转向力计算

1 转向系统的功能1.1 驾驶者通过方向盘控制转向轮绕主销的转角而实现控制汽车运动方向。

对方向盘的输入有两种方式：对方向盘的角度输入和对方向盘的力输入。

装有动力转向系统的汽车低速行驶时，操作方向盘的力很轻，却要产生很大的方向盘转角输入，汽车的运动方向纯粹是由转向系统各杆件的几何关系所确定。

这时，基本上是角输入。

而在高速行驶时，可能出现方向盘转角很小，汽车上仍作用有一定的侧向惯性力，这时，主要是通过力输入来操纵汽车。

1.2 将整车及轮胎的运动、受力状况反馈给驾驶者。

这种反馈，通常称为路感。

驾驶者可以通过手—---感知方向盘的震动及运转情况、眼睛—---观察汽车运动、身体—---承受到的惯性、耳朵—---听到轮胎在地面滚动的声音来感觉、检测汽车的运动状态，但最重要的的信息来自方向盘反馈给驾驶者的路感，因此良好的路感是优良的操稳性中不可缺少的部分。

反馈分为力反馈和角反馈从转向系统的功能可以得知：人、车通过转向系统组成了人车闭环系统，是驾驶者对汽车操纵控制的一个关键系统。

2 转向系统设计的基本要求转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。

转向系的基本要求如下：2．1 汽车转弯时，全部车轮应绕瞬时回转中心（瞬心）旋转，任何车轮不应有侧滑。

不满足这项要求会加剧轮胎磨损，并降低汽车的操作稳定性。

实际上，没有哪一款汽车能完全满足这项要求，只能对转向梯形杆系进行优化，一般在常用转向角内（内轮15°～25°范围）使转向内外轮运动关系逼近上述要求。

2．2 良好的回正性能汽车转向动作完成后，在驾驶者松开方向盘的条件下，转向轮能自动返回到直线行驶位置，并稳定行驶。

转向轮的回正力矩的大小主要由悬架系统所决定的前轮定位参数确定，一般来说，影响汽车回正的因素有：轮胎侧偏特性、主销内倾角、主销后倾角、前轮外倾、转向节上下球节的摩擦损失、转向节臂长、转向系统的逆效率等。

转向器最大齿条力的计算与验证
王文建;张雷
【期刊名称】《客车技术与研究》
【年(卷),期】2015(000)004
【摘要】乘用车转向系统的匹配设计中，齿条力的确定至关重要，最大齿条力的计算为转向系统匹配设计提供依据。

本文结合实际工作经验，对转向系统最大齿条力的计算进行研究和验证。

该方法在CAE整车模型建立之前即可计算出最大齿条力值，从而节省开发时间。

【总页数】3页(P34-36)
【作者】王文建;张雷
【作者单位】江淮汽车技术中心乘用车研究院，合肥 236001;江淮汽车技术中心乘用车研究院，合肥 236001
【正文语种】中文
【中图分类】U463.43+1
【相关文献】
1.齿轮齿条式液压助力转向器的力特性曲线优化 [J], 万里;郑勇
2.汽车转向器齿条齿扇传动副的几何和啮合计算（续1） [J], 张锡顺;唐俊;张伟;
3.汽车转向器齿条齿扇传动副的几何和啮合计算(续1) [J], 张锡顺;唐俊;张伟
4.齿轮齿条式转向器齿条力测试方法研究 [J], Su Qiao;Chen Hao;Xia Enping;Zhang Wenlong
5.虚拟主销悬架转向齿条力的计算及验证 [J], 季梅霞
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矿用自卸车转向设计计算说明书设计：陈琼校核：审核：批准：目录一、转向系统相关参数 (2)二、最小转弯半径计算 (3)三、理论转角和实际转角关系 (4)四、转向阻力矩计算 (5)五、转向机的选择计算 (5)六、转向动力缸的选择计算 (8)七、转向油泵的匹配计算 (9)1、转向机理论流量计算2、动力缸理论流量计算3、油泵排量计算4、油泵的选择八、转向升缩轴升缩量计算 (13)九、动力缸行程计算 (14)十、转向系的运动校核 (17)设计原则本车转向系统的设计应使得整车具有良好的操纵稳定性，转向轻便性，并使得上述性能达到国外同类车型的先进水平，保证车辆行驶安全性。

