重型汽車雙橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化開題報(bào)告

1、重型汽車雙橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化開題報(bào)告第 1 章 緒論1.1 選題背景1.1.1 課題的來(lái)源雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種比較先進(jìn)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)， 目前在商用車領(lǐng)域應(yīng)用比較廣 泛。雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)雖然可以起到節(jié)省成本的作用， 但是在使用過(guò)程中普遍存在 著輪胎異常磨損、 容易跑偏、 擺振嚴(yán)重等問(wèn)題。 本課題分析雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)市場(chǎng) 上使用現(xiàn)狀， 以及在現(xiàn)有的條件下， 雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)用時(shí)故障特點(diǎn)， 結(jié)合學(xué)習(xí) 內(nèi)容而確定。 要求對(duì)一款重型汽車的雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化， 以減少其轉(zhuǎn)向輪 輪胎的異常磨損，該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用雙前橋助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。1.1.2 課題的提出橡膠輪胎由橡膠和骨架材料構(gòu)成， 裝在汽車車輪輪輞上， 是汽車與地面

2、之間 的傳力元件，起著承載、驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等作用，其性能的優(yōu)劣將直接影響到 汽車的動(dòng)力性、轉(zhuǎn)向操縱性、制動(dòng)性、行駛平順性、越野性、乘坐舒適性及安全 性等。輪胎磨損主要是輪胎與地面間滑動(dòng)產(chǎn)生的磨擦力造成的， 汽車起步、 轉(zhuǎn)彎 及制動(dòng)等行駛條件的不斷變化，轉(zhuǎn)彎速度過(guò)快、起步過(guò)急、制動(dòng)過(guò)猛，輪胎的磨 損就快。另外，輪胎的磨損還與汽車的行駛速度有關(guān)，行駛速度愈快，輪胎磨損 愈嚴(yán)重，路面的質(zhì)量也直接影響到輪胎與地面的摩擦力， 路面較差時(shí)， 輪胎與地 面滑動(dòng)加劇，輪胎的磨損加快。以上情況產(chǎn)生的輪胎磨損，基本上是均勻的，屬 正常磨損。輪胎的正常磨損就是指在正常情況下， 輪胎花紋的磨損狀況比較均勻， 故使

3、用壽命比較長(zhǎng)。 而輪胎的異常磨損則是在不正常的情況下， 輪胎花紋的磨損量不 一致，磨損狀況變得不均勻，從而影響正常的使用壽命。這也就是為什么要經(jīng)常檢查自己汽車輪胎的磨損狀況的原因， 因?yàn)槿绻l(fā)現(xiàn) 輪胎的磨損出現(xiàn)異常， 就肯定有問(wèn)題存在， 如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題， 不僅會(huì)大大 縮短輪胎的使用壽命，而且會(huì)留下安全故障隱患。輪胎的磨損是輪胎與地面間的磨擦力造成的。 磨擦有靜摩擦， 活動(dòng)摩擦， 滾 動(dòng)摩擦。 要產(chǎn)生摩擦是由力引起的。 因此在不同的摩擦狀態(tài)， 不同的力的情況 下其輪胎磨損程度各不相同。 靜摩擦狀態(tài)下汽車的牽引力或制動(dòng)力為零時(shí)， 即汽 車為靜止?fàn)顟B(tài)， 輪胎的磨損等于零。 活動(dòng)摩擦狀態(tài)下因摩擦

4、系數(shù)很大， 且汽車的 牽引力或制動(dòng)力也很大， 即汽車為猛啟動(dòng)， 制動(dòng)抱死， 打滑等情況下輪胎的磨損 就很大。滾動(dòng)摩擦狀態(tài)下因摩擦系數(shù)比活動(dòng)摩擦狀態(tài)下因摩擦系數(shù)小， 在外力相 等情況下。輪胎的磨損就小。造成輪胎的異常磨損的原因有許多， 如前輪定位不等、 輪胎氣壓不符合要求、 超載、載荷分布不均等等， 但是，首要因素是要找到輪胎不同異常磨損的原因。1) 輪胎成多角形磨損 特別是臺(tái)肩處磨損嚴(yán)重，其主要原因是：車輪、輪胎偏心或彎曲；輪轂、轉(zhuǎn) 向節(jié)偏心或彎曲；軸承或者轉(zhuǎn)向銷松匡，回轉(zhuǎn)部分處于不平衡。2) 輪胎的半周產(chǎn)生早期磨損其原因出以上所述之外， 還應(yīng)查看制動(dòng)狀況是否良好。 3) 輪胎某一部位 出現(xiàn)異

