一種麥弗遜懸架轉向梯形斷開點位置的設計方法及裝置與流程
2023-05-05 20:31:41 2
本發明涉及車輛設計技術領域，特別涉及一種麥弗遜懸架轉向梯形斷開點位置的設計方法及裝置。
背景技術：
麥弗遜懸架和轉向梯形組成空間杆系機構。根據汽車操縱穩定性的要求，當轉向輪隨著路面的不平相對車身上下跳動時，理想的轉向橫拉杆斷開點的設計應使車輪僅上下跳動而沒有繞主銷的擺動。但實際上由於懸架杆系和轉向杆系運動相互關聯，車輪跳動過程中不可避免的會產生繞主銷的擺動。轉向橫拉杆斷開點位置選擇不合理，不僅會加劇轉向輪繞主銷的擺動，還會使懸架運動過程中的前束變化、外傾變化和轉向阿克曼誤差等難以滿足設計要求，進而破壞操縱穩定性，加劇輪胎磨損。
傳統的求解轉向橫拉杆斷開點位置的方法是採用作圖法。
在實現本發明的過程中，本發明人發現現有技術中至少存在以下問題：
作圖法在求解轉向橫拉杆斷開點位置時忽略輪胎定位參數等的影響，精度較低，誤差大。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明提供一種麥弗遜懸架轉向梯形斷開點位置的設計方法及裝置，以解決作圖法在求解轉向橫拉杆斷開點位置時精度較低、誤差大的問題。
具體而言，包括以下技術方案：
本發明提供一種麥弗遜懸架轉向梯形斷開點位置的設計方法，包括：
根據車輪不發生繞設置有轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的主銷的擺動時所述轉向橫拉杆的外球鉸點的位置及所述車輪不發生繞未設置有轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的主銷的擺動且所述車輪上下跳動時轉向節的外球鉸點的運動軌跡，得到所述轉向節的外球鉸點與所述轉向橫拉杆的外球鉸點之間的空間距離關於斷開點的坐標的函數；
根據所述設置有轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的結構和布置條件的要求，設定所述斷開點的坐標的取值範圍；
根據所述轉向節的外球鉸點的運動軌跡，確定兩個或兩個以上轉向節的外球鉸點的坐標值；
根據所述斷開點的坐標的取值範圍、所述兩個或兩個以上轉向節的外球鉸點的坐標值及所述空間距離關於斷開點的坐標的函數，求得所述空間距離最小時所述斷開點的坐標值。
可選擇地，所述空間距離關於斷開點的坐標的函數為：
式中：
——所述車輪不發生繞所述未設置轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的主銷的擺動時所述轉向節的外球鉸點Bi與斷開點A的空間距離；
——所述車輪不發生繞所述設置有轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的主銷的擺動時所述轉向橫拉杆的外球鉸點B0與所述斷開點A的空間距離。
可選擇地，所述根據所述設置有轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的結構和布置條件的要求，設定所述斷開點的坐標的取值範圍，包括：
根據所述設置有轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的結構和布置條件的要求，確定所述斷開點A的x軸坐標xA的最大值xAmax及最小值xAmin、y軸坐標yA的最大值yAmax及最小值yAmin、z軸坐標zA的最大值zAmax及最小值zAmin，並基於此設定所述斷開點A的坐標的取值範圍為：
可選擇地，根據所述轉向節的外球鉸點的運動軌跡及麥弗遜懸架模型，確定兩個或兩個以上轉向節的外球鉸點的坐標值。
可選擇地，根據所述斷開點的坐標的取值範圍、所述兩個或兩個以上轉向節的外球鉸點的坐標值及所述空間距離關於斷開點的坐標的函數，利用Matlab優化函數fmincon求得所述空間距離最小時所述斷開點的坐標值。
本發明還提供了一種麥弗遜懸架轉向梯形斷開點位置的設計裝置，包括：
