前后驅汽車低速轉向受力分析對比研究

1、第7期2016年7月機械設計與制造MachineryDesign＆Manufacture201前后驅汽車低速轉向受力分析對比研究廖林清1，陳榮中2，任志鵬2，李楠2(1重慶理工大學汽車零部件制造及檢測技術教育部重點實驗室，重慶400054；2重慶理工大學車輛工程學院，重慶400054)摘要：建立了前、后驅汽車低速轉向時的受力模型并用解析法列出其方程。運用圖解法對其進行分析得到了前、后驅汽車的驅動力、軸向力的表達式；表明運用圖解法比運用解

2、析法去解各力更簡單、更直接、更易懂，得到了各力隨轉向角的變化規(guī)律；從各力的研究分析表明前驅汽車轉向將會引起轉向不足，后驅汽車轉向會有轉向過度。前后驅汽車側偏剛度相等時后驅汽車的側偏程度比前驅汽車更嚴重；得到了汽車低速轉向時的側偏力和轉角之間的關系，為求低速狀態(tài)下的汽車轉向中心奠定了基礎。關鍵詞：受力分析；力學模型；圖解法中圖分類號：THl6文獻標識碼：A文章編號：1001—3997(2016)07—0201—04TheLowSpeedS

3、tressComparisonStudyoftheFrontandAfterDrivenSteeringCarLIAOLinqin91，CHENRongzhon92，RENZhipen92，LINan2(1ChongqingUniversityofTechnologyKeyLaboratoryofManufactureandTestTechniquesforAutomobilePaasofMinistryofEducation，Chon

4、gqing400054，China；2ChongqingUniversityofTechnologySchoolofVehicleEngineering，Chongqing400054，China)Abstract：ThestressmodelsoffrontwheeldriveCOFandofterwheeldrivecarasestablishedrespectivelywhenthecarweresteeringatlowspee

5、d，theirequationswerelistedbyanalyticmethodUsingthegraphicalmethodtoanalyzethestress，gotthedrivenforceexpressionsandtheaxialforceHavingaconclusionthatthegraphicalmethodismoresimple，moredirectandmoreeasiertoknowthanthegrap

6、hicalmetho&Gottheruleoftheforcewhenitchangeswiththes把ering礎AnalyzingforcesleadtheconclusionthatthefrontwheeldriveCavhavethetendencyofundersteerandtheafterwheelCarismorelikelytobeoversteeringTheafterwheeldrivecarhasamores

7、eriousdegreeofcorneringthan脅efrontonewhentheyhavetheS021記corneringstiffnessTherelationshipbetweencorneringforoeandsteeringangelisobtainedunderthesituationwhentheCarissteering謝lowspeed1ayingthefoundationforautomotivesteer

8、ingcenterKeyWords：StressAnalysis；MechanicalModel；Graphic1引言汽車轉向運動是汽車行駛過程中最基本的運動。研究汽車轉向特性需先從較簡單的汽車轉向開始然后不斷地施加條件(轉向的側向力、離心力等)來滿足或者接近實際轉向的狀態(tài)。汽車構造ftJ書中講了最理想的汽車轉向條件阿克曼原理，但是書中并沒有講汽車在有側偏后的汽車轉向中心怎么求。文獻12。3對轉向阿克曼原理進行了詳盡地幾何分析與實際驗證

9、，并基于級數(shù)展開建立近似運動綜合方程，得到的四桿機構只能在很小的范圍內較精確滿足轉向條件；但是他們并沒有發(fā)現(xiàn)汽車側偏后并不會滿足理想阿克曼轉向定理，而且并未對其進行修正。文獻陽分析了汽車滾動輪胎的靜力學受力特性，但是他并沒有分析低速下汽車的受力情況以及汽車側偏后的汽車的轉向轉向中心如何求的問題。文獻嗡提出并定義了什么是汽車最簡轉彎態(tài)的概念，此概念也是基于低速轉向的狀態(tài)。因此基于汽車低速轉向時對汽車的受力進行分析研究，為對考慮汽車有側偏的

10、研究打下基礎。2汽車前后驅力學模型研究汽車在忽略離心力、車輪外傾角、空氣阻力以及懸架作用時汽車在低速轉向時可以視為汽車在作平面圓弧運動，可以視為平面任意力下的一個力平衡；所以在此狀態(tài)下汽車轉向時所受的合外力為零。以左轉向為例，假設汽車的幾何中心和汽車的質心重合rr0tg許以汽車質心為原點建立汽車前驅受力模型，如圖1所示。如圖2所示，汽車后驅受力模型；圖中參數(shù)，如表1所示。來稿日期：2016一叭一24基金項目：重慶市應用開發(fā)計劃項目(cs