5、常磨損其原因很明顯是由于緊急制動(dòng)使車輪抱死， 或者快速起步使車輪打滑引起的 胎面局部磨損。 這種磨損會(huì)加速縮短輪胎的使用壽命， 應(yīng)該盡量避免緊急制動(dòng)與 急速起動(dòng)。武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文34) 輪胎凸緣處發(fā)生單側(cè)邊緣早期磨損 形成鋸齒狀單側(cè)凸緣，其原因是：前部輪胎受制動(dòng)力影響易發(fā)生此類磨損， 后部輪胎受制動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力交替作用影響， 易產(chǎn)生較均勻的磨損。 特別是制動(dòng)器分 離不徹底，易產(chǎn)生此類磨損。5) 輪胎兩側(cè)臺(tái)肩處外側(cè)發(fā)生異常磨損原因是前輪外傾調(diào)整過(guò)大； 前束值過(guò)大； 主銷后傾角和內(nèi)傾角過(guò)大。 或者是 充氣量不足，或長(zhǎng)期超負(fù)荷行駛。充氣量小或負(fù)荷重時(shí)， 輪胎與地面的接觸面大， 使輪胎的兩邊與地面

6、接觸參加工作而形成早期磨損。6) 輪胎兩側(cè)臺(tái)肩處發(fā)生位置不同的異常磨損 其原因是車輪、輪胎偏心或彎曲； 曲軸轉(zhuǎn)向銷松曠，前后橋不平衡。 7) 輪 胎臺(tái)肩處槽早期磨損中冠部磨損量較小，其原因是：超載；輪胎氣壓偏低。 8) 輪胎中冠部磨 損嚴(yán)重臺(tái)肩處磨損較輕， 其原因是輪胎氣壓偏高。 適當(dāng)提高輪胎的充氣量， 可以減 少輪胎的滾動(dòng)阻力，節(jié)約燃油。但充氣量過(guò)大時(shí)，不但影響輪胎的減振性能，還 會(huì)使輪胎與地面的接觸面積減小， 正常磨損只能由胎面中央部分承擔(dān)， 形成早期 磨損。如果在窄輪輞上選用寬輪胎，也會(huì)造成中央部分早期磨損。本課題所研究的車型從輪胎磨損的形狀看主要表現(xiàn)在輪胎兩側(cè)臺(tái)肩處外側(cè) 發(fā)生異常磨損，

7、 所以，經(jīng)過(guò)分析決定從轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的參數(shù)及結(jié)構(gòu)入手對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn) 行最優(yōu)化分析，從而減少異常磨損量。1.1.3 技術(shù)難點(diǎn)1.2 課題的目的和意義進(jìn)入 21 世紀(jì)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，汽車市場(chǎng)中對(duì)商用汽車的需 求不斷增加，尤其是近年來(lái)， 隨著地區(qū)間的物流需求日益增大， 商用車迎來(lái)了高 速增長(zhǎng)的良機(jī)。在這種環(huán)境下，商用車的地位就日見突出。 2007 年，中國(guó)商用 車市場(chǎng)整體火爆，據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)顯示， 2007 年商用車產(chǎn)量增長(zhǎng) 24%。 而在商用車領(lǐng)域，重型載貨汽車的增長(zhǎng)速度尤其顯著， 2007 年增長(zhǎng)幅度達(dá)到 58.64%，創(chuàng)歷史最高記錄， 重型卡車市場(chǎng)很大一部分是被物流運(yùn)輸業(yè)消化，

8、重卡 可節(jié)省大量人力和時(shí)間成本， 不少運(yùn)輸企業(yè)已經(jīng)開始為計(jì)重收費(fèi)做準(zhǔn)備， 自重小、 運(yùn)速快的大功率多軸牽引車也成為發(fā)展方向。隨著國(guó)家治理汽車“雙超”的持續(xù)深入開展，以及車用油價(jià)的走高，市場(chǎng)及 用戶迫切需要一種在滿足汽車法規(guī)的前提下， 經(jīng)濟(jì)效益更好、 安全性更高的汽車 用于運(yùn)輸?；谶@種市場(chǎng)需求信息，市場(chǎng)上出現(xiàn)了雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的載重汽車。 在重型汽車領(lǐng)域雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種較新型的結(jié)構(gòu)。 這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車載貨 量大，轉(zhuǎn)向穩(wěn)定，轉(zhuǎn)向阻力較小，并且轉(zhuǎn)向半徑較小。另外具備承載能力強(qiáng)、經(jīng) 濟(jì)效益好、安全性高等特性。中國(guó)重汽研制出的國(guó)內(nèi)首輛雙轉(zhuǎn)向前橋6X2重型牽引車，在承載力與6X 4車型基本相同的情況

