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重型车辆的液压助力转向系统仿真分析

作　者: 刘晓鑫
导　师: 高秀华
学　校: 吉林大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 重型车辆液压助力转向滑阀联合仿真动态特性分析
分类号: U463.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着社会的不断进步和汽车行业水平的不断发展,越来越多的大吨位重型车辆不断的被研发出来和广泛的应用在各个领域中。根据重型车辆的载重量的不同可分为3轴、4轴、5轴、7轴等多种。随着重型车辆的装载重量和整车重量的不断提升,汽车在转向过程中所要克服地面给各个转向轮的转向阻力距也不断增加。如果单靠驾驶员作用在方向盘上的转向力来使转向轮克服转向阻力距,使汽车转向,必然会很吃力,使驾驶员感到转向沉重。因此为了减少驾驶员转向时的这种转向沉重,并使汽车具有更好的机动性能,应在重型车辆中加装助力转向装置,以达到使驾驶员转向轻便,减少劳动强度,提高汽车的安全性。为了提高驾驶员的操作性和汽车机动性,最有效的方法就是加装动力转向装置。目前助力转向装置一般可分为液压助力转向、电控液压助力转向和电动助力转向。电动助力转向一般多用于轻型轿车中,而重型车辆中一般多采用液压助力转向或者电控液压助力转向,本文所研究的为5轴重型车辆,前3轴采用液压助力转向,后2轴采用电控液压助力转向。液压助力转向技术就是在传统的机械转向的基础上,添加了液压控制阀、液压缸、液压泵、储油罐和管路等液压装置,来达到助力转向的作用。本文的研究内容为：1)对整车的液压助力转向系统进行参数计算,并建立起整车方向盘转角到车轮转角的传递函数,运用MATLAB/Simlink对其进行动态特性分析,并重点分析影响动态特性的性能参数。2)对液压助力转向系统的重要部件液压控制滑阀进行性能分析。建立液压控制滑阀的三维实体模型,并运用流体动力学仿真软件FLUENT对其进行性能分析,得到了不同阀口开度下的滑阀的压力、速度、流量和液动力的仿真曲线,来验证滑阀的性能。3)在AMEsim和ADAMS软件中分别建立整车液压助力转向系统的液压系统和机械系统。液压系统部分的建模包括液压控制滑阀、液压缸和液压泵等液压元件；机械系统部分的建模包括底盘、车桥、转向梯形、推力杆、转向杆、悬架和轮胎等机械模型；并对整车的液压系统和机械系统模型进行参数设置。4)对建立的整车液压助力转向系统进行机—液联合仿真。通过对仿真参数的设置,可以得到在两种不同的工况下,分别为整车原地静止转向和车速15km/h行驶转向的仿真曲线,如液压控制滑阀各阀口的流量、压力变化曲线；液压缸推力、位移的变化曲线；车轮转角的变化曲线。根据仿真得到的数据与实车试验数据进行比较,验证了整车仿真模型的正确性,并为以后的进一步研究提供了依据。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一章绪论  12-18
  1.1 课题的提出  12-13
  1.2 课题研究的目的和意义  13
  1.3 助力转向系统国内外发展现状  13-14
  1.4 助力转向系统介绍  14-16
    1.4.1 液压助力转向系统  14-15
    1.4.2 电控液压助力转向系统  15
    1.4.3 电动助力转向系统  15-16
    1.4.4 线控助力转向系统  16
  1.5 论文的主要研究内容  16-18
第二章转向系统的参数设计  18-36
  2.1 多轴车辆转向轮的运动关系  18-19
    2.1.1 同一转向轴的内、外转向轮的转角关系  18-19
    2.1.2 不同转向轴同一侧转向轮的转角关系  19
  2.2 转向系统的角传动比计算  19-21
  2.3 转向液压缸的设计  21-26
    2.3.1 转向液压缸缸径计算  21-22
    2.3.2 缸筒壁厚的计算  22-23
    2.3.3 液压缸活塞行程计算  23
    2.3.4 活塞运动速度计算  23-24
    2.3.5 液压缸最大推力计算  24-25
    2.3.6 液压缸油液最大排量计算  25-26
  2.4 液压动力转向系统的流量方程  26-29
    2.4.1 滑阀的流量压力特性方程  26-27
    2.4.2 液压缸流量连续性方程  27-28
    2.4.3 液压缸与外负载的关系方程  28-29
  2.5 助力转向系统的动态性能分析  29-35
    2.5.1 助力转向系统传递函数的建立  29-31
    2.5.2 助力转向系统的仿真  31-32
    2.5.3 系统稳定性的判定  32-33
    2.5.4 系统动态特性分析  33-35
  2.6 本章小结  35-36
第三章滑阀性能分析  36-48
  3.1 滑阀结构及工作原理  36-37
  3.2 滑阀节流槽的一般形式  37
  3.3 K形节流槽阀口面积计算  37-40
    3.3.1 阀口面积的确定  38
    3.3.2 K形槽阀口面积计算  38-40
  3.4 滑阀三维模型的建立  40-41
    3.4.1 三维模型的建立  40
    3.4.2 滑阀网格划分  40-41
    3.4.3 定义仿真初始条件  41
  3.5 滑阀仿真结果  41-47
    3.5.1 压力分布情况  41-43
    3.5.2 速度矢量分布情况  43-45
    3.5.3 流量情况  45
    3.5.4 稳态液动力分析  45-47
  3.6 本章小结  47-48
第四章液压助力转向系统模型的建立  48-64
  4.1 液压系统建模方法介绍  48-49
  4.2 液压系统在AMEsim中的建模  49-55
    4.2.1 液压泵模型的建立  49-50
    4.2.2 滑阀模型的建立  50-52
    4.2.3 转向液压缸模型的建立  52-53
    4.2.4 其它元件的选择  53
    4.2.5 液压元件的参数设置  53-54
    4.2.6 整车液压模型的建立  54-55
  4.3 多刚体动力学介绍  55-56
  4.4 助力转向系统机械模型的建立  56-63
    4.4.1 坐标系的建立  57
    4.4.2 汽车车身及车桥模型的建立  57-58
    4.4.3 转向梯形模型的建立  58
    4.4.4 推力杆模型的建立  58-59
    4.4.5 转向杆系模型的建立  59-60
    4.4.6 转向液压缸模型的建立  60
    4.4.7 悬架及轮胎模型的建立  60-62
    4.4.8 地面模型的建立  62-63
    4.4.9 整车转向系统机械模型的建立  63
  4.5 本章小结  63-64
第五章整车助力转向系统联合仿真分析  64-76
  5.1 联合仿真简介  64
  5.2 在ADAMS中定义输出到AMEsim中的模型  64-66
    5.2.1 创建输入输出变量  64-65
    5.2.2 输出系统模型  65-66
  5.3 在AMEsim中导入ADAMS模型  66-67
  5.4 联合仿真结果  67-75
    5.4.1 整车直线行驶仿真  67-68
    5.4.2 整车转向行驶仿真  68-75
  5.5 本章小结  75-76
第六章全文工作总结及展望  76-78
  6.1 全文总结  76
  6.2 工作展望  76-78
参考文献  78-82
致谢  82

重型车辆的液压助力转向系统仿真分析

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