计过程都是将转向梯形这一空间结构简化为二维平面结构进行计算的[",实际上由于主销内倾和侧倾,车轮外倾的存在,转向梯形是一个空间机构【2J,如果以空间结构为基础进行计算,无疑可以提高设计的精度.,由于阿克曼转角关系未考虑轮胎侧偏的影响,其设计结果和实际需求的设计具有一定的出入,并不能很好的满足实际使用的需要,有少数文献针对理论设计和实际情况的不同进行了研究,提出了切实可行的设计方法,对理论计算进行修正,保证了其设计能够在实际应用中使用.2,转向梯形设计方法2.1ACKERMAN转向中心要保证汽车能够在理想状态下转向,需要保证车轮各个转角关系使得各个轮胎绕同一个转向中心转动,该点即为ACKERMAN转向中心[3】'这就需要满足如下内外轮转角关系.Kc眦0o—e嘲i=i_而实际情况是在转向过程中,轮胎发生了侧向的变形,产生了侧偏角,故在设计过程中,轮胎侧偏的影响是应该予以考虑的.除了轮胎对内外转向轮的转角关系有影响外,重型卡车的轴转向也对转向梯形的设计有影响.在车辆转向过程中,前轴有不足转向的趋势,后桥有过多转向的趋势,但由于车辆转向时车速不高,且卡车悬架刚度大决定了这种现象对转向的影响十分有限, 故在设计过程中可以忽略该因素的影响.2.2模型对于转向梯形这一空间结构,其车轮转角和主销转角存在一定关系,根据转向梯形的设计,又可以推出左右主销转角之间的关系,由此可以知道内轮转角和外轮转角的关系.a是车轮外倾角,13是主销内倾角,Y是主销后倾角.主销转角是(pL,车轮转角是0L.为车轮轴线夹角,5为车轮定位参数所在单位球面的夹角,由立体几何关系可以推出0L和L的关系:=c∞一(cosd+Sill2d'cosA(1~,)=衄(一强霉c3sd一sind?雠(.一OL=瞄C心蠢曩-嘲其中:∞=咖一(竺)d=COS:一(一cos?si￡I—sin-COS?c∞5=.=c船一(eos7?COS由此所有未知数均可求出,于是得到了车轮转角0L和主销转角L的关系.'=cos(c0sd+sin2d?COg)=嘲(一c匹孽?:osd—sin?-咖d?c∞÷伪))--C~-I根据转向梯形的空间结构,根据左右侧主销参数的坐标变换建立梯形拉杆长度不变的方程,可以得到左右主销转角关系的方程,如下关系式所示:堡壅DevelopingResearch:…～(--A.C+B'V A=+B=-C=)其中:A=Kc嚣p—m瞄2.cos+△).B=m?sin+)e=K?蕊5一c0s十)一2K一隧}?c舾%十2强?c嬲9-COS一111 至此左右车轮转角与主销转角的的关系以及左右主销转角的关系均建立起来,使得一个左侧车轮转角与一个右侧车轮转角一一对应.2.3设计方法至此,根据左右轮转向模型,可以在空间的层面上将转向左右轮转角的关系建立起来,如果以ACKERMAN转向作为优化目标的话,则与实际情况误差较大,故需要一个考虑到实际使用的经验公式作为优化目标.Miller[51等人提出了衡量实际转角关系和ACKERMAN转角关系一致程度的参数:百分比阿克曼校正率:Ac=Oi-Oo~x100%其中:Ac是百分比阿克曼校正率,8.是阿克曼外轮转角,是内论转角,eor是实际外轮转角.故以试验为指导,求得百分比艾克曼校正率后,根据校正后的阿克曼转角关系为优化目标进行优化,这样得到的结果与实际使用情况匹配程度较高[刚.