9、下，減少了一根驅(qū)動(dòng)橋，多了一 根轉(zhuǎn)向橋， 但轉(zhuǎn)向橋的價(jià)格和重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于驅(qū)動(dòng)橋， 使整車價(jià)格降了很多。 目前 我國(guó)已經(jīng)相繼有幾家重卡汽車公司推出了一系列雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車型。但是，在雙前轉(zhuǎn)向橋的運(yùn)用越來(lái)越多的時(shí)候， 卻也帶來(lái)一些比較典型的故障， 該故障主要表現(xiàn)在雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向橋尤其是轉(zhuǎn)向中橋的異常磨損問(wèn)題 上。本課題研究的目的是按照優(yōu)化的要求， 分析重型汽車雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)，利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件對(duì)某載重汽車雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行性能優(yōu)化， 并對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一些技術(shù)參數(shù)進(jìn)行修正， 匹配合適的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)方案， 以達(dá)到盡量減少輪 胎異常磨損的目的。1.3 國(guó)內(nèi)外雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r與研究現(xiàn)狀

10、 自從日本第一輛雙轉(zhuǎn)向橋載貨汽車問(wèn)世以來(lái)， 就受到各個(gè)國(guó)家汽車公司的重 視。2004年3月，日本五十鈴兩種型號(hào)的重型車底盤（CXH50S CXH50T因轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)存在安全隱患， 被國(guó)家質(zhì)檢總局吊銷強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證證書， 并禁止進(jìn)口后， 引起國(guó)內(nèi)媒體及汽車企業(yè)的關(guān)注。 兩款五十鈴底盤車是自另一款五十鈴 “CXZ51K” 底盤車改裝而來(lái)，與“ CXZ51K出自同一生產(chǎn)線。不同的是，其在“ CXZ51K的 基礎(chǔ)上加了一個(gè)轉(zhuǎn)向橋， 成為雙轉(zhuǎn)向橋車。 據(jù)稱，這種改裝是出于中國(guó)用戶的 “需 求”，因?yàn)殡p轉(zhuǎn)向橋車的轉(zhuǎn)彎半徑小，載重量大。也正是因?yàn)檫@件事情，雙前橋 轉(zhuǎn)向汽車一度引起國(guó)人的廣泛關(guān)注。1.3.1 雙

11、前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)國(guó)外研究狀況早在 80 年代初期，國(guó)內(nèi)就對(duì)雙前橋汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了探索，提出了多 種行之有效的設(shè)計(jì)方法。 早期的設(shè)計(jì)方法以平面投影設(shè)計(jì)方法為主， 因?yàn)槿狈χ?接在空間中建立機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程的數(shù)學(xué)理論， 所以通常將空間問(wèn)題轉(zhuǎn)化為平面問(wèn) 題來(lái)解決。 通過(guò)這種方法不僅可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 同時(shí)也可以建立便于實(shí)現(xiàn)數(shù)值 計(jì)算的系統(tǒng)模型。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，要想通過(guò)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)使所有車輪在每一個(gè)轉(zhuǎn)向角度都能繞同一 個(gè)瞬心轉(zhuǎn)動(dòng)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。 通常的做法是依靠經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)設(shè)計(jì)。 在研究中， 則采 用優(yōu)化算法，建立目標(biāo)函數(shù)，求解出最優(yōu)值。眾多的優(yōu)化研究方法都認(rèn)為， 對(duì)于雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)， 可以將整個(gè)系統(tǒng)拆分成 幾個(gè)

12、小系統(tǒng)來(lái)考慮， 即每一個(gè)轉(zhuǎn)向橋均可由一個(gè)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)來(lái)保證左右轉(zhuǎn)向輪 按轉(zhuǎn)向規(guī)律偏轉(zhuǎn)， 而兩前橋之間的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系則需要根據(jù)具體情況設(shè)計(jì)搖臂機(jī) 構(gòu)來(lái)加以保證， 通常研究者認(rèn)為， 梯形機(jī)構(gòu)是無(wú)須進(jìn)行優(yōu)化的， 左右車輪的關(guān)系 完全可以由獨(dú)立設(shè)計(jì)的梯形機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。主要影響多軸轉(zhuǎn)向特性的是搖臂機(jī)構(gòu)， 因此，大多數(shù)雙前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的研究論文將搖臂機(jī)構(gòu)作為優(yōu)化設(shè)計(jì)研究的重點(diǎn)， 并根據(jù)優(yōu)化理論編寫了許多有效的計(jì)算軟件。隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提高， 出現(xiàn)了許多用于工程計(jì)算的專用軟件， 為工程 技術(shù)人員的研究工作帶來(lái)了方便， 減少了工程開發(fā)中自己編程的麻煩； 同時(shí)也使 得許多優(yōu)秀的數(shù)學(xué)理論得到了推廣應(yīng)用。我國(guó)第一輛

