重型汽车双前桥转向系统的建模及优化

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武汉理工大学

硕士学位论文

重型汽车双前桥转向系统的建模及优化

姓名：汪珊

申请学位级别：硕士

专业：车辆工程

指导教师：何天明

20090601

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摘要

双前转向桥的转向轮异常磨损是商用车领域比较普遍的现象，该现象引起了广大科研工作者的关注。轮胎的异常磨损除了与路况、使用方法、轮胎质量等因素有关外，还与转向系统的参数有关。资料统计表明车轮定位参数及转向机构的不正确设计是导致轮胎异常磨损的重要因素，由车轮定位及转向机构引起的故障占整车故障的３０％左右，所以研究车轮定位参数、转向机构的运动特性及设计方法对于减小双前桥转向系统转向轮的异常磨损尤为重要。

本文以某双前桥转向系统作为基础，分析了导致双前桥转向系统转向轮异常磨损的影响因素，并以某双前轴转向的载货汽车技术参数作为研究对象，分析导致异常磨损原因，从转向参数的角度对影响磨损的因素进行了分析。首先对该车型的总体结构及结构可能会引起的磨损情况进行了分析，并对该转向机构进行了简化。然后对双前桥转向系统运用坐标转换的方法，进行了参数化建模。确定影响转向系统的参数，并选取其中对转向系统影响明显，又在现有条件下可以改变的几个参数作为优化对象。确定其转向参数的优化范围及优化目标。前后转向轮实际转角与阿克曼理论转角若越接近，则说明该转向轮越处在滚动状态，当转向轮处于滚动状态，就有可能减少轮胎的磨损。所以选取转向轮实际转角与理论转角的差值作为优化目标，若差值越小，则说明车轮越接近滚动状态。

最后运用ＡＤＡＭＳ的优化功能对影响双前桥转向轮异常磨损的转向参数进行了优化分析，得出满足目标函数的一系列参数。用该参数相对于原参数的结论进行对比分析，发现优化后参数能够减少前后车轮理论转角与实际转角的差值。方案表明，适当调整转向系统四连杆机构、转向轮定位参数以及转向梯形的参数，可以减少双前桥转向系统转向轮异常磨损。关键词：双前桥转向系统，参数化，优化仿真，阿克曼转角，异常磨损

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Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｄｕａｌ－ｂｒｉｄｇｅｂｅｆｏｒｅｔｈｅｔｕｒｎｏｆｔｈｅｓｔｅｅｒｉｎｇｗｈｅｅｌｓｆｏｒａｂｎｏｒｍａｌｗｅａｌ＂ａｎｄｔｅａｒｉｓａｃｏｍｍｏｎｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｉｎｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｖｅｈｉｃｌｅｓｆｉｅｌｄｓ；ｔｈｅｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｈａｓａｒｏｕｓｅｄｔｈｅｃｏｎｃ锄ｏｆｔｈｅｍａｊｏｒｉｔｙｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｗｏｒｋｅｒｓ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎｔｏａｂｎｏｒｍａｌｔｈｅｔｉｒｅｗｅａｒ

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ｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄｔｈｅａｃｔｕａｌｒｏｔａｔｉｏｎ

ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅａｎｇｌｅｏｆｔｈｅｍａｒｇｉｎ．Ｐｒｏｇｒａｍｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｓｔｏｆｏｕｒ－ｂａｒｌｉｎｋａｇｅｓｔｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｓｔｅｅｒｉｎｇｗｈｅｅｌｐｏｓｉｔｉｏｎ

ｒｅｄｕｃｅｔｈｅｄｏｕｂｌｅ－ｆｒｏｎｔ—ａｘｌｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｓｔｅｅｒｉｎｇｌｉｎｋａｇｅｃａｎ

ｓｔｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｔｅｅｒｉｎｇｗｈｅｅｌａｂｎｏｒｍａｌｗｅａｒａｎｄｔｅａｒ．

