重型汽车双前桥转向运动学分析
1引言汽车前桥
重型汽车双前桥是一种较为复杂的结构,为了保证其良好的转向性能,减少轮胎磨损必须使各转向轮转向时尽量处于纯滚动状态。本文在分析双前桥各轮运动关系和悬架与转向机构干涉的基础上,根据双桥转向机构由多杆件组成的特点,运用实际车型的关键尺寸在ADAMS 软件的wiev 模块中建立了近似于原车的运动学模型,并运用该虚拟样车进行了实车分析。
2转向运动学分析
双前桥机构除了需要符合一般转向机构的要求,由于其自身结构的特殊性还会有一些特殊的规定:
2.1 转向轮理想运动关系
为了保证各转向轮转向时都作纯滚动,同一轴上的转向轮左转向角应满足阿克曼定律式(1)、(2);同时第一、二前桥已有的转向轮转向运动应满足运动协调关系(3)式;其转角关系如图1所示:
111L B
Ctg Ctg +
=αβ    (1) 2
22L B
Ctg Ctg +=αβ  (2) 2
1
2121ββααtg tg tg tg L L =
=    (3) 式中:1α、2α—第一、二桥左轮转角;
1β、2β—第一、二桥右轮转角;
1L —第一桥轴线至第三、四桥轴线的距离; 2L —第二桥轴线至第三、四桥轴线的距离;
图1 双前桥的转角关系
2.2 转向系统与悬架干涉
双前桥转向系统中各桥的转向纵拉杆与桥的悬架运动干涉如图2所示。图2中A 1是转向节与纵拉杆连接点,B 1是纵拉杆与转向摆臂连接点,O 1为悬架的前吊悬点,B 1A 1为纵拉杆,f d 为悬架动扰度。A 1一方面围绕悬架中的O 2点沿'
JJ 轨迹运动;另一方面绕B 1点沿'
KK
图2 转向传动机构运动校核图
运动,特别是悬架变形到极限位置动扰度f d 时,轨迹运动干涉最大,只有两轨迹完全重合时才无干涉运动。
3模型建立
3.1 物理样机的传动关系
这里考虑的转向是在原地给方向盘一个转角输入,通过转向传动机构,使转向轮按照要求转向。具体情况和简化流程图如下:
图3 双前桥转向传动关系
3.2转向系与悬架的运动干涉在虚拟样机中的处理
图4是转向系与悬架的运动干涉在虚拟样机中的处理:总坐标是指模型坐标。
图4 转向系与悬架的运动干涉
3.3建立虚拟样机模型
3.3.1虚拟样机建模前处理:
⑴ 简化零件外形,忽略质量、质心位置、惯性等。根据双前桥结构特点,其大部分零件用
杆件来代替。
⑵ 保证零件的空间相对位置和零件之间的连接属性必须与物理样机相同。
3.3.1虚拟样机建模过程:
⑴ 利用ADAMS 某些模块强大的建摸功能,在ADAMS/car 模块中,根据几何尺寸和结构参数建立双前桥操纵机构steering template 、车架机构body template 、车轮机构模块wheel template 。
⑵ 利用ADAMS/view 的完善的仿真结果后处理、参数化分析功能,将在上述两个特殊模块中建构的模型导入Aview ,装配成实验子系统subsystem 后,根据各个templates 之间的传动关系添加运动副。
⑶ 在各个关键系统装配好之后,从方向盘输入角位移。以下是重卡双前桥转向与行驶系统模型。
图5 双前桥的转向与行驶系统模型