一、转向系统相关参数表一整车参数前轮胎采用14.00-25，轮辋偏置距207.5mm，负荷下静半径为640mm，满载下前胎充气压力850kpa二、最小转弯半径：对于只用前桥转向的三轴汽车，由于中轮和后轮的轴线总是平行的，故不存在理想的转向中心。

计算转弯半径时，可以用一根与中、后轮轴线等距离的平行线作为似想的与原三轴汽车相当的双轴汽车的后轮轴线。

图一转弯半计算图最小转弯半径R=9975+（2471-2100）/2=10160.5mm二、理论转角和实际转角关系图2 内外轮实际转角关系图图3 内外轮理论转角关系图根据图2和图3得出表二数据表二外轮转角(°) 0 5 10 15 20 25 27.3 阿克曼理论内轮转角(°) 0 5.1 10.6 16.4 22.8 30.7 34.1由上图可见在外轮转角在0°—27.3°范围内，实际转角关系与阿克曼转角关系较接近，与阿克曼理论值差值在2°以内，转向桥梯形臂符合设计要求。

四、转向力计算1.转向阻力矩计算转向时驾驶员作用到转向盘上的手力与转向轮在地面上回转时产生的转向阻力矩有关。

影响转向阻力矩的主要因素有转向轴的负荷、轮胎与地面之间的滑动摩擦系数和轮胎气压。

万方数据图ｌＢＰ网络结构２．１．２隐层神经元数通过分析发现网络响应是多个（和隐层神经元数一样多）对数一Ｊｓ函数之和［３］．每个对数一Ｓ函数可近似构成一个余弦波波峰的一侧。

２ｎ个对数一Ｓ函数相加最多可构成尼个余弦波，即要有忍个余弦波函数，隐层中最少要有加个神经元。

通过大量验证，以上确定神经元数的办法可信度很高。

为保证网络可靠性．需要给隐层神经元数取安全系数。

由文献［２］知道，转向盘角输入的截止频率一般不超过２～２．５Ｈｚ。

因此作为输出响应的汽车横摆角速度、车身侧倾角和侧向加速度（滤波后）等的振荡频率也不会超过２～２．５Ｈｚ。

即无论转向盘如何操纵，响应输出曲线中的余弦波不会多于特定试验下对应余弦波的２—２．５倍。

一般情况下转向盘输入频率在ｌＨｚ附近．故神经元数按照一般试验下最大余弦数的１．５倍取值就能满足要求。

从转向盘脉冲试验可知．任意时刻输入的响应特性在４ｓ内基本能完全显现，故取汽车操纵稳定性试验数据的有效采集时间为４ｓ。

一般情况下４ｓ内振荡余弦波约为４个，故初选隐层神经元数为１２个。

２．２训练集和网络训练２．２．１训练集训练集包括滤波后的实车试验数据和由前一种训练集派生出的数据两种。

其中实车试验数据为不同车载质量、不同车速情况下的多组汽车转向瞬态响应试验（转向盘转角脉冲输入、转向盘转角阶跃输入）和转向稳态响应试验数据，选取时尽量选取转向盘转角范围较大的数据，而且转向盘左转和右转时的输入都要有。

派生的训练集是对前一种训练集数据进行求导后得到的数据。

在网络训练时这两种训练集数据作为两个序列同时输入。

为减少训练集中的冗余量。

需对训练集数据２次采样，根据转向盘角输入的截止频率。

每秒数据量为２０个即可。

２．２．２网络训练在ＭＡ’１１ＬＡＢ下借助神经网络工具箱ＮＮＴｏｏｌ—ｂｏｘ构建神经网络并进行训练．训练集数据从命令２００９年第９期行工作空问导入。

网络训练函数取“ｔｒａｉｎｌｍ”。

目标误差为０．００１，训练时间步取１０００，其它参数取默认值。

文章编号：1673-887X(2023)03-0030-04基于AMESim 的插秧机液压转向系统设计与仿真田延豹（娄底职业技术学院，湖南娄底417000）摘要文章分析了传统插秧机液压转向系统使用中泵在的问题，发现传统插秧机存在窄小空间调头困难、转向阻力大和结构自动化水平低的问题，提出了新型插秧机液压转向系统设计方案，从液压系统总体控制设计出发，设计液压转向系统回路，计算相关参数。