Ｋｅｙｐｈｒａｓｅ：Ｄｕａｌ－ｆｒｏｎｔａｘｌｅｓｔｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ、ｐａｒａｍｅｔｅｒ、ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ

Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ、Ａｃｋｅｒｍａｎｓｔｅｅｒａｎｇｌｅ、ａｂｎｏｒｍａｌｗｅａｒａｎｄｔｅａｒ

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独创性声明

本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

签名：午嶂日期：２噶『蛆

学位论文使用授权书

本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。

（保密的论文在解密后应遵守此规定）…懈）．Ｒ时驯捌俨矽晰州

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第１章绪论

１１选题背景

１．１．１课题的来源

双前桥转向系统是一种比较先进的转向系统，目前在商用车领域应用比较广泛。双前桥转向系统虽然可以起到节省成本的作用，但是在使用过程中普遍存在着轮胎异常磨损、容易跑偏、摆振严重等问题。本课题分析双前桥转向系统市场上使用现状，以及在现有的条件下，双前桥转向系统运用时故障特点，结合学习内容而确定。要求对一款重型汽车的双前桥转向系统进行优化，以减少其转向轮轮胎的异常磨损，该转向系统采用双前桥助力转向系统，该车型整车如图１－１所示：

图１—１实车图片

ｉ．１．２课题的提出

橡胶轮胎由橡胶和骨架材料构成，装在汽芋车轮轮辋上，是汽车与地面之问的传力元件，起着承载、驱动、转向、制动等作用，其性能的优劣将直接影响到汽车的动力性、转向操纵性、制动性、行驶平顺性、越野性、乘坐舒适性

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及安全性等。轮胎磨损主要是轮胎与地面间滑动产生的磨擦力造成的，汽车起步、转弯及制动等行驶条件的不断变化，转弯速度过快、起步过急、制动过猛，轮胎的磨损就快。另外，轮胎的磨损还与汽车的行驶速度有关，行驶速度愈快，轮胎磨损愈严重，路面的质量也直接影响到轮胎与地面的摩擦力，路面较差时，轮胎与地面滑动加剧，轮胎的磨损加快。以上情况产生的轮胎磨损，基本上是均匀的，属正常磨损。

轮胎的正常磨损就是指在正常情况下，轮胎花纹的磨损状况比较均匀，故使用寿命比较长。而轮胎的异常磨损则是在不正常的情况下，轮胎花纹的磨损量不一致，磨损状况变得不均匀，从而影响正常的使用寿命。

这也就是为什么要经常检查自己汽车轮胎的磨损状况的原因，因为如果发现轮胎的磨损出现异常，就肯定有问题存在，如果不能及时发现问题，不仅会大大缩短轮胎的使用寿命，而且会留下安全故障隐患。

轮胎的磨损是轮胎与地面间的磨擦力造成的。磨擦有静摩擦，活动摩擦，滚动摩擦。要产生摩擦是由力引起的。因此在不同的摩擦状态，不同的力的情况下其轮胎磨损程度各不相同。静摩擦状态下汽车的牵引力或制动力为零时，即汽车为静止状态，轮胎的磨损等于零。活动摩擦状态下因摩擦系数很大，且汽车的牵引力或制动力也很大，即汽车为猛启动，制动抱死，打滑等情况下轮胎的磨损就很大。滚动摩擦状态下因摩擦系数比活动摩擦状态下因摩擦系数小，在外力相等情况下。轮胎的磨损就小。

造成轮胎的异常磨损的原因有许多，如前轮定位不等、轮胎气压不符合要求、超载、载荷分布不均等等，但是，首要因素是要找到轮胎不同异常磨损的原因。

１）轮胎成多角形磨损

特别是台肩处磨损严重，其主要原因是：车轮、轮胎偏心或弯曲；轮毂、转向节偏心或弯曲；轴承或者转向销松匡，回转部分处于不平衡。

２）轮胎的半周产生早期磨损

其原因出以上所述之外，还应查看制动状况是否良好。

３）轮胎某一部位出现异常磨损

其原因很明显是由于紧急制动使车轮抱死，或者快速起步使车轮打滑引起的胎面局部磨损。这种磨损会加速缩短轮胎的使用寿命，应该尽量避免紧急制动与急速起动。

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４、轮胎凸缘处发生单侧边缘早期磨损

形成锯齿状单侧凸缘，其原因是：前部轮胎受制动力影响易发生此类磨损，后部轮胎受制动力驱动力交替作用影响，易产生较均匀的磨损。特别是制动器分离不彻底，易产生此类磨损。