设计方法如图2.1所示:是叵图2.1转向梯形设计流程蕊y开发研究—而3,转向梯形优化设计3.1内外轮转角关系的优化目标函数优化目标:根据百分比阿克曼校正率修正阿克曼转角关系,以左轮为自变量,求出右轮转角;以梯形结构为基础求得的右轮转角和理论计算得到的右轮转角之间的方差为目标函数,保证方差最小,进行优化,求得使得目标函数最小的转向梯形参数.3.2约束条件几何条件:对于转向梯形,其梯形摆臂m会影响布置及受力,长短需进行约束;转向梯形的底角0不易过小,如果0过小会使得转向梯形转动过程中受力恶化;同时还需要对传动角进行校核.推出传动角约束条件为:K一ZFancQs(e÷一(K一2racosO).一2m(K一2狮cosO)cos《O 其中:K为主销中心距,m为梯形臂长度,e为梯形底角,为转动角度,6为传动角.选择不同的梯形参数可以计算得出在最大转角下不同的传动角,如图3.2所示.从图中可以看出,0如果过小会导致传动角明显增大,并且该变量是传动角的敏感函数,即该变量的变化对传动角的变化影响很大,m对传动角有一定影响,但作用远小于0的影响.可以看出,当梯形底角小于70.以后,传动角迅速减小,如果减小最大转向角度,则传动角能够得到改善.3.3优化结果L』j.hrf_Ⅲ}\图3.2传动角约束条件图表3.1优化参数对比K(mm)M(mm)@f.1内轮最大转角(.1△(.)车型1测量值l842.88258.1971.824918.4车型1优化设计值l842.88258.000572.424920.17车型2测量值1770258.571.44521.99车型2优化设计值1770258.572.424523_2O表3.1中列出了车型1与车型2的测量结果和优化结果的比较,可以看出两者基本吻合,该设计方法由于考虑了轮胎转角和主销转角的差异性,并且考虑了轮胎在转向时发生侧偏的现象,故计算结果的可用性较强,总的来说在该设计方法的指导下,设计结果具有实用性. 同时,从图3.3中可以看出,设计目标函数对变量m不敏感,在m变化的过程中目标函数值变化的很小, 故实际设计中m的取值可以参考标杆样车的取值,保证受力合理且容易布置即可;而设计参数0对目标函数值影响很大.4,总结1)通过使用空间运动分析的方法,分别考虑车轮转角与主销转角,使得计算的准确性有所提高.2)使用MATLAB的数学工具箱,通过优化程序的编制,同时考虑百分比阿克曼校正率对阿克曼转角的修正,可以实现对转向梯形的优化设计.3)转向梯形臂长度对内外轮转角关系的影响较小,设计时不重点关注,仅需保证梯形臂的选取不会导致空问干涉与受力恶劣即可;梯形底角对传动角和内外轮转角关系的影响很大,设计时需重点考虑.参考文献[1]刘涛.汽车设计.北京:北京大学出版社[2】刘惟信.车设计.北京:清华大学出版社[3]胡涛.轻型货车转向杆系优化设计方法研究:I.硕士学位论文1.北京:清华大学,2005.[4】汪珊.重型汽车双前桥转向系统的建模及优化:[硕士学位论文].武汉:武汉理工大学,2009.[5]MILLERGREEDR,WHEELERF.OptimumAckermanfor ImprovedSteeringAxleTireWearonTrucks[C】.SAE technicalpaper,NO.912693,1991.【6]王霄锋,胡涛,金晓辉等.汽车内,外前轮转角关系的试验研究.拖拉机与农用运输车.V o1.37No.4,2010.。