11、tc2014yykfB70008)；重慶理工大學研究生創(chuàng)新基金(Ycx2014203)作者簡介：廖林清，(1966一)，男，四川仁壽人，碩士研究生碩士生導師，教授，主要研究方向：汽車現(xiàn)代設計及理論研究萬方數(shù)據No71竺!：：壟!!機械設計與制造203—————————————————————————————————————————————————————一sin單軸向力：I黜l=lDcI：Jo，J—丟(1)cos等BaCOS—■■一驅動

12、力：lDH『=loDI=JD，l—丟(2)cos等對于后驅汽車轉向時，已知驅動力為0A方向且受力的箭頭指向0；汽車內外轉向輪滾動阻力大小為IOHI：IODIIOHI：IOOl=F4；^：。內輪滾動阻力方向為DD方向且受力箭頭背離0；夕p輪滾動阻力方向為0Ⅳ方向力的受力方向背離0。連接DH并延長交0一于點，，交／_HOD的角平分線于點G。由滾動阻力IOHI=IODI得滾動阻力的方向為AHOD的角平分線朋方向，受力箭頭方向指向D。由圖易得，

13、GJ()G，滾動阻力合力的一半為IOCll)I及軸向力的合力的方向垂直滾動阻力的合力的方向。由力的作圖法可得汽車轉向時所需驅動力的大小的一半為1011；過，作垂直于伽的直線分別交過點H作垂直于DH的直線于點B，交過點D作垂直于OD的直線于點c，所1以IDCI、IBHl分別表示汽車轉向時的內外軸向力的大小，軸向力的方向分別為D點指向c點的方向和H點指向B點的方向。同前驅應用等弦所對的圓周角相等證明可得軸向力IDCI=IBHI；由圖也可得到

14、：軸向力：lDcf：I刪I=JDHltan篾竺(3)Zcost8O—t驅動力：Io，I=『o日I—(4)cos學4汽車前后驅各作用力圖解法分析由式(1)一式(4)可知不管是前驅汽車還是后驅汽車其所受的驅動力和軸向力與汽車轉向的兩轉角之和或者與兩轉角之差有關，因此建立如圖4、圖5所示圖解分析：由圖4可知／_HOD表示兩轉角之差；汽車前驅時滾動阻力013已知如圓咖p變化。當兩轉角之差不變時，我們從圖可以知道汽車所需的驅動力OH和水平軸線的交

15、點、軸向力(方向與驅動力垂直)均隨著轉角之和的增大而增大。后驅汽車時已知前輪的滾動阻力OH、OD以及軸向力方向分別與OH、DD垂直；當兩轉角差不變時即／_HOD不變，我們可以看出轉角之和即不同的I點和縱軸的夾角逐漸增大汽車所需的軸向力OC和驅動力觀而增大。由圖5可知當前驅汽車的轉角之和／_10G不變兩轉角之差／liOD變化時，從圖中我們可以得出驅動力D‘軸向力D：c。隨著轉角之差的減小而減小。一I，一。瓣／V：|一一|一一／n≈。姜≯a

16、一，／’D14網4汽車前后驅兩轉角之差不變Fig4TheDeviationInvariantoftheTwoSteeringAngeloftheFrontandAfterWheelCarf，√除。甏羅1一c圖5汽車前驅兩轉角之和不變Fig5TheSumlnvariantoftheTwoSteeringAngeloftheFrontandAfterWheelCar5汽車前后驅各作用力分析基于前面的圖解法分析得到式(1)式(4)，下面根據某

17、車型帶入具體參數(shù)進行分析I“I。某車型的具體參數(shù)，如表2所示。表2某車型參數(shù)Tab2TheParameterofOneCar其中，汽車整車質量為車體質量和駕駛員質量(75，kg)之和；可以得到整車質量m為1865kg。假設汽車所受的滾動阻力均勻分配給各個車輪且滾動阻力系數(shù)用p表示，所以滾動阻力可以表示為：前后驅：％=％=午0018x18654kgx98k#N一822465N將上數(shù)據帶入式(1)一(4)、(1)和(3)可以得到變化規(guī)律，如

18、圖6、圖7所示，圖6汽車前后驅各力隨內輪轉角關系Fig6TheRelationshipofFrontandMterWheelCar’sForcesandInnerWheelAngel圖6中線1和2表示汽車的驅動力隨內輪轉角的變化趨勢；線3和4表示汽車軸向力隨內輪轉角的變化趨勢；虛線l和3表示后驅汽車實線2和4表示前驅汽車。從圖中我們可以看出后驅汽車的驅動力和軸向力均是隨內輪轉角的增大而增大；前驅汽車的驅動力隨內輪的轉角增大而減小，軸向力