某轎車轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)的波動分析及優(yōu)化

楊飛 楊鈞浩

摘 要：汽車轉(zhuǎn)向過程中，轉(zhuǎn)向波動直接影響駕駛員操作穩(wěn)定性和駕駛舒適性。文章主要介紹了某轎車轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)的建模分析相關(guān)的方法、模型的優(yōu)化及仿真結(jié)果，在Adams/View環(huán)境中通過已給硬點(diǎn)坐標(biāo)建立轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)模型，進(jìn)行運(yùn)動仿真、獲取相關(guān)數(shù)據(jù)并分析其波動性能。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系統(tǒng);波動分析;動力學(xué)仿真

中圖分類號：U463.4 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）20-104-03

Abstract： During car steering， steering fluctuations directly affect the driver's operating stability and driving comfort. This article mainly introduces the methods， optimization and simulation results of a car's steering transmission system modeling and analysis. In the Adams / View environment， the steering transmission system model is established by giving hard point coordinates to perform motion simulation， obtain relevant data and Analyze its fluctuation performance.

Keywords： Steering system; Wave analysis; Dynamic simulation

CLC NO.： U463.4 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）20-104-03

前言

在汽車轉(zhuǎn)向過程中，轉(zhuǎn)向波動直接影響著駕駛的舒適性和操作穩(wěn)定性。在對汽車轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)進(jìn)行布置時(shí)，需要考慮轉(zhuǎn)向輸入軸、中間軸、輸出軸的布置，合理設(shè)定主從動軸間的夾角以及萬向節(jié)叉的相位角，使波動的影響降到最低[1]。

1 模型概述

所開發(fā)的轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)模型由Adams/View MD2010環(huán)境建立，它包含的子部件如下：

（1）轉(zhuǎn)向盤;

（2）轉(zhuǎn)向輸入軸、轉(zhuǎn)向中間軸、轉(zhuǎn)向輸出軸（齒輪）;

（3）齒條。

2 轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)介紹及優(yōu)化參數(shù)的設(shè)定

2.1 轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)介紹

通過Adams/Car對懸架及整車參數(shù)進(jìn)行性能優(yōu)化之后，齒輪齒條轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向拉桿的內(nèi)球餃點(diǎn)和外球餃點(diǎn)位置便可以確定[2]。在確定此位置以及整車總布置確定了方向盤的位置和角度后，則需要對轉(zhuǎn)向傳動軸的布置進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化的目的是使得轉(zhuǎn)向輸出軸的輸出速度波動盡可能的小，保證傳動平穩(wěn)。

為保證從動軸轉(zhuǎn)速波動平穩(wěn)，必須滿足三個(gè)條件：

（1）中間軸與主、從動軸的軸間角應(yīng)相等;

（2）中間軸與主、從動軸的軸線應(yīng)在同一平面上;

（3）中間軸兩端的軸叉應(yīng)在同一平面上。

對于以上三個(gè)條件，條件1可以通過優(yōu)化滿足;條件2因方向盤人機(jī)工程及其他條件的限制一般較難滿足;條件3可以讓轉(zhuǎn)向中間軸的相位角等于傳動中間軸分別和輸入軸與輸出軸組成的面之間的角相等，這樣保證傳動過程中平穩(wěn)無波動。

2.2 優(yōu)化參數(shù)設(shè)定

轉(zhuǎn)向拉桿的內(nèi)外球餃點(diǎn)以及整車布置性能優(yōu)化后，轉(zhuǎn)向傳動軸可變化的參數(shù)不多，可進(jìn)行設(shè)計(jì)的變量如表1。

2.3 變量和坐標(biāo)的參數(shù)化

下面是各點(diǎn)的參數(shù)化表達(dá)式，變量前面帶 DV的都是設(shè)計(jì)變量：

A點(diǎn)（X，DV_Y，Z）

——其中 X、Z 坐標(biāo)不能更改，但是 DV_Y作為設(shè)計(jì)變量可以在一定范圍內(nèi)變化;

B 點(diǎn)（X+DV_R*sin（DV_theta），DV_Y，Z+DV_R*cos（DV_theta））

——此點(diǎn)為齒輪位于齒條前面的嚙合方式的坐標(biāo);

C 點(diǎn)（X-DV_R*sin（DV_theta）+L_out*sin（phita）*cos（DV_y-L_out*cos（phita），Z+R*cos（DV_theta）+L_out*sin（phita）*sin（（DV_ theta））;

D點(diǎn)（Ex-L_in*cos（alpha），Ey，Ez-L_in*sin（DV_alpha））。

各參數(shù)表示的具體含義如圖3、4所示。本文所針對的都是齒輪位于齒條前面的嚙合方式，另外一種齒輪位于齒條后面的嚙合方式可以按照本文類推。

3 優(yōu)化前后坐標(biāo)及參數(shù)對比

懸架性能優(yōu)化前后，轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)硬點(diǎn)坐標(biāo)及參數(shù)變化見表2、表3。

優(yōu)化設(shè)計(jì)后的結(jié)構(gòu)尺寸在轉(zhuǎn)向系的整車邊界數(shù)模中比較后，沒有發(fā)現(xiàn)與其他部件干涉。證明該優(yōu)化設(shè)計(jì)改進(jìn)是合理的，也是可行的。

4 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)動仿真分析

通過對相關(guān)硬點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)化，并通過優(yōu)化后，所獲得的仿真曲線較之前得到很大改善，輸出軸的傳動也較之前趨于平穩(wěn)，優(yōu)化前后轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輸出軸波動前后對比見表4。

優(yōu)化后輸出軸的轉(zhuǎn)速波動率為3.67%，故轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動變得更為平穩(wěn)（一般輸出軸波動率小于5%都是可行范圍）[3]。

參考文獻(xiàn)

[1] 章娟麗.基于ADAMS/View的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)力矩波動優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 汽車實(shí)用技術(shù).2018（09）.

[2] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2000.

[3] 裴錦華，李明.汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)力矩波動的匹配研究[J].汽車科技， 2010（03）.