資源描述:
《特種汽車多軸轉(zhuǎn)向技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì).doc》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。
1、特種汽車多軸轉(zhuǎn)向技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)摘要:本文介紹了特種汽車多軸轉(zhuǎn)向技術(shù)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化內(nèi)容,簡(jiǎn)要分析了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)、轉(zhuǎn)向助力匹配和轉(zhuǎn)向零部件分析等方面,總結(jié)了平面投影法、多體動(dòng)力學(xué)優(yōu)化法、梯形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和縱向傳動(dòng)系統(tǒng)等優(yōu)化目標(biāo),以及在應(yīng)用數(shù)學(xué)模型和約束時(shí)要考慮的因素。關(guān)鍵詞:特種汽車;多軸轉(zhuǎn)向;優(yōu)化設(shè)計(jì)隨著汽車行業(yè)的發(fā)展,用戶要求大型特種車輛具有更高的轉(zhuǎn)向性能。因?yàn)檗D(zhuǎn)向性能直接影響汽車可控制性[1],操縱穩(wěn)定性和效率,因此對(duì)特種車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。根據(jù)用戶需求,大多數(shù)大型特種車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都設(shè)計(jì)用于多軸轉(zhuǎn)向。一般
2、的設(shè)計(jì)方法是基于現(xiàn)有產(chǎn)品,經(jīng)過并行分析后進(jìn)行部分更改,這些變化不能滿足估計(jì)的運(yùn)行要求,并且不能提高整車的經(jīng)濟(jì)性。伴隨零部件改進(jìn)結(jié)構(gòu)的同時(shí),特種汽車的批量開發(fā)和產(chǎn)品升級(jí)也在加速,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程將大大縮短。因此,為更深入了解特種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的合理性,有必要分析其性能,并開發(fā)設(shè)計(jì)優(yōu)化的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和功能。1多軸轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和原理4學(xué)海無涯特種汽車多軸轉(zhuǎn)向技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)摘要:本文介紹了特種汽車多軸轉(zhuǎn)向技術(shù)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化內(nèi)容,簡(jiǎn)要分析了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)、轉(zhuǎn)向助力匹配和轉(zhuǎn)向零部件分析等方面,總結(jié)了平面投影法、多體動(dòng)力學(xué)優(yōu)化法、梯形機(jī)
3、構(gòu)設(shè)計(jì)和縱向傳動(dòng)系統(tǒng)等優(yōu)化目標(biāo),以及在應(yīng)用數(shù)學(xué)模型和約束時(shí)要考慮的因素。關(guān)鍵詞:特種汽車;多軸轉(zhuǎn)向;優(yōu)化設(shè)計(jì)隨著汽車行業(yè)的發(fā)展,用戶要求大型特種車輛具有更高的轉(zhuǎn)向性能。因?yàn)檗D(zhuǎn)向性能直接影響汽車可控制性[1],操縱穩(wěn)定性和效率,因此對(duì)特種車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。根據(jù)用戶需求,大多數(shù)大型特種車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都設(shè)計(jì)用于多軸轉(zhuǎn)向。一般的設(shè)計(jì)方法是基于現(xiàn)有產(chǎn)品,經(jīng)過并行分析后進(jìn)行部分更改,這些變化不能滿足估計(jì)的運(yùn)行要求,并且不能提高整車的經(jīng)濟(jì)性。伴隨零部件改進(jìn)結(jié)構(gòu)的同時(shí),特種汽車的批量開發(fā)和產(chǎn)品升級(jí)也在加速,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程將大
4、大縮短。因此,為更深入了解特種汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的合理性,有必要分析其性能,并開發(fā)設(shè)計(jì)優(yōu)化的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和功能。1多軸轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和原理4學(xué)海無涯對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要目的是分析轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)??