并基于AMESim 就所设计的插秧机液压转向系统进行建模，并仿真分析设计的可行性和正确性。

经验证，设计参数与仿真分析结果存在一致性，说明系统可行，能够提升控制精度。

关键词AMESim 建模仿真；插秧机；液压转向系统中图分类号S223.91+2文献标志码Adoi:10.3969/j.issn.1673-887X.2023.03.011Design of Hydraulic Steering System of Rice Transplanter Based on AMESimTian Yanbao(Loudi Vocational and Technical College,Loudi 417000,Hunan,China)Abstract ：This paper analyzed the problems of the pump in the use of the hydraulic steering system of the traditional rice transplant ‐er,and found that the traditional rice transplanter has some problems,such as the difficulty of turning in a small space,the large steer ‐ing resistance and the low automation level of the structure.The design scheme of the hydraulic steering system of the new type of rice transplanter is put forward.Based on the overall control design of the hydraulic system,the hydraulic steering system circuit is designed and the related parameters are calculated.The hydraulic steering system of the transplanter is modeled based on AMESim,and the feasibility and correctness of the design are analyzed by simulation.It is verified that the design parameters are consistent with the simulation analysis results,which indicates that the system is feasible and can improve the control accuracy.Key words ：AMESim,modeling and simulation,rice transplanter,hydraulic steering system我国是水稻种植大国，为顺应智能化、现代化和自动化农业发展理念，需就现有传统农业机械设备予以革新。

转向系性能参数一、转向器的效率功率P 1从转向轴输入，经转向摇臂轴输出所求得的效率称为正效率，用符号η+表示，η+=(P 1—P 2)／P l ；反之称为逆效率，用符号η-表示，η- =(P 3—P 2)／P 3。

式中，P 2为转向器中的摩擦功率；P 3为作用在转向摇臂轴上的功率。

为了保证转向时驾驶员转动转向盘轻便，要求正效率高。

为了保证汽车转向后转向轮和转向盘能自动返回到直线行驶位置，又需要有一定的逆效率。

为了减轻在不平路面上行驶时驾驶员的疲劳，车轮与路面之间的作用力传至转向盘上要尽可能小，防止打手又要求此逆效率尽可能低。

1．转向器的正效率η+影响转向器正效率的因素有：转向器的类型、结构特点、结构参数和制造质量等。

(1)转向器类型、结构特点与效率 在前述四种转向器中，齿轮齿条式、循环球式转向器的正效率比较高，而蜗杆指销式特别是固定销和蜗杆滚轮式转向器的正效率要明显的低些。

同一类型转向器，因结构不同效率也不一样。

如蜗杆滚轮式转向器的滚轮与支持轴之间的轴承可以选用滚针轴承、圆锥滚子轴承和球轴承等三种结构之一。

第一种结构除滚轮与滚针之间有摩擦损失外，滚轮侧翼与垫片之间还存在滑动摩擦损失，故这种转向器的效率ly+仅有54％。

另外两种结构的转向器效率，根据试验结果分别为70％和75％。

转向摇臂轴轴承的形式对效率也有影响，用滚针轴承比用滑动轴承可使正或逆效率提高约10％。

(2)转向器的结构参数与效率 如果忽略轴承和其它地方的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失，对于蜗杆和螺杆类转向器，其效率可用下式计算)tan(tan 00ρααη+=+ （7--1） 式中，αo 为蜗杆(或螺杆)的螺线导程角；ρ为摩擦角，ρ=arctanf ；f 为摩擦因数。