５１轮胎两侧台肩处外侧发生异常磨损

原因是前轮外倾调整过大；前柬值过大；主销后倾角和内倾角过大。或者是充气量不足．或长期超负荷行驶。充气量小或负荷重时，轮胎与地面的接触面大，使轮胎的两边与地面接触参加工作而形成早期磨损。

６１轮胎两侧台肩处发生位置不同的异常磨损

其原因是车轮、轮胎偏心或弯曲；曲轴转向销松旷，前后桥不平衡。

７１轮胎台肩处槽早期磨损

中冠部磨损量较小，其原因是：超载；轮胎气压偏低。

８１轮胎中冠部磨损严重

台肩处磨损较轻，其原因是轮胎气压偏高。适当提高轮胎的充气量，可咀减少轮胎的滚动阻力，节约燃油。但充气量过大时，不但影响轮胎的减振性能，还会使轮胎与地面的接触面积减小，正常磨损只能由胎面中央部分承担，形成早期磨损。如果在窄轮辋上选用宽轮胎，也会造成中央部分早期磨损。

本课题所研究的车型从轮胎磨损的形状看主要表现在轮胎两侧台肩处外侧技生异常磨损，如图１－２所示。所以，经过分析决定从转向系统的参数及结构入一图Ｉ－２原车轮胎异常磨损手对转向系统进行最优化分析，从而减少异常磨损量。

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１．１．３技术难点

分析转向系统的设计现状发现，在现有的双前桥转向系统中最重要的是以下几个技术难点问题。

１）双前桥转向系统应该选择什么样的布置方案。

双前桥转向系统布置方案比较灵活，转向系统主要包括转向盘、转向轴及转向传动轴、转向机、转向拉杆、前桥总成、转向管路、转向泵、转向罐、车轮等组成。各个转向结构的布置关系比较灵活。

２）双前桥转向系统的运动部件如何选择，传递的速比如何确定，达到什么样的传递关系转向轻便性最好。

在双前桥转向系统中，转向机的传递速比的确定对整个转向系统的转向灵活性及转向安全性有很大的影像。另外，转向桥的长度的设计、转向轮定位参数的设计也会影响到转向系统的转向轻便性。

３）转向系统的传动杆系如何确定其技术参数，在什么样的状况下才能使杆系与悬架在运动中不发生干涉。

在双前桥转向系统中，考虑到与汽车悬架的运动协调，杆系及摇臂机构的布置形式有多种。在非独立悬架双前桥转向系统中，按摇臂机构的结构型式，可分为单摇臂机构及双摇臂机构两类。摇臂机构的型式的选择和摇臂及纵拉杆连接点的位置有关，而该连接点位置的确定主要考虑摇臂机构与悬架系统在运动关系上的协调一致性，尽量缩小转向拉杆与悬架导向机构的运动干涉。

４）转向轮的定位参数如何确定，才能使得转向系统操纵稳定性最好。

转向轮的定位参数直接影响到转向系统的轻便性，合理的车轮转向参数的设定，有利于减少汽车车轮的磨损。对于双前桥转向系统而言，其转向轮定位参数的确定较四轮转向要复杂的多。

１．２课题的目的和意义

进入２ｌ世纪，随着我国国民经济的不断发展，汽车市场中对商用汽车的需求不断增加，尤其是近年来，随着地区间的物流需求日益增大，商用车迎来了高速增长的良机。在这种环境下，商用车的地位就日见突出。２００７年，中国商用车市场整体火爆，据中国汽车工业协会统计显示，２００７年商用车产量增长