赏ㄟ^結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化函數(shù)變量,并通過對(duì)轉(zhuǎn)向桿系進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析優(yōu)化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。另外,從轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向時(shí)前后輪同步軌跡協(xié)調(diào)方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。1.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化平面投影法是將轉(zhuǎn)向搖臂系統(tǒng)細(xì)分為多個(gè)子系統(tǒng),并將搖臂伸入垂直面,而轉(zhuǎn)向節(jié)臂伸入水平面,假設(shè)搖臂在垂直面上旋轉(zhuǎn),在水平面旋轉(zhuǎn),然后建立多個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,然后與轉(zhuǎn)向梯形系統(tǒng)
5、組合形成系統(tǒng)的完整模型。圖1中所示的雙前橋轉(zhuǎn)向搖臂系統(tǒng)可以分為第一軸節(jié)壁至搖臂,搖臂至中間臂,中間臂至第二軸搖臂,第二軸搖臂至轉(zhuǎn)向節(jié)臂四個(gè)系統(tǒng)。這樣,可以獲得每個(gè)轉(zhuǎn)向輪的旋轉(zhuǎn)角度以及兩個(gè)梯形機(jī)構(gòu)[5],然后可以使用Ackerman轉(zhuǎn)角關(guān)系來執(zhí)行優(yōu)化函數(shù)。多體動(dòng)力學(xué)優(yōu)化法是利用多剛體動(dòng)力學(xué)知識(shí),首先通過對(duì)轉(zhuǎn)向桿連接點(diǎn)坐標(biāo)的參數(shù)化來確定連接點(diǎn)的空間布置,再進(jìn)一步確定待優(yōu)化桿件的空間初始角度和長(zhǎng)度模型參數(shù),最后建立誤差目標(biāo)函數(shù),確定待優(yōu)化變量的初始值,最終優(yōu)化目標(biāo)是以目標(biāo)函數(shù)的最大值進(jìn)行最小化控制,進(jìn)而對(duì)各設(shè)計(jì)變量進(jìn)行優(yōu)化。1.2轉(zhuǎn)向
6、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)首先是轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。這是通過根據(jù)特定條件選擇合適的參數(shù)來設(shè)計(jì)梯形機(jī)構(gòu)。梯形機(jī)構(gòu)是必要的,以確保在轉(zhuǎn)向過程中所有車輪都在同一瞬時(shí)中心旋轉(zhuǎn),以減少輪胎磨損和功耗。梯形機(jī)構(gòu)必須滿足左右車輪的最佳比率,以使每個(gè)車輪執(zhí)行純滾動(dòng)轉(zhuǎn)向。由于當(dāng)前的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有待優(yōu)化,因此實(shí)際轉(zhuǎn)向特性和理論轉(zhuǎn)向特性曲線可能不會(huì)完全重疊。因此,在轉(zhuǎn)向角不大的情況下,要求兩者盡可能地接近以滿足車輛轉(zhuǎn)向優(yōu)化設(shè)計(jì)需求。特種車輛通常具有多軸轉(zhuǎn)向[4],因此需要優(yōu)化每個(gè)轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)分為整體轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)和斷開梯形機(jī)構(gòu)。它們
7、的數(shù)學(xué)模型不同,但優(yōu)化目標(biāo)相同。梯形機(jī)構(gòu)的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù):可得:縱向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)[6]是轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的另一部分。在轉(zhuǎn)向過程中,應(yīng)以最佳方式將轉(zhuǎn)向器的角度轉(zhuǎn)向至車輪的轉(zhuǎn)向角,并且在確保車輪達(dá)到目標(biāo)角度時(shí),轉(zhuǎn)向器應(yīng)具有足夠的夾角。同時(shí),在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)時(shí),有必要考慮轉(zhuǎn)向角、橫向變速比、動(dòng)力傳遞比和其他因素。在特種汽車多軸轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中,除前軸外的后多軸同樣參與整車轉(zhuǎn)向,以及使用各種后轉(zhuǎn)向功能而導(dǎo)致車輛響應(yīng)發(fā)生變化,因此存在差異。前軸和后軸之間的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)關(guān)系包括車輪旋轉(zhuǎn)角度與前軸和后軸控件之間的反應(yīng)時(shí)間。由于普通汽車上的軸數(shù)較少且機(jī)身較短
8、,因此在汽車轉(zhuǎn)彎時(shí),后軸的外輪軌跡不會(huì)超過前軸的外輪軌跡。因此,在觀察特種汽車的轉(zhuǎn)向性能時(shí),不必考慮外輪胎與后軸的偏差以及外輪胎與前軸的偏差。但是對(duì)于多軸特種汽車來說,由于車身長(zhǎng)且是多軸,復(fù)雜的轉(zhuǎn)向以及主動(dòng)地參與整車轉(zhuǎn)向的多軸車橋,車身的前部會(huì)感覺良好,而車身的