2．转向器逆效率η-根据逆效率大小不同，转向器又有可逆式、极限可逆式和不可逆式之分。

路面作用在车轮上的力，经过转向系可大部分传递到转向盘，这种逆效率较高的转向器属于可逆式。

方向机的转向扭矩计算公式方向机是汽车上的重要部件，它通过转向系统将司机的转向指令传达给车轮，从而改变车辆的行驶方向。

方向机的转向扭矩是指在转向过程中需要施加的力矩，它是影响车辆转向性能的重要参数。

在设计和制造方向机时，需要准确计算转向扭矩，以确保车辆具有良好的操控性和稳定性。

本文将介绍方向机的转向扭矩计算公式及其应用。

方向机的转向扭矩计算公式可以通过以下步骤推导得出：第一步，计算转向系统的总传动比。

转向系统的总传动比是指方向盘旋转一定角度时，车轮转向的角度与之的比值。

通常情况下，转向系统的总传动比可以通过方向机的齿轮传动比和转向机构的机械传动比相乘得出。

假设总传动比为i。

第二步，计算转向系统的效率。

转向系统的效率是指方向盘施加的力矩与车轮实际转向所需的力矩之比。

通常情况下，转向系统的效率可以通过实验测量得出。

假设转向系统的效率为η。

第三步，计算方向盘施加的力矩。

方向盘施加的力矩可以通过驾驶员的手部力量来提供，通常情况下可以通过实验测量得出。

假设方向盘施加的力矩为T。

第四步，计算车轮实际转向所需的力矩。

车轮实际转向所需的力矩可以通过车轮的转向阻力和转向系统的传动比来计算得出。

假设车轮实际转向所需的力矩为M。

综合以上步骤，可以得出方向机的转向扭矩计算公式如下：M = T i / η。

其中，M为车轮实际转向所需的力矩，T为方向盘施加的力矩，i为转向系统的总传动比，η为转向系统的效率。

通过这个公式，我们可以计算出在不同情况下车辆转向所需的力矩，从而为方向机的设计和制造提供参考。

在实际应用中，我们可以根据车辆的具体情况来确定转向系统的总传动比和效率，然后通过测量方向盘施加的力矩来计算出车轮实际转向所需的力矩，从而为方向机的设计和调整提供指导。

除了方向机的设计和制造外，转向扭矩的计算公式还可以在车辆维修和故障诊断中发挥重要作用。

通过测量方向盘施加的力矩和车轮实际转向所需的力矩，我们可以判断转向系统是否正常工作，从而及时发现并解决问题。

FSAE赛车转向系统优化设计宋学前;丁华锋;景文倩;黄成;朱令磊【摘要】转向系统是FSAE赛车的重要组成部分,其设计水平直接影响赛车的操纵稳定性。

以提高转向响应的速度为目标,分析了转向系统的转向力,确定了转向系统结构参数的合理取值范围。

利用Adams软件优化设计了转向断开点的坐标,结合转向力和转向断开点的坐标,利用Matlab软件对理想阿克曼转角关系进行分析矫正,完成对转向梯形结构参数的分析优化。

仿真结果表明:利用转向断开点的最佳空间坐标,不仅可以减少轮胎上下跳动对转向系统的冲击,而且可以减少前束角大小和轮胎磨损,保证了转向系统良好的操作性能和高速过弯性能。

【期刊名称】《重庆理工大学学报》【年(卷),期】2019(033)002【总页数】7页(P38-44)【关键词】FSAE赛车;转向梯形;转向断开点;转向力【作者】宋学前;丁华锋;景文倩;黄成;朱令磊【作者单位】[1]湖北文理学院纯电动汽车动力系统设计与测试湖北省重点实验室,湖北襄阳441053;[1]湖北文理学院纯电动汽车动力系统设计与测试湖北省重点实验室,湖北襄阳441053;[1]湖北文理学院纯电动汽车动力系统设计与测试湖北省重点实验室,湖北襄阳441053;[1]湖北文理学院纯电动汽车动力系统设计与测试湖北省重点实验室,湖北襄阳441053;[1]湖北文理学院纯电动汽车动力系统设计与测试湖北省重点实验室,湖北襄阳441053【正文语种】中文【中图分类】U463.46中国大学生方程式汽车大赛(简称“中国FSAE”)是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。