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２４％。而在商用车领域，重型载货汽车的增长速度尤其显著，２００７年增长幅度达到５８．６４％，创历史最高记录，重型卡车市场很大一部分是被物流运输业消化，重卡可节省大量人力和时间成本，不少运输企业已经开始为计重收费做准备，自重小、运速快的大功率多轴牵引车也成为发展方向。

随着国家治理汽车“双超＂的持续深入开展，以及车用油价的走高，市场及用户迫切需要一种在满足汽车法规的前提下，经济效益更好、安全性更高的汽车用于运输。基于这种市场需求信息，市场上出现了双前桥转向系统的载重汽车。在重型汽车领域双前桥转向系统是一种较新型的结构。这种转向系统的汽车载货量大，转向稳定，转向阻力较小，并且转向半径较小。另外具备承载能力强、经济效益好、安全性高等特性。中国重汽研制出的国内首辆双转向前桥６×２重型牵引车，在承载力与６Ｘ４车型基本相同的情况下，减少了一根驱动桥，多了一根转向桥，但转向桥的价格和重量远远低于驱动桥，使整车价格降了很多。目前我国已经相继有几家重卡汽车公司推出了一系列双前桥转向系统的车型。

但是，在双前转向桥的运用越来越多的时候，却也带来一些比较典型的故障，该故障主要表现在双前桥转向系统的转向桥尤其是转向中桥的异常磨损问题上。

本课题研究的目的是按照优化的要求，分析重型汽车双前桥转向系统的结构特点，利用计算机设计软件对某载重汽车双前桥转向系统进行性能优化，并对转向系统的一些技术参数进行修正，匹配合适的转向传动方案，以达到尽量减少轮胎异常磨损的目的。

１．３国内外双前桥转向系统的发展状况与研究现状

自从日本第一辆双转向桥载货汽车问世以来，就受到各个国家汽车公司的重视。２００４年３月，日本五十铃两种型号的重型车底盘（Ｃ）（Ｈ５０Ｓ、ＣＸＨ５０Ｔ）因转向系统存在安全隐患，被国家质检总局吊销强制性产品认证证书，并禁止进口后，引起国内媒体及汽车企业的关注。两款五十铃底盘车是自另一款五十铃“ＣＸＺ５１Ｋ＂底盘车改装而来，与“ＣＸＺ５１Ｋ＂出自同一生产线。不同的是，其在“ＣＸＺ５１Ｋ’’的基础上加了一个转向桥，成为双转向桥车。据称，这种改装是出于中国用户的“需求＂，因为双转向桥车的转弯半径小，载重量大。也正是

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因为这件事情，双前桥转向汽车一度引起国人的广泛关注。

１．３．１双前桥转向系统国外研究状况

早在８０年代初期，国内就对双前桥汽车的转向系统进行了探索，提出了多种行之有效的设计方法。早期的设计方法以平面投影设计方法为主，因为缺乏直接在空间中建立机构的运动方程的数学理论，所以通常将空间问题转化为平面问题来解决。通过这种方法不仅可以简化系统结构，同时也可以建立便于实现数值计算的系统模型。

在实际设计中，要想通过转向机构使所有车轮在每一个转向角度都能绕同一个瞬心转动是无法实现的。通常的做法是依靠经验公式来设计。在研究中，则采用优化算法，建立目标函数，求解出最优值。

众多的优化研究方法都认为，对于双前桥转向机构，可以将整个系统拆分成几个小系统来考虑，即每一个转向桥均可由一个转向梯形机构来保证左右转向轮按转向规律偏转，而两前桥之间的运动协调关系则需要根据具体情况设计摇臂机构来加以保证，通常研究者认为，梯形机构是无须进行优化的，左右车轮的关系完全可以由独立设计的梯形机构来实现。主要影响多轴转向特性的是摇臂机构，因此，大多数双前桥转向机构的研究论文将摇臂机构作为优化设计研究的重点，并根据优化理论编写了许多有效的计算软件。

随着计算机性能的不断提高，出现了许多用于工程计算的专用软件，为工程技术人员的研究工作带来了方便，减少了工程开发中自己编程的麻烦；同时也使得许多优秀的数学理论得到了推广应用。