獲取模塊，用於根據車輪不發生繞設置有轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的主銷的擺動時所述轉向橫拉杆的外球鉸點的位置及所述車輪不發生繞未設置有轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的主銷的擺動且所述車輪上下跳動時轉向節的外球鉸點的運動軌跡，得到所述轉向節的外球鉸點與所述轉向橫拉杆的外球鉸點之間的空間距離關於斷開點的坐標的函數；
設定模塊，用於根據所述設置有轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的結構和布置條件的要求，設定所述斷開點的坐標的取值範圍；
確定模塊，用於根據所述轉向節的外球鉸點的運動軌跡，確定兩個或兩個以上轉向節的外球鉸點的坐標值；
計算模塊，用於根據所述斷開點的坐標的取值範圍、所述兩個或兩個以上轉向節的外球鉸點的坐標值及所述空間距離關於斷開點的坐標的函數，求得所述空間距離最小時所述斷開點的坐標值。
可選擇地，所述獲取模塊得到的所述空間距離關於斷開點的坐標的函數為：
式中：
——所述車輪不發生繞所述未設置轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的主銷的擺動時所述轉向節的外球鉸點Bi與斷開點A的空間距離；
——所述車輪不發生繞所述設置有轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的主銷的擺動時所述轉向橫拉杆的外球鉸點B0與所述斷開點A的空間距離。
可選擇地，所述設定模塊具體用於：
根據所述設置有轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的結構和布置條件的要求，確定所述斷開點A的x軸坐標xA的最大值xAmax及最小值xAmin、y軸坐標yA的最大值yAmax及最小值yAmin、z軸坐標zA的最大值zAmax及最小值zAmin，並基於此設定所述斷開點A的坐標的取值範圍為：
可選擇地，所述確定模塊具體用於：
根據所述轉向節的外球鉸點的運動軌跡及麥弗遜懸架模型，確定兩個或兩個以上轉向節的外球鉸點的坐標值。
可選擇地，所述計算模塊具體用於：
根據所述斷開點的坐標的取值範圍、所述兩個或兩個以上轉向節的外球鉸點的坐標值及所述空間距離關於斷開點的坐標的函數，利用Matlab優化函數fmincon，求得所述空間距離最小時所述斷開點的坐標值。
本發明實施例提供的技術方案的有益效果：
本發明提供的麥弗遜懸架轉向梯形斷開點位置的設計方法及裝置，根據車輪不發生繞設置有轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的主銷的擺動時轉向橫拉杆的外球鉸點的位置及車輪不發生繞未設置有轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的主銷的擺動且車輪上下跳動時轉向節的外球鉸點的運動軌跡，得到轉向節的外球鉸點與轉向橫拉杆的外球鉸點之間的空間距離關於斷開點的坐標的函數；根據斷開點的坐標的取值範圍和多個轉向節的外球鉸點的坐標值，求得空間距離最小時斷開點的坐標值，所求得的斷開點的坐標值誤差較小，可減小車輪跳動過程中繞主銷的擺動，提高操縱穩定性。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
附圖1為本發明實施例中一種麥弗遜懸架轉向梯形斷開點位置的設計方法的流程圖；
附圖2為本發明實施例中一種麥弗遜懸架轉向梯形斷開點位置的設計裝置的框圖；
圖3為本發明實施例中麥弗遜懸架的結構示意圖；
圖4為本發明實施例中麥弗遜懸架未設置轉向橫拉杆時車輪跳動的示意圖。
具體實施方式
為使本發明的技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
實施例一
本實施例提供了一種麥弗遜懸架轉向梯形斷開點位置的設計方法，如圖1所示，包括步驟S101、S102、S103和S104。下面對各步驟進行具體介紹。
