基于ADAMS的整體式轉向梯形轉換計算參數的驗證

郭帥，孔丹

(泰安航天特種車有限公司，山東泰安 271000)

0 引言

在汽車整體式轉向系統設計計算過程中，轉向梯形的設計計算對車輪轉向及輪胎磨損有著重要影響。轉向梯形參數計算一般有圖解法、借助數學計算工具MATLAB進行優化計算法、ADAMS仿真計算法等。但將實際空間中的轉向梯形轉換到地面上的轉向梯形進行計算，卻有著多種方案。利用各種計算方案中得出的轉換梯形計算出的內外輪轉角與實際內外輪轉角存在一定的偏差。為此，作者使用ADAMS仿真軟件，對各種方案得出的轉換梯形的內、外輪轉角與實際車輪內、外輪轉角進行驗算。

1 轉向梯形轉換計算方法介紹

轉向梯形轉換計算過程中，需將實際空間轉向梯形轉換到地面上的轉向梯形進行計算。將空間轉向梯形轉化成平面梯形后，進行后續轉向梯形中各參數的優化設計。由于主銷傾角的存在，轉向梯形轉化到地面上的梯形時，梯形的底邊發生了變化，而底邊為左、右主銷中心線與地面交點的中心距。不同的轉向梯形轉換方案得出的置換轉向梯形參數不同，但置換到地面上的轉換梯形底邊一致，得到不同的轉向梯形中參數，繼而會對輪胎磨損程度產生不同的影響。文中介紹4種常用的置換方案。

方案一，使用橫拉桿球頭中心面上的梯形進行轉換。地面上轉換梯形的梯形斜臂長等于橫拉桿球頭中心面上的梯形斜臂長，地面上轉換梯形底角等于橫拉桿球頭中心面上的梯形底角，得出方案一的地面上的轉換梯形。

方案二，同樣使用橫拉桿球頭中心面上的梯形進行轉換。地面上轉換梯形的梯形斜臂長由橫拉桿球頭中心面上的梯形的梯形斜臂長通過相似比例(橫拉桿球頭中心面內的梯形底邊與地面置換梯形底邊呈比例)求出，轉換梯形底角等于橫拉桿球頭中心面上梯形底角，得出方案二的地面上的轉換梯形。

方案三，從橫拉桿球頭中心向主銷方向上做垂線，得出垂線所在的平面，得出此平面內的梯形。地面上的轉換梯形的斜臂長等于垂線平面內的梯形斜臂長，地面轉換梯形的梯形底角等于垂線平面內的梯形底角，得出方案三的地面上的轉換梯形。

方案四，從橫拉桿球頭中心向主銷做垂線，得出垂線所在的平面，得出此平面內的梯形。地面上的轉換梯形的斜臂長由垂線平面內的梯形斜臂長通過相似比例(橫拉桿球頭中心面內的梯形底邊與地面置換梯形底邊呈比例)求出，地面轉換梯形的梯形底角等于垂線平面內的梯形底角。

2 基于ADAMS建模仿真

使用某型號汽車轉向橋為物理模型，根據不同的轉向梯形轉換方案置換轉換梯形的參數，得出的不同轉換方案的轉換梯形參數見表1。

表1 轉向梯形轉換計算參數表

根據以上計算數據，在ADAMS中建立運動仿真模型。

為便于比較，將實際空間結構與4種方案的地面轉換梯形統一建立起1個ADAMS簡易仿真模型，如圖1所示。

圖1 ADAMS模型(含4種方案的轉換梯形)

其中運動副定義如下：在主銷和車橋之間為鉸接副，車橋與地面之間為固定副，主銷與空間梯形斜臂之間為固定副，橫拉桿與梯形斜臂之間為球副;地面轉換梯形中，轉換梯形的梯形斜臂與地面之間為鉸接副，轉換梯形的橫拉桿與轉換梯形的梯形斜臂間為鉸接副;在主銷和車橋之間的鉸接副與地面上轉換梯形的梯形斜臂與地面之間的鉸接副添加耦合副，各個方案各有1個耦合副，此模型中共計4個耦合副。

定義驅動：在左側主銷鉸接副上添加旋轉驅動，驅動函數為step(time,0,0,30,33d)，進行運動仿真。運動仿真后測量另側轉向輪實際轉角及各個方案另側轉向節實際轉角，得出各個方案中數據對應曲線，如圖2所示。

圖2 4種方案轉角與實際轉角的測量結果圖

為進一步分析對比數據及趨勢，將各測量曲線與實際轉角曲線放置在同一圖表中，得出的曲線如圖3所示。

圖3 4種方案轉角與實際轉角比較圖

從圖3中可以看出4種方案得出的轉角與實際轉角均存在一定偏差，其中方案二計算轉角與實際轉角最為接近。

3 數值分析

為更好地分析各種方案得出的轉角與實際轉角的關系，將測量值輸出為數據表，如表2所示。限于篇幅，表2只列舉出部分數據。

表2 測量結果統計表

從表2中，可以得出方案二與實際轉角最為吻合。

計算方案二與實際轉角的方差，得出方差值如表3所示。因篇幅限制，表3只列舉部分數值。

從方差統計表中可以看出，方案二與實際轉角的方差最大為0.010 9，最大方差區間為[21.641 4°，22.453 0°](外側輪轉角)。

表3 方案二與實際轉角方差值統計表

4 結論

借助ADAMS仿真軟件，通過對轉換轉向梯形計算轉角和實際轉向梯形轉角進行比較可以得出以下結論：

將空間轉向梯形轉換到地面梯形進行轉向梯形計算過程中，以橫拉桿平面內的梯形為原始梯形進行換算，轉換梯形底角為橫拉桿平面內梯形底角，轉換梯形斜臂長按橫拉桿平面底邊與地面換算梯形底邊比例求出，進而得出轉換梯形。使用此方法得出的轉換梯形計算出的內、外轉角關系與實際內、外轉角最為吻合，對后續轉向系統尤其是轉向梯形參數設計與計算具有一定指導意義。

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