整体式转向梯形优化设计

前言汽车工业开展的关键是汽车设计的更新和提高。

近几年来，随着用户对产品需求的日益多样化，汽车产品开发竞争也越来越剧烈，特别是随着以计算机为代表的信息技术的出现。

汽车设计方法有了新的飞跃，设计过程彻底改变，并进入一个新的阶段——计算机辅助设计阶段，计算机辅助设计可以明显提高设计效率，降低设计本钱，使得设计周期大大缩短。

目前，世界上兴旺国家的不少汽车公司已经大量采用计算机技术对汽车进展辅助设计，设计质量和设计效益有了很大的提高，加快了产品更新换代，提高了产品的竞争力，并正朝着智能型计算机辅助设计开展。

而我国汽车设计长期处于传统的低效的手工设计阶段，尽管近今年来我国汽车工业开展迅速，前后引进了许多国家的先进技术和产品，形成了批量生产汽车的能力。

但是在汽车设计方面，尤其是在汽车的优化设计方面还与国外存在着相当大的差距。

利用计算机进展最优化设计，是在六十年代才开展起来的一门新技术。

国内在近几年才开场从事这方面的研究与应用。

值得注意的是，虽然在汽车设计中采用最优化技术的历史时间很短，但其进展的速度确实十分惊人的。

无论在机构综合，通用机械零部件设计方面，还是在各种专业机械和工艺装备的设计方面都由于采用了最优化技术而取得了显著成果。

开展速度如此迅猛的原因，一方面是由于生产实践中有大批最优化的问题等待人们去解决，另一方面是由于计算机日益广泛的使用，为采用最优化技术提供了一个得力的计算工具。

运用计算机进展汽车最优化设计，对整个汽车设计学科产生了十分深刻的影响，使许多过去无法解决的关键性问题，获得了重大突破，可以说它正在引起机械设计领域里的一场革命。

优化设计作为一种新兴的技术，尽管目前还不很成熟和完善，但正在日益广泛的受到人们的重视。

转向梯形机构是汽车转向传动机构中很关键的一局部，在汽车转向系统中为了减少轮胎磨损，减小转向力，保证汽车转向时的内、外转向轮尽可能作纯滚动，这一要求由转向梯形机构的几何性能来实现。

汽车的转向梯形对于汽车的工作状况，譬如汽车的平安驾驶等诸多方面具有重要的实际意义，以前技术人员往往通过FORTRAN或VISUAL、C++等计算语言，利用复合变形法、惩罚函数法、简约梯度法等现代设计理论的方法来进展最优化设计；但苦于没有标准的子程序可以调用，技术人员往往将自己编好的程序逐条敲入计算机，然后进展调试，最后进展最优化设计，这样的程序当其中任何一条语句有了毛病，甚至调试不当〔如数组维数不匹配〕，那可能导致错误结果的出现。

汽车转向梯形机构最佳方案的设计

三、注意油压参数的变化。在负荷基本不变的情况下, 油粘度的下降, 必然会造成控制油压上升, 加重磨损的发生; 在摩擦片本身有磨损的情况下, 要传递不变的扭矩 (负荷) , 必须要提高控制油压才能做到。可以说, 在运行过程中, 监视控制油压是判定液粘调速离合器状态是否正常的一个重要判据。以 M C400A 液粘调速离合器为例 ( 正常换油的前提下) , 在满负荷下, 初始工作时, 控制油压为 0. 5M Pa 左右, 工作 5 年后, 控制油压达到 0. 9M Pa, 接近了溢流阀设定的最高工作压力 1. 0M Pa, 可以判定摩擦片有较明显的磨损, 应进行检查更换。冷却油压
K 0 —主动转臂两球头销中心的距离 Η与 Ε—任意位置专线梯形的底角 Η0 与 Ε0—中间位置转向梯形的底角 Α—内轮转角 Β—外轮转角 ΒL —理论外轮转角 ΒS—实际外轮转角 ∆—转向偏差
3 最佳方案的设计
最佳方案的设计用两步完成, 第一步: 用计算机采用优选法确定最优区间。第二步: 用计算机采用公式法在最优区间内确定最佳方案。如果只用公式法, 计算太繁琐, 时间化费太长, 有的复杂问题要花几十个小时, 才能出结果, 所以要用优选法确定最优区间。如果只采用优选法, 在变量多时有漏点的缺点。优选法的结果并不是峰值、顶点。为了进一步提
x
3 i
x
y
2 i
i
i=
1至n
使实际特征线的斜率与理论特征线的斜率相差
最小,
即: ∆k= K (实) - K (理)
在偏差 ∆k 给定一个计算精度, 即可利用计算机进行优化, 求出转向梯形机构各杠杆的尺寸和相应
的底角的数值系列, 从中选出最优杆件尺寸和底角
区间。

整体式转向梯形机构优化

摘要：运用一种精度较高、计算较简单的平面分析方法去优化某小型货车的转向梯形机构，该方法对内、外侧转向
轮转角差的评价更贴合实际情况。并区分实际梯形转角差与 Ackerman 转角差的大小，利用 MATLAB 优化工具箱对该小型货车的转向系统进行了优化。通过优化，转向梯形机构得到了改进，并证明了优化方法的可行性。
向轮转角作比较，充分考虑内、外侧车轮的转角差，
在图 2 中，O 点为瞬时转动中心，θ 1 与 θ 2 分
并结合本次车型的实际情况建立目标函数如下：
别为汽车转向时的外侧转向轮转角与内侧转向轮转角，k 为轴距。对于 b 的值，在国内目前流行的汽车设计书籍中，转向梯形机构的优化设计中常采用近似的平面分析方法，这种方法让 b 取值
参考文献
［1］中国汽车技术研究中心译.产品质量先期策划和控制计划［M］. ［2］余志生.主编.汽车理论［M］.北京：机械工业出版社. ［3］张洪欣.主编.汽车设计［M］.机械工业出版社. ［4］西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著.机械设计［M］.高等教育出版社.
不考虑车轮的外倾角。而应用平面分析方法 2，b 值为： b = 2 × K × c o s（2 τ ）× tanβ + b 1
（2）
2 转向优化原理及方法分析
从图 2 中可以推导出内、外转向轮转角满足
汽车的转向参数设置得不好，轻则影响轮胎的使用寿命，降低其行驶平顺性，重则可能由于侧滑导致侧翻等安全事故。因此需要对汽车的转向参数进行优化，以所有转向轮均能实现纯滚动为原则，即所有车轮均绕同一瞬时旋转中心滚
b = 2 × r × tanβ + b 1
（1）
与左侧转向轮向左转动，梯形臂 L1 通过拉动转向