１．３．２双前桥转向系统国内研究状况

我国第一辆双前桥重型汽车最早出现在１９９８年，开发于一汽汽车技术中心，代号ＣＡｌ２００ＰｌｌＱＬｌｌＴ４，主要是依据日本同类车型开发研制而来。该重型汽车采用８×４布置方式，同年投放市场，从市场反应看，因为很多用户用惯了２轴或３轴车，虽然喜欢多轴车较强的载重能力，但不少人对这种新设计心里没底，不知道是否可靠，因此销量不是很大。２００５年，中国重汽济南商用车公司成功研制出国内首辆双转向前桥６Ｘ２重型牵引车。此车型在承载力与６Ｘ４车型基本相同的情况下，比６Ｘ４车型减少一根驱动桥。虽然比６×２车型多了一根转

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向桥，但转向桥的价格远远低于驱动桥，使得整车价格比６Ｘ４车型低很多。近几年以来双前桥载重汽车表现得异常突出，非常火爆，几乎一直是供不应求，我国其他的一些商用车公司也纷纷向市场投放双前桥重型汽车。

随着双前桥载重汽车在市场上的比例不断扩大，对双前桥转向系统方面的研究工作也越来越引起国内相关设计开发人员的关注，同时各个大专院校和整车的生产厂针对双前桥转向系统提出了很多优化设计方法和相应的理论。湖南大学唐应时副教授及学生，同时运用Ａｄａｍｓ、ＭＡＴＬＡＢ、及Ｃ＋＋建立双前桥系统的数学模型，并对系统进行了优化。吉林大学郭孔辉教授运用空间坐标转换公式，编写转角关系程序对求解了整车转弯过程中回转直径及回转中心相对于后轴的前置距。合肥工业大学张代胜教授及学生运用虚拟样机技术对双前桥转向系统关心的三大问题——运动学、动力学及干涉进行了分析，对转向的刚度和强度进行了分析。

但是，早期的研究大多将前桥转向系统拆分成几个小系统来考虑，把摇臂机构作为优化设计的重点，或者把前桥的转向梯形简化为平面结构，这些方法虽然可以使计算方法大大简化，但也使计算精度受到了较大的影响，导致计算结果与实际偏差较大。并且许多研究采用了数学模型进行分析，数学模型复杂且出现的错误不易发现，另外，在优化过程中都是基于同一个转向轮定位参数的假设。在这种假设条件下，忽略了转向轮定位参数改变对整个转向系统的影响，仅仅考虑传动杆的优化不符合双前桥转向系统的现状。

１．３本课题主要研究内容

１．３．１研究目标

本课题研究拟达到以下几个目标：

１）分析各种转向机构的优缺点，针对一种特定的双前桥转向系统的模型

（如图１．３），对其进行分析。

２）在原有的技术参数的基础上，分析双前桥转向系统各个传动机构的功能

及技术参数特点，分析其各种不同结构的利弊，在原有结构前提下，确定一套异常磨损最小的转向系统。

３）运用分析软件对双前桥转向系统的技术参数进行优化，得到最优的双前

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桥转向系统相关参数。

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图Ｉ－３原车底盘模型

１．３．２关键问题

双前桥转向系统的设计与优化主要要解决以下几个关键的技术问题，该问题也是本论文论证重点章节：

１）

２）

３）

４）双前桥转向系统模型的建立；确立双前桥转向系统优化目标；双前桥各个转向连接件的优化区间的确定：对各个传递组件的结构参数进行优化，得到优化后的技术参数。

１．３．３研究内容

对于本次论文所研究的转向系统，首先建立空间三维的模型。通过空间模型约束的设置来准确的描述转向梯形以及转向拉杆传递机构的各个铰接点的实际运动方式，进而可以较准确的描述每一个车轮的转角，并通过优化，可以使车轮转角关系更加接近理想转角关系，使车轮的横向滑移尽可能的小，以减少轮胎的磨损。在上述理论计算的基础上我们还利用ＣＡＥ软件进行运动学分析，使计算结果与实际试验结果吻合，完全可以满足使用要求。总而言之主要包括以下几个方面内容。