13、雙前橋重型汽車最早出現(xiàn)在 1998 年，開發(fā)于一汽汽車技術(shù)中心， 代號(hào) CA1200P1K2L11T，4 主要是依據(jù)日本同類車型開發(fā)研制而來(lái)。該重型汽車采 用8X4布置方式，同年投放市場(chǎng)，從市場(chǎng)反應(yīng)看，因?yàn)楹芏嘤脩粲脩T了 2軸或 3 軸車，雖然喜歡多軸車較強(qiáng)的載重能力，但不少人對(duì)這種新設(shè)計(jì)心里沒底，不 知道是否可靠，因此銷量不是很大。 2005 年，中國(guó)重汽濟(jì)南商用車公司成功研 制出國(guó)內(nèi)首輛雙轉(zhuǎn)向前橋 6X 2 重型牽引車。此車型在承載力與 6X 4 車型基本相 同的情況下，比 6X 4 車型減少一根驅(qū)動(dòng)橋。雖然比 6X 2 車型多了一根轉(zhuǎn)向橋， 但轉(zhuǎn)向橋的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于驅(qū)動(dòng)橋，使得整車價(jià)格比

14、6X 4 車型低很多。近幾年以 來(lái)雙前橋載重汽車表現(xiàn)得異常突出， 非?；鸨?， 幾乎一直是供不應(yīng)求， 我國(guó)其他 的一些商用車公司也紛紛向市場(chǎng)投放雙前橋重型汽車。隨著雙前橋載重汽車在市場(chǎng)上的比例不斷擴(kuò)大， 對(duì)雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方面的研 究工作也越來(lái)越引起國(guó)內(nèi)相關(guān)設(shè)計(jì)開發(fā)人員的關(guān)注， 同時(shí)各個(gè)大專院校和整車的 生產(chǎn)廠針對(duì)雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提出了很多優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和相應(yīng)的理論。 湖南大學(xué)唐 應(yīng)時(shí)副教授及學(xué)生，同時(shí)運(yùn)用 Adams MATLAB及C+建立雙前橋系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模 型，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。 吉林大學(xué)郭孔輝教授運(yùn)用空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式， 編寫轉(zhuǎn) 角關(guān)系程序?qū)η蠼饬苏囖D(zhuǎn)彎過(guò)程中回轉(zhuǎn)直徑及回轉(zhuǎn)中心相對(duì)于后軸的前置

15、距。 合肥工業(yè)大學(xué)張代勝教授及學(xué)生運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關(guān)心的三 大問(wèn)題運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及干涉進(jìn)行了分析，對(duì)轉(zhuǎn)向的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行了分 析。但是，早期的研究大多將前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)拆分成幾個(gè)小系統(tǒng)來(lái)考慮， 把搖臂機(jī) 構(gòu)作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)， 或者把前橋的轉(zhuǎn)向梯形簡(jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu)， 這些方法雖然 可以使計(jì)算方法大大簡(jiǎn)化， 但也使計(jì)算精度受到了較大的影響， 導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與 實(shí)際偏差較大。 并且許多研究采用了數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析， 數(shù)學(xué)模型復(fù)雜且出現(xiàn)的 錯(cuò)誤不易發(fā)現(xiàn)， 另外，在優(yōu)化過(guò)程中都是基于同一個(gè)轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)的假設(shè)。 在 這種假設(shè)條件下， 忽略了轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)改變對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的影響， 僅僅考慮 傳動(dòng)

16、桿的優(yōu)化不符合雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的現(xiàn)狀。第2章雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)理論基礎(chǔ)2.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)2.1.1轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)2.1.2桿系及搖臂機(jī)構(gòu)2.1.3轉(zhuǎn)向器2.1.4 轉(zhuǎn)向橋2.2 轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)2.2.1 主銷后傾2.2.2 車輪外傾2.2.3 主銷內(nèi)傾2.2.4 前輪前束2.3 轉(zhuǎn)向時(shí)車輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律2.3.1 單轉(zhuǎn)向橋車輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律2.3.2 雙轉(zhuǎn)向橋車輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律2.3.3 雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析第 3 章 雙前橋重型汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化3.1 雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型3.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析及優(yōu)化3.3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析3.3.1 轉(zhuǎn)向阻力矩3.3.2 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)受力分析3.3.3 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分析 總結(jié)參考文獻(xiàn)1 Melle Serge M, Alavie A Tino,Karr Shawn,et al. IEEE Photonics Technology Lette2 Cruz J L. Diez A, Andres M V , et al, Electron Lett. 1997:33(3):2352363 Cavaleiro P M, Araujo F M. Lobo Ribeiro A B, Electr