ADAMS/Car中齿轮齿条转向器(rack_pinion_steering)若干问题探讨

wangheyi

由于近来接触动力转向比较多，同时拆过一两套齿轮齿条式的液压助力转向系统，因而对动力转向的结构和工作原理有了一个较之以前更全面深入的认识。回头再来研究ADAMS/Car中齿轮齿条转向系统rack_pinion_steering模板（chenjun1638曾做过详细的阐释），发现自己对软件环境中这方面的应用越来越困惑了。整理了一下相关问题，望有经验的朋友多探讨，多提意见，集思广益！



【问题1】 小齿轮到齿条的传动比Reduction Ratio如何计算或确定？



齿轮齿条转向模板里，旋转运动转换到平移运动是通过变速齿轮副“小齿轮到齿条”（grsred_pinion_to_rack）来实现的。对此，帮助文档中的注释为：
Reduction gear
“input motion”=“reduction ratio”* “output motion”

产品设计中，转向机的技术参数对应的传动比若为40.8(方向盘或小齿轮转动一圈，齿条直线位移40.8mm)，这与模板中Reduction Ratio(默认值0.1745329252)怎么联系起来？

根据齿轮齿条啮合原理,小齿轮分度圆半径Rp=s/(2*pi)
式中s为齿轮齿条式转向器的传动比,定义为小齿轮转动一圈齿条的行程（上面提到的40.8就是指的该传动比）,单位mm
Reduction Ratio与1/Rp在数值上比较接近，它们之间是否相等或者存在某种换算关系呢？

以前对Reduction Ratio的确定，我用了较愚笨的办法：采用悬架转向系统仿真，通过多次修正Reduction Ratio的值，直至方向盘转角和齿条行程满足规定的运动学要求为止。



【问题2】 助力特性文件中，只知道齿条活塞面积（未体现油缸内径），怎么得到齿条助力大小？

F =（rack_piston_area）×（delta_pressure）？？    用rack_piston_area来计算助力显然是不合理的。
转向机中，有这样一组常见的产品参数：油缸直径41mm，齿条直径25mm。按照结构原理，油缸和齿条活塞形成的工作腔的有效液压作用面积为(41^2-25^2)*pi/4。然而，模板中rpiston_area的默认值为490.87，正好是用齿条直径为25mm来计算得到的面积25^2 * pi/4。



【问题3】 对于液压助力转向系统，厂家提供的特性曲线通常只有转向器力特性曲线（即转向齿轮轴输入扭矩-液压特性曲线，大致呈抛物线形）和转向泵的流量-转速特性曲线。怎样将输入扭矩-液压特性曲线和ADAMS/Car里的助力特性对应起来?

助力特性文件中有两个片段：
[TORSION_BAR]
{tbar_deflection <angle>   tbar_torque <Nm>}
…… …… ……
[STEERING_ASSIST]
{tbar_deflection <angle>   delta_pressure<MPa>}

要获得反映实际系统助力特性的虚拟样机系统，我的理解是：首先需通过试验获取扭杆的扭转刚度特性，以修改助力特性文件中[TORSION_BAR]对应的片段；然后再根据转向器的输入扭矩-液压特性曲线以及扭杆转角，以确定[STEERING_ASSIST]片段，进而确定不同工况助力的大小。



【问题4】 转向轴和小齿轮之间相当于扭杆的轴套（Bushing: bgs_torsion_bar），其扭转刚度特性是否应该跟助力特性文件中的
[TORSION_BAR]
{tbar_deflection <angle>   tbar_torque <Nm>}
片段定义的保持一致？



[ 本帖最后由 wangheyi 于 2008-6-5 21:25 编辑 ]

keybox

piston_area = (41^2-25^2)*pi/4


btw:助力特性文件中：
[TORSION_BAR]
{tbar_deflection <angle> tbar_torque <Nm>}
是给其他类型转向系使用的.

keybox

1 关于Reduction Gear



2 关于助力


3其他

keybox

整车建模而言,引入误差最大的地方是轮胎

wangheyi

谢谢keybox的回复。

关于Reduction Gear，确实存在单位之间的换算关系。
助力特性文件是通过一系列数据点来拟合的，直接看不了助力曲线。

为什么说助力特性文件中：
[TORSION_BAR]
{tbar_deflection <angle> tbar_torque <Nm>}
是给其他类型转向系使用的呢？这本来就是齿轮齿条转向器的模板啊。

wangheyi

原帖由 keybox 于 2008-6-5 21:13 发表
整车建模而言,引入误差最大的地方是轮胎

“car 中的转向系还有许多需完善的地方”…… 有同感！
操稳分析，需重点考查轮胎侧偏刚度的精度；平顺性分析，则需重点考查轮胎径向刚度。
另外，由整车转动惯量引入的误差亦不容忽视。

[ 本帖最后由 wangheyi 于 2008-6-5 22:23 编辑 ]

wangzhenghua

学习了，好帖！

keybox

_pitman_arm.tpl


_rack_pinion_steering.tpl

wangheyi

标准模版中的pitman_arm没用过，是循环球式或蜗杆曲柄式转向系统中的一种么？

hust_frog

对于reduction ratio的计算，我认为是这样的：
  其意思为方向盘每转1圈引起齿条的行程：
例如某车方向盘转一圈引起齿条54.7mm的行程：
reduction ration=(2*pi)/54.7
其中2*pi代表方向盘转动一周
54.7为齿条行程 .

dyl123

好贴，转向系模型的精度对转向轻便性的影响很大，个人感觉，正在做。。。。

dyl123

10# hust_frog
我怎么感觉是reduction ration=360/54.7，单位是deg/mm。

dyl123

因为默认单位是degree而不是rad，但感觉比值大了点

hust_frog

你可以根据实际车型做下仿真，看看结果就知道了

heng520

谢谢啊
这个讨论很好

一流砖家

我也遇到这个问题，学习学习！

wrainer

多谢多谢！论坛中多几个向你这样的会员就忒好了！

dingrunjiang

狂顶不止狂顶不止

baopu

2# keybox
3其他中单位换算令人费解啊
针对楼主的疑问3，我也有疑问，
齿轮齿条转向器中扭杆的刚度特性是线性的
循环球式转向器中刚度特性却是非线性的
这个怎么解释呢

spring522

好帖，希望大家多多讨论