１）双前桥转向系统的结构影响分析双前桥转向系统和单前桥转向系统虽然许多相似，但也有一些结构上的区

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别，如转向横直拉杆有二副。双前桥转向系统不同的结构布置尤其是转向摇臂选择方式不同会引起不同的转向轮磨损规律。本文将分析不同结构对轮胎磨损的影响。

２）双前桥转向系统传动路线的布置分析

由于双前桥转向系统的动力传递路线较长，双前桥转向系统力矩的传递路线比较灵活，不同的传递方式可能产生不同的转向结果。为解决实际问题，已知一套原始转向传动路线，如何优化出一套结构简单、工作可靠的转向系统传动方案，是本课题研究的重点。

３）分析双前桥转向系统的杆系参数对磨损的影响

双前桥转向系统的转向轮磨损与传递路线的布置方案有关以外，还与转向系统的前轮定位参数及转向梯形结构有关，根据道路的使用情况，需要确定一个合理的前轮定位参数及转向梯形参数，从而保证转向结构尽量满足设计目标。

４）对双前桥转向系统的参数及结构进行建模优化

分析了各个不同的转向结构对磨损的影响，最终需要确定一套最优的转向系统，双前桥转向系统设计的好坏，主要考虑该系统在转向的时候能否减少车轮的侧滑，而要保证车轮不发生侧滑，就必须使车轮在运动过程中处于纯滚动状态。尽量保证转向轮的实际转向半径与理论转向半径相同，即各个转向轮的实际转向角度尽量满足阿克曼转角，这个条件是对双前桥转向系统的参数结构优化的最终目的。

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第２章双前桥转向系统理论基础

２．１转向系统的总体结构

当汽车需要改变行驶方向时，必须使转向轮绕主销轴线偏转一定角度，直到新的行驶方向符合驾驶员的要求时，再将转向轮恢复到直线行驶位置。这种由驾驶员操纵，转向轮偏转和回位的一整套机构，称为汽车转向系。

双前桥转向系统总体逻辑结构可以按不同的功能进行划分：

１）承载功能：第一、二前轴一转向节一主销一止推轴承一轮毂内外轴承一

轮毂一车轮：

２）转向功能：动力转向器—转向垂臂一转向直拉杆一前过渡摇臂一第一桥

转向直拉杆一转向节臂一转向节一主销一止推轴承一第一桥梯形臂一第一桥转向横拉杆球头一第一桥转向横拉杆；

第二桥转向助力缸一后过渡摇臂第二桥转向直拉杆一转向节臂一转向节一销一止推轴承一第二桥梯形臂一第二桥转向横拉杆球头一第二桥转向横拉杆；

ｌ方向盘２转向轴３转向机

４转向拉杆５前桥总成６转向管路

７转向泵８转向油罐９车轮图２－１动力转向机构示意图

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武汉理工大学碗±学位论文

３）传递力及力矩功能：方向盘一转向柱管一万向节—动力转向器一转向摇

臂—直拉杆一前过渡摇臂一第一桥转向直拉杆一第一桥转向节臂一第一桥梯形臂一第一桥转向横拉杆；

前过渡摇臂—摇臂拉杆总成一后过渡摇臂一第二桥转向直拉杆一第二桥转向节臂一第二桥梯形臂一第二桥转向横拉杆：

４）助力功能：动力转向器一转向动力缸一二桥助力缸。

总体按转向能源的不同，转向系统可分为机械转向系统和动力转向系统两大类。本课题研究车型是一款液压助力转向系统。动力转向系统兼用驾驶员体力和发动机的动力为转向能源的转向系统，它是在机械转向系统的基础上加设一套转向助力装置而形成的。

