车辆转向梯形建模及优化设计

刘燕斌 陈晋荣 赵陈闯

摘 要：汽车在运动的过程中，由于侧向力的作用和轮胎弹性侧偏的影响，转向系的内外车轮很难满足阿克曼转角关系，本文基于MATLAB的优化工具箱，通过对转向车轮几何运动的分析，推导出理论和实际内、外轮转向角之间的关系式，建立某一时刻下的实际转角与理论转角之差的数学表达式，并以此为优化目标，在相应的约束条件下，计算出车辆最佳的转向梯形参数。

关键词：转向系；MATLAB；优化；转向梯形

转向系是用来保持或改变汽车行驶方向的机构，转向性能的好坏，对汽车的操纵稳定性有显著的影响，在转向系的设计中，无论采用的是整体式转向梯形还是断开式转向梯形，都应该满足汽车在转弯时，保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶，使在不同圆周上运动的车轮，做无滑动的纯滚动运动。同时，为达到总体布置要求的最小转弯直径，转向轮应满足有足够大的转角。[ 1 ]

在传统的设计中，通常采用的是图解法和解析法进行设计，然而图解法的设计误差较大，而解析法的计算量大，这种方法不仅增加了研发成本，而且设计的精度也很难达到用户要求。

优化设计是20世纪60年代开始形成并迅速发展的一门新兴学科，它是以数学规划法为理论基础，以电子计算机为计算工具，寻求在满足规定的工作条件、载荷和工艺要求，并在强度、刚度、工艺、寿命、尺寸、范围以及其他一些技术要求的限制条件下，目标函数最优值的一种现代化设计方法。……