整体式转向梯形机构的优化设计

整体式转向梯形机构的优化设计
陈雯;崔淑丽
【期刊名称】《山东交通科技》
【年(卷),期】2010(000)001
【摘要】转向梯形机构是使汽车转向时实现内、外轮理想转角关系的核心部件.建立了整体式转向梯形机构的数学模型,介绍了基于MATLAB优化工具箱的"整体式转向梯形机构"的优化设计计算程序.利用该程序,用户可以交互式输入结构基本参数,即可得到优化计算结果,并自动绘制出实际输出角和输出角期望值随输入角的变化曲线,以便用户分析、比较和选择.为转向梯形设计提供了高效、精确的实用方法.【总页数】3页(P60-62)
【作者】陈雯;崔淑丽
【作者单位】山东交通学院汽车工程系,山东济南250023;北京市交通学校,北京100096
【正文语种】中文
【中图分类】TH112;TP302.1
【相关文献】
1.汽车整体式转向梯形机构优化设计 [J], 刘旋;李腾飞;郑帅广
2.整体式转向梯形机构的优化设计 [J], 陈晓希;吕红明;王琪
3.整体式转向梯形机构的优化设计 [J], 何正强;石凯凯
4.基于Matlab的整体式转向梯形机构优化设计 [J], 王卓周;傅小青;赵航;石能芳;
5.基于MATLAB的整体式转向梯形机构的优化设计 [J], 赵振全;曹智;汪兆兴;韩国强;屠强
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转向梯形驱动机构的运动分析及优化设计

V ol 121　N o 18公　路　交　通　科　技2004年8月JOURNA L OF HIGHWAY AND TRANSPORT ATION RESEARCH AND DEVE LOPMENT文章编号:1002Ο0268(2004)08Ο0124Ο05收稿日期:2003Ο07Ο03作者简介:李玉民(1969-),男,河南南阳人,东南大学博士研究生,主要研究方向为载运工具运用工程1转向梯形驱动机构的运动分析及优化设计李玉民1,李旭宏1,过学迅2(11东南大学交通学院,江苏　南京　210096;21武汉理工大学,湖北　武汉　430070)摘要:转向梯形驱动机构的空间布置对汽车的操纵稳定性影响很大。

本文以常见的非独立悬架结构为例,建立空间几何模型进行运动分析,提出同时满足“与前悬架运动协调”和“左右转向力均匀”两方面要求的转向梯形驱动机构优化设计方法。

实践应用表明该方法可行。

关键词:汽车转向;空间连杆机构;运动分析;优化设计中图分类号:U46312 文献标识码:AK inematics Analysis and Optimal De sign of Driving Mechanismsof Ackerman Steering LinkageLI Yu Οmin 1,LI Xu Οhong 1,G UO Xue Οxun2(11T ransportation C ollege ,S outheast University ,Jiangsu Nanjing 210096,China ;21Wuhan University of T echnology ,Hubei Wuhan 430070,China )Abstract :The spatial position of driving mechanisms of Ackerman steering linkage quite in fluences the stability of vehicle maneuvering characteristics 1T aking non Οindependent suspension as an example ,this paper establishes spatial geometric analysis m odel ,then puts forward an optimal design method which meets the coordinated m otion of steering driving linkage and front suspension ,at the same time meets the uniformity of left Οand Οright steering force 1Application shows that the method is feasible 1K ey words :Autom otive steering ;S patial linkage mechanisms ;K inematics analysis ;Optimal design 如图1示,汽车转向传动机构包括转向梯形和转向梯形驱动机构,其中转向梯形驱动机构是指由转向摇臂OA 、直拉杆AB 和转向节臂BC 等组成的驱动转向梯形完成转向任务的连杆机构。