属于转向加力装置的部件是：转向油泵、转向油管、转向油罐、转向控制阀及转向动力缸等。

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图２—２转向助力管路

当驾驶员转动转向盘时，转向摇臂摆动，通过转向直拉杆、横拉杆、转向节臂，使转向轮偏转．从而改变汽车的行驶方向。与此同时，转向器输入轴还带动转向器内部的转向控制阀转动，使转向动力缸产生液压作用力，帮助驾驶员转向操纵。这样，为了克服地面作用于转向轮上的转向阻力矩，驾驶员需要加于转向盘上的转向力矩，比用机械转向系统时所需的转向力矩小得多。在转向加力装置失效时，还能由驾驶员独立完成转向任务。本课题所研究车型就是采用液力式助力转向系。

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目前，在重型商用车领域，基本上都是采用液压助力转向系统，基于机械控制的双前桥转向系统，一般也采用液力助力转向，双前桥转向系统是在传统转向系统基本上增加一个转向前桥（二轴），二轴是通过过渡拉杆和过渡臂及转向助力缸等零部件组成的传递机构来实现转向功能的。

图２－３双前桥系统

对于般前桥转向的车辆，不但要保证每一个前桥尽量满足阿克曼转角关系同时还要使一轴和二轴的转向轮转向角保持一定的协调关系，以确保尽量减少轮胎磨损，这种协调关系主要取决于过渡拉杆和过渡臂的传递比例，另外在双前桥转向系统中，设有可调整机构，用来确保双前轴在直行时，四个转向轮相互平行，为了保证转向的舒适性，一般在过渡臂上设有转向助力缸，用来克服第二轴的转向阻力。此种转向系统的优点是在适应法规的基础上增加承载能力成本低，可靠。

本课题是选择一款某双前桥车型作为研究目标，其转向机构也是采用液压助力式，采用动力转向机和随动器液压助力。转向机为传统的整体式动力转向机，随动器的助力信号取自动力转向机并与转向机保持一致。因此，在汽车转向时，转向机和随动器的助力是同时发生的，使双前桥转向可靠、灵活、轻便

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２．１．１转向操纵机构

转向操纵机构由转向盘、转向轴、转向柱管、万向节和转向传动轴等组成它的主要作用是操纵转向器和转向传动机构，使转向轮偏转。◆１

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图２＿４转向操纵机构结构图

转向柱管中部用橡胶垫和支架固定在驾驶室前围板上，下端插人铸铁支座的孔中。转向柱管支座固定在转向操纵机构支架上。

转向轴穿过转向柱管，其下端支撑在转向柱管支座中的圆锥滚子轴承上，上部则通过转向轴衬套支撑在柱管的内壁上，其上端用螺母与转向盘相连接。转向盘上装有电喇叭按钮及相应部件。转向轴通过万向传动装置与转向器中的转向蜗杆相连。下万向节与转向传动轴用滑动花键相连接。往往转向操纵机构在驾驶室中位置固定。

２．１．２杆系及摇臂机构

对于双前桥转向车辆，考虑到与汽车悬架的运动协调，杆系及摇臂机构的布置形式有多种。在非独立悬架双前桥转向车辆中，按摇臂机构的结构型式，可分为双摇臂机构（如图２－３）及单摇臂机构（如图２—５）两类。

摇臂机构的型式的选择和摇臂及纵拉杆连接点的位置有关，而该连接点位置的确定主要考虑摇臂机构与悬架系统在运动关系上的协调一致性，尽量缩小转向拉杆与悬架导向机构的运动干涉。

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图２－５单摇臂机构

传统的双前桥转向系统前后桥之间都是采用转向连杆机构进行连接，比较常见的转向连杆机构如图２－６所示，其特点是前后过渡摇臂上节点固定在车架上，通过改变前后摇臂的长度，从而改变前后转向垂臂的运动协调性。该转向连杆机构容易实现空间布置．一般实用于短前悬汽车。但是由于下垂臂过长，容易发生与悬架系统的干涉。

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图２－６传统连杆机构连接原理图

针对上述连杆机构的特点，一些企业在连杆的设计方面进行了改进。本课题所研究的两个转向轴之间采用四连杆的方式进行连接，其过渡杆与摇臂机构

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