转向机构作为汽车的一级部件,在整车的设计中占有重要的地位。转向系统的好坏不仅影响着整车的操纵性,也会对车辆的安全性产生很大的影响。针对类菱形车的底盘布置形式而专门开发的转向机构与传统车辆的转向机构是有很大差别的。本文首先对类菱形车转向机构的结构进行了详细地介绍,并对转向拉杆机构进行了建模以及优化,得到了满足前后轮同步转向的结构参数;其次,对类菱形车的转向性能进行了分析,并分析了构件的柔性变形对转向机构以及整车响应的影响;然后,对类菱形车进行了非线性三自由度侧向动力学分析,以及考虑了驾驶员模型和道路模型的人—车—路闭环系统分析;最后,通过类菱形车操纵稳定性试验,验证了类菱形车在所设计的转向机构作用下具有操纵灵活、响应灵敏、安全、可靠的操纵性和稳定性。基于此思路,本论文开展和完成了如下研究工作:1.类菱形车的底盘结构与传统车的差异,导致类菱形车的转向操纵机构、转向器和转向传动机构的具体形式又与传统车不一样,最明显的区别在于传统车一般是通过前轮转向,而类菱形车是通过前后轮同步转向。本文从转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分分析了适用于类菱形车底盘结构的转筒式转向机构,并通过对四连杆机构的建模以及优化,使得转向轮向左转和向右转的角度差降到最低,并尽可能减小车轮跳动时产生的被动转向角。2.类菱形车的一大优点是操纵灵活,通过对类菱形车最小转弯半径和传动比特性的分析很好地验证了类菱形车操纵灵活的特点。类菱形车转向轮的结构导致其转向轮定位参数无法实现回正,本文通过附加的转向回正机构很好地解决了这种问题。建立了类菱形车的线性二自由度模型,考虑了整车质心的变化对轮胎的侧偏刚度的影响。并对类菱形车的线性二自由度模型进行了稳态响应和瞬态响应分析,分析结果表明,类菱形车不仅转向灵活,在操纵稳定性响应时间指标上,也具有较好的响应性能。3.类菱形车的转向机构是前后轮联动转向,纵穿了整车的前后,导致了转向机构中的拉杆较长。本文利用ADAMS软件建立了类菱形车转向机构的动力学模型和前轮悬架转向模型,并利用ANSYS软件对一些关键构件进行柔性化,得到了类菱形车转向机构的柔性模型和前轮悬架转向柔性模型。通过对刚性模型和柔性模型的仿真,得到了构件的柔性变形对前后轮同步转向的影响以及前悬架上下摆臂的柔性变形对被动转向的影响。将类菱形车简化为三点支撑的连续梁,分析了轴转向对整车稳态响应和瞬态响应的影响。4.本文在类菱形车线性二自由度模型的基础上,加入了纵向运动自由度来描述类菱形车在转向运动中车速的变化,并应用Pacejka轮胎模型描述轮胎侧偏特性,由此构建了具有实时在线仿真功能的类菱形车非线性三自由度侧向动力学模型。而不同转向类型的汽车,面对同一行驶道路,经驾驶员判断后产生的转向盘输入是不同的,这就需要在进行侧向动力学分析时加入驾驶员模型和道路模型。通过蛇行试验验证了类菱形车非线性三自由度侧向动力学模型和基于人—车—路的闭环系统模型的正确性。5.在全文的最后,按照国家标准对类菱形车进行操纵稳定性的六个基本试验,并按照操纵稳定性指标限值与评价方法对各个试验进行了评价。通过操纵稳定性试验及评价,验证了类菱形车具有优于传统四轮车的操纵性,和与传统四轮车相当的稳定性。本文作为一篇系统研究类菱形车转向系统的论文,对类菱形车的工程化和市场化提供了理论支撑。