步驟S101：根據車輪不發生繞設置有轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的主銷的擺動時轉向橫拉杆的外球鉸點的位置及車輪不發生繞未設置有轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的主銷的擺動且車輪上下跳動時轉向節的外球鉸點的運動軌跡，得到轉向節的外球鉸點與轉向橫拉杆的外球鉸點之間的空間距離關於斷開點的坐標的函數。
圖3為麥弗遜懸架的結構示意圖，其中，O點為減震器滑柱的上球鉸點，B點為轉向橫拉杆的外球鉸點，A點為轉向橫拉杆的斷開點，K點為控制臂的外球鉸點，C1C2為控制臂的擺動軸線，P點為減震器滑柱的下球鉸點。
圖4為轉向橫拉杆斷開時車輪跳動的示意圖。要實現轉向節無繞主銷的擺動，首先斷開車身連接點也即減震器滑柱的上球鉸點O點的約束。B點、K點、O點為麥弗遜懸架處於初始平衡位置時轉向橫拉杆的外球鉸點、控制臂的外球鉸點及減震器滑柱的上球鉸點所在位置，車輪跳動過程中，平面BKO先繞控制臂的擺動軸線C1C2轉動角度θi，得到平面B1K1O1，然後再繞過K1點且垂直於平面O1K1O的軸線K1N旋轉角度ξ，使K1O1與K1O同向，並延長K1O1使點O1與點O重合，得到新的平面B2K1O，B2點即為無轉向橫拉杆時轉向節的外球鉸點的位置。顯然B2點與有轉向橫拉杆時的轉向橫拉杆的外球鉸點B點不重合，當這兩個點的空間距離最小時，車輪繞主銷的擺動幅度最小。由此確定轉向節的外球鉸點B2點與轉向橫拉杆的外球鉸點B點之間的空間距離關於斷開點A點的坐標的函數為：
式中：
——車輪不發生繞未設置轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的主銷的擺動時轉向節的外球鉸點Bi與斷開點A的空間距離；
——車輪不發生繞設置有轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的主銷的擺動時轉向橫拉杆的外球鉸點B0與斷開點A的空間距離。
步驟S102：根據設置有轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的結構和布置條件的要求，設定斷開點的坐標的取值範圍。
具體地，可根據設置有轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的結構和布置條件的要求，確定斷開點A的x軸坐標xA的最大值xAmax及最小值xAmin、y軸坐標yA的最大值yAmax及最小值yAmin、z軸坐標zA的最大值zAmax及最小值zAmin，並基於此設定斷開點A的坐標的取值範圍為：
步驟S103：根據轉向節的外球鉸點的運動軌跡，確定兩個或兩個以上轉向節的外球鉸點的坐標值。
具體地，可根據麥弗遜懸架的結構形式及該麥弗遜懸架的參數，建立麥弗遜懸架模型，採用Adams仿真軟體得到轉向節的外球鉸點Bi的坐標值，其中n的值可通過車輪跳動的仿真步數設定。本發明不對此進行限定，也可由空間坐標變換得到外球鉸點Bi的坐標值。其中，麥弗遜懸架的參數可包括硬點，彈簧參數、減震器阻尼、襯套剛度等。
步驟S104：根據斷開點的坐標的取值範圍、兩個或兩個以上轉向節的外球鉸點的坐標值及空間距離關於斷開點的坐標的函數，求得空間距離最小時斷開點的坐標值。
具體地，可根據斷開點A的坐標的取值範圍、兩個或兩個以上轉向節的外球鉸點Bi的坐標值及空間距離關於斷開點的坐標的函數，利用Matlab優化函數fmincon求得轉向節的外球鉸點B2點與轉向橫拉杆的外球鉸點B點之間的空間距離最小時斷開點A的坐標值。其中，fmincon函數在計算過程中可採用BFGS方法。
通過本實施例提供的麥弗遜懸架轉向梯形斷開點位置的設計方法，確定的斷開點的位置誤差較小、精度高，可減小車輪跳動過程中繞主銷的擺動，提高操縱穩定性。
實施例二
對應於實施例一，本實施例提供了一種麥弗遜懸架轉向梯形斷開點位置的設計裝置，包括獲取模塊201、設定模塊202、確定模塊203和計算模塊204。下面對各模塊進行具體介紹。
