[发明专利]一种梯形转向机构的全局优化计算方法

说明书

技术领域

本设计涉及机械工程设计领域，具体涉及汽车梯形转向机构的一种计算优化方法。

背景技术

目前，在对梯形转向机构进行优化设计的时候，通常选取梯形杆长和杆长或杆长和梯形底角作为优化变量，在对优化变量进行优化时，通常对待优化的变量进行赋初始值处理，选取不同的初始值会造成得到的优化变量的取值结果不是唯一的，从而不能在任意给定汽车轴距和主销延长线与地面交点距离的情况下，对转向系统进行选配。

发明内容

本发明的目的在于提供一种梯形转向机构的优化设计的规范性方法，对现有的梯形机构的优化设计方法起到补充和规范的作用，对物理模型进行传统简化，根据数学关系建立数学模型，对模型进行计算并优化，最终得到优化后的全局最优解。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种梯形转向机构的全局优化计算方法，所述机构包括转向横拉杆、转向节臂，两转向节臂与转向横拉杆通过球销铰接，其转向节臂另一侧与转向轮部分铰接；

具体优化步骤如下：

（1）以阿克曼转向理论为依据，将梯形转向机构物理模型简化成二维平面模型；

（2）以梯形机构杆长作为全局优化变量，以瞬心误差作为目标函数对梯形转向机构进行全局优化，采用等值线图方法做出全局解，在全局解里边得到所要优化的梯形杆长之间的关系；

（3）对于确定的杆长之间的关系，在全局解的范围内找到对转向瞬心的误差影响非常小的一系列的最优值，从而得到了杆长优化后的一系列全局最优解；

（4）确定杆长之间的关系后，根据汽车轴距和主销延长线与地面之间交点的距离，在全局最优解的范围内对转向机构的尺寸进行选配，不需要再对梯形机构进行繁琐的优化工作。

进一步的，所述步骤（2）中，在对梯形转向机构进行优化时候，选取杆长作为全局优化变量，通过已知的变量参数建立起杆长的数学表达式，求出全局变量的全局解。

进一步的，通过在杆长和节臂相应的取值范围内，研究在不同取值的情况下，L1、L2对瞬心位置的影响，并绘制出全局区域瞬心位置误差云图，得到全局区域内对瞬心位置影响很小的区域，在影响较小的区域内寻找合适的点。

进一步的，所述步骤（4）中，把对瞬心位置误差影响相同这些点全部找出来，做出的图形即为等值误差云图，在很小的影响区域内的点则是我们要找的点，通过控制对瞬心的误差影响最小，即为满足设计要求的点。

与现有设计技术相比，本发明的优点是：

本发明能够快速地确定转向系统合适的尺寸，从而相比现有的优化方法，能够减少计算的复杂程度，达到对梯形机构进行高效的优化，避免了对优化工具箱和复杂优化算法使用；

在本发明中直线带是首次提出，能够对梯形转向机构的优化提供规范性地指导：在确定了汽车的轴距L和转向主销延长线在地面交点的距离W的情况下，通过L和W以及L1和L2之间存在的数学关系，就可以在直线带内寻找相应的梯形机构L1、L2尺寸，能够保证在满足上述梯形机构模型的情况下，使得汽车瞬心转向误差不超过30mm，使得该梯形机构的尺寸尽可能满足阿克曼理想梯形的尺寸，同时存在的误差因子相当小，可以忽略此影响，转向机构能够满足阿克曼转向梯形的设计要求。

附图说明

图1是阿克曼转向模型示意图；

图2是梯形转向机构示意图；

图3是节臂长度L1、横拉杆长度L2对瞬心位置影响图；

图3标记说明：1-左侧梯形节臂，2-转向机构横拉杆，3-右侧梯形节臂，4-主销延长线与地面交点间距离；X、Y轴分别代表节臂长度L1、横拉杆长度L2的取值情况，Z轴代表在L1、L2的取值条件下的瞬心位置距离阿克曼理想瞬心位置的误差值；

图4是节臂长度L1、横拉杆长度L2对瞬心位置影响等值线图。

图4标记说明：在同一等值误差的条件下，全局变量节臂长度L1、横拉杆长度L2的全部取值情况。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

根据阿克曼转向模型理论，如图1所示为阿克曼转向示意图。