阿克曼原理與矩形化轉向梯形設計一、阿克曼原理阿克曼原理的基本觀點是:汽車在行駛（直線行駛和轉彎行駛）過程中,每個車輪的運動軌跡,都必須完全符合它的自然運動軌跡,從而保證輪胎與地面間處于純滾動而無滑移現象。1.阿克曼理論轉向特性以圖1所示的兩軸車為例，阿克曼理論轉向特性，是以汽車前輪定位角都等于零、行走系統為剛性、汽車行駛過程中無側向力為假設條件的。圖i該轉向特性的特點為:①汽車直線行駛時，4個車輪的軸線都互相平行，而且垂直于汽車縱向中心面;②汽車在轉向行駛過程中，全部車輪都必須繞一個瞬時中心點做圓周滾動，而且前內輪與前外輪的轉角應滿足下面關系式:ctg/3—ctgor=-j- （1）式中,0—汽車前外輪轉角a—汽車前內輪轉角K—兩主銷中心距L—軸距2.阿克曼梯形阿克曼梯形即為滿足阿克曼理論轉向特性的四連桿機構，其底角Qa（見圖2）由下式確定：Q=tgT（嚀） ⑵其梯形臂的作用長度m=0.11~0.15K阿克曼梯形是一個如圖3所示的平面梯形，其特性為:①0a=f（aa）②梯形上底長度AB與兩主銷中心距及兩主銷中心線穿地點之距完全一致。圖4給出了阿克曼梯形特性曲線與阿克曼理論轉向特性曲線的對比情況。從圖中可見，兩條曲線基本重合，表明用上述方法確定梯形參數是可行的。

TOC\o"1-5"\h\zIQ- // I | | J0 10 23 jC 10圖I】?理論轉聞特昨曲線僉撈形持性鞠績二、前輪定位參數及特性對轉向梯形設計的影響1.前輪外傾特性對阿克曼理論轉向特性的影響圖S所示是主銷內傾角為14度時的汽車前輪外傾特性。它直接影響阿克曼理論轉向特性式(1)。當汽車前輪轉角關系完全符合阿克曼理論轉向特性式(1)時，

由于受前輪外傾的影響，使汽車前輪的自然運動軌跡與實際運動軌跡不吻合，如圖6所示。因此，要想滿足阿克曼原理的要求，必須減少內、外輪的轉角差，即汽車理論轉向特性應為：ctg(0—A/9)—ctg(a+Aa)=今(3)其中Aa,△p為汽車前內輪和前外輪瞬時外傾角的函數。車輪轉角車輪轉角2.主銷傾角對轉向梯形特性的影響由于主銷內傾角的存在，使阿克曼梯形變成了三維空間幾何梯形，如圖7所示。用兩面角的方法表示時，S1,S2分別為通過橫拉桿兩球頭中心D,C,并垂直于主銷中心線的兩個平面，且與兩主銷中心線分別交于at,bt二點。atbtcd為空間梯形，Q為梯形底角，AtD=BtC為梯形臂長?？臻g梯形特性用下式表示：8貳=f(S) (4)圖8為平面梯形特性曲線與空間梯形特性曲線的對比情況。從圖8中可以看出，對于同樣的梯形參數，主銷內傾角為0°的平面梯形特性曲線與主銷內傾角為8°的空間梯形特性曲線之間存在著一定的差異，當a廣a時，pk<p。ka k a由于主銷傾角(內傾和后傾)的存在，使

9it*內輪轉驚⑴圖89it*內輪轉驚⑴圖8圖81.平51W特性掘緝吐空間歸形特性曲戟梯形特性只能代表前輪中心點G（見圖9）繞主銷中心線的運動關系a,卩。圖中0kk點為主銷中心。因為前輪的實際轉角為a和0，因而Aa和A0的差異也是梯形kk設計應考慮的因素之一。綜上所述，設計汽車轉向梯形時，必須根據不同的前輪定位參數，確定合理的梯形底角設計應考慮的因素之一。綜上所述，設計汽車轉向梯形時，必須根據不同的前輪定位參數，確定合理的梯形底角Q（見圖10）。中J—矩形化梯形系數J=J+J+J+agwJ—阿克曼梯形系數aJ—空間梯形系數gJ—前輪外傾特性系數w三、矩形化梯形設計

轉向梯形的設計，自70年代末就開始出現了矩形化(平行四邊形)的趨勢，目前如美國的克萊斯勒公司、德國的大眾公司.、日本的豐田公司等，都已經采用了梯形矩形化的設計方法。第一汽車集團公司的產品設計部門，也在汽車設計上進行了初步的嘗試，經過實踐證明，效果良好。、車It中心魏前[Sy、車It中心魏前[Sy主■中丄住圏10輪定位參數隨前輪角位移變化的特性,都是主銷傾角W的函數,其表達式如下:W=cos_1(cosVK2*cosVK0) (6)式中W0—主銷內傾角(設計值)W2—主銷后傾角(設計值)在進行矩形化梯形設計時，首先應根據主銷傾角W、前軸主銷中心距K、軸距L按式(5)確定梯形底角Q。其中矩形化梯形系數J可按下述經驗公式選?。?=0.74CL3?1.5)tgW (7)Q值求得后，梯形臂長m可按0.11~0.15K選取，再通過前軸的系統布置，確定轉向橫拉桿球頭中心的位置，完成矩形化梯形的結構設計。然后借助計算機，利用梯形設計程序，輸出最終的梯形參數及汽車理論轉向特性曲線、梯形特性曲線等。四、試驗驗證應用上述結果，對SP-662型大客車進行了改進設計，因條件所限，只對4種梯形底角(包括原車梯形底角70°17’)進行了輪胎磨損的對比試驗，其結果如表1所列。從表1中可見，合理選擇梯形底角，可明顯改善汽車的操縱性能和提高汽車運行的經濟效益。

*1■梯形底角Q70*17"100.0072"37f97.0574*24'94.9675*22*91.91以奧迪轎車為例，取梯形臂長m=0.11K、矩形化梯形系數J=0.7+1.4tgW進行計算，其對比結果列于表2。從表2中的對比數據可知，按照式(7)選取梯形系數J是可行的。4033-7833.6088635 |30.24