獲取模塊201，用於根據車輪不發生繞設置有轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的主銷的擺動時轉向橫拉杆的外球鉸點的位置及車輪不發生繞未設置有轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的主銷的擺動且車輪上下跳動時轉向節的外球鉸點的運動軌跡，得到轉向節的外球鉸點與轉向橫拉杆的外球鉸點之間的空間距離關於斷開點的坐標的函數。
圖3為麥弗遜懸架的結構示意圖，其中，O點為減震器滑柱的上球鉸點，B點為轉向橫拉杆的外球鉸點，A點為轉向橫拉杆的斷開點，K點為控制臂的外球鉸點，C1C2為控制臂的擺動軸線，P點為減震器滑柱的下球鉸點。
圖4為轉向橫拉杆斷開時車輪跳動的示意圖。要實現轉向節無繞主銷的擺動，首先斷開車身連接點也即減震器滑柱的上球鉸點O點的約束。B點、K點、O點為麥弗遜懸架處於初始平衡位置時轉向橫拉杆的外球鉸點、控制臂的外球鉸點及減震器滑柱的上球鉸點所在位置，車輪跳動過程中，平面BKO先繞控制臂的擺動軸線C1C2轉動角度θi，得到平面B1K1O1，然後再繞過K1點且垂直於平面O1K1O的軸線K1N旋轉角度ξ，使K1O1與K1O同向，並延長K1O1使點O1與點O重合，得到新的平面B2K1O，B2點即為無轉向橫拉杆時轉向節的外球鉸點的位置。顯然B2點與有轉向橫拉杆時的轉向橫拉杆的外球鉸點B點不重合，當這兩個點的空間距離最小時，車輪繞主銷的擺動幅度最小。由此確定轉向節的外球鉸點B2點與轉向橫拉杆的外球鉸點B點之間的空間距離關於斷開點A點的坐標的函數為：
式中：
——車輪不發生繞未設置轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的主銷的擺動時轉向節的外球鉸點Bi與斷開點A的空間距離；
——車輪不發生繞設置有轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的主銷的擺動時轉向橫拉杆的外球鉸點B0與斷開點A的空間距離。
設定模塊202，用於根據設置有轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的結構和布置條件的要求，設定斷開點的坐標的取值範圍。
具體地，設定模塊202可根據設置有轉向橫拉杆的麥弗遜懸架的結構和布置條件的要求，確定斷開點A的x軸坐標xA的最大值xAmax及最小值xAmin、y軸坐標yA的最大值yAmax及最小值yAmin、z軸坐標zA的最大值zAmax及最小值zAmin，並基於此設定斷開點A的坐標的取值範圍為：
確定模塊203，用於根據轉向節的外球鉸點的運動軌跡，確定兩個或兩個以上轉向節的外球鉸點的坐標值。
具體地，確定模塊203可根據麥弗遜懸架的結構形式及該麥弗遜懸架的參數，建立麥弗遜懸架模型，採用Adams仿真軟體得到轉向節的外球鉸點Bi的坐標值，其中n的值可通過車輪跳動的仿真步數設定。本發明不對此進行限定，也可由空間坐標變換得到外球鉸點Bi的坐標值。其中，麥弗遜懸架的參數可包括硬點，彈簧參數、減震器阻尼、襯套剛度等。
計算模塊204，用於根據斷開點的坐標的取值範圍、兩個或兩個以上轉向節的外球鉸點的坐標值及空間距離關於斷開點的坐標的函數，求得空間距離最小時斷開點的坐標值。
具體地，計算模塊204可根據斷開點A的坐標的取值範圍、兩個或兩個以上轉向節的外球鉸點Bi的坐標值及空間距離關於斷開點的坐標的函數，利用Matlab優化函數fmincon求得轉向節的外球鉸點B2點與轉向橫拉杆的外球鉸點B點之間的空間距離最小時斷開點A的坐標值。其中，fmincon函數在計算過程中可採用BFGS方法。
由於實施例二與實施例一相互對應，所以能帶來的有益效果相同，在此不再贅述。
在本申請所提供的實施例中，應該理解到，所揭露的方法和裝置，僅僅是示意性的，例如，所述步驟和模塊的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式。上述方法和裝置可以通過計算機裝置運行相應的軟體和硬體來實現。
以上所述僅是為了便於本領域的技術人員理解本發明的技術方案，並不用以限制本發明。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。