该项比赛旨在培养学生汽车设计成本控制、团队合作等能力。

转向系统是FSAE赛车重要的组成部分，转向系统设计的好坏直接决定了赛车的操纵稳定性。

目前国内外对汽车内外转向轮转角的研究主要是满足阿克曼转向理论，没有考虑到实际转向过程中轮胎侧偏力对转向轮转角的影响。

转向系统设计说明书设计原则：通过对所开发车型与已开发同类车型（或标杆车）的比较及所开发车型的前桥负荷,初步确定转向器总成的结构和相关参数。

故在选取时应遵循以下原则；1、转向器结构选型原则：1）、依据整车布置尺寸，确定转向器结构尺寸。

2）、依据使用和成本状况，确定是否使用通气螺塞。

2、转向器参数选型原则：1）、依据转向盘布置形式，确定是左置转向器或右置转向器。

2）、依据前桥负荷，选定转向器输出扭矩及输入轴花键。

3）、依据车型的最小转弯半径确定转向摇臂输出摆角能否满意使用要求。

4）、依据产品信函（或项目描述书）所描述的整车的使用状况，确定转向传动比是否采纳变传动比形式。

5）、依据产品信函（或项目描述书）所描述的整车的使用状况，确定传动间隙特性。

3、转向摇臂选型原则：1）、依据标杆车进行类比。

2）、依据车型的最小转弯半径确定转向摇臂在转向器上的中间位置。

3）、依据车型总布置，确定转向摇臂的偏距和长度。

4、转向传动轴及管柱的选型原则：1）、依据标杆车进行类比。

2）、依据点火开关和组合开关确定转向传动轴及管柱的形式。

3）、依据整车需要或成本考虑确定是否采纳双万向节结构，转向盘可调结构或缓冲吸能结构。

5、转向盘选型原则：1）、依据标杆车进行类比。

2）、依据总布置确定转向盘直径。

3）、依据整车需要或成本考虑，是否采纳防伤转向盘。

一、转向机部分一.设计目标L满意日本转向器样件的安装尺寸。

2.在结构上我们参考样件和恒隆公司现有的成熟产品的结构，确定为分体式结构。

3.产品性能达到或超过同类产品标准。

二.方案说明1.2.1扭杆与齿轮轴采纳花键联结方式，其优点：a.此结构采用花键过盈联结，省去了打销过程，简化了工艺。

b.增大了密封空间。

2.2齿条的支承型式齿条的一端通过常规的齿条支承座来支承，齿条支承座垫的材料选取的是含油聚甲醛，齿条的另一端通过缸端限位套总成来支承，在缸端限位套总成内含有聚甲醛材料的衬套，其主要优点是磨擦系数小，耐磨性好。

（1）助力转矩的计算
汽车的转向阻力矩为：
P G T w 3
13μ= （1） 式中1G ----前轴载荷；
μ----轮胎和路面的摩擦因数，一般取；
P ----轮胎气压。

此时，需要转向盘提供的转矩为：
+=ηω0i T T w
h （2）
式中0ωi ——为转向系角传动比；
+η——转向系正效率，对齿轮齿条式转向器，+η一般在70％～85％[27]，这
里取+η＝。

根据推荐值，转向盘操纵力不应大于30～50N,在10N 以下则转向很轻便,因此作用在转向盘上的转矩为
2
00h h h D F T ⋅= （3） 式中0h F ——作用在转向盘上的力，这里取0h F ＝30N ；
h D ——转向盘直径；
所以作用在转向轴上的最大助力转矩max a T 为：
0max h h a T T T -=＝00h w
T i T -+ηω
（2）电动机参数的选择和计算
这里采用永磁直流电动机，转向轴驱动的结构形式，考虑到电动机的转速过大，需要减速增矩，故电动机的输出转矩经减速机构后再驱动转向轴。

因此电动机的额定输出转矩为
G
T T a e max = （4） 式中G 为减速机构的减速比。

转向盘（即转向轴）的转动速度一般取h n =s=72r/min,为了使电动机在转向盘转速较快的时候能够跟得上，所需电动机的最大额定转速为
G n n h e ⋅= （5） 由式（4）和（5）可得到电动机的额定功率
9549e
e e n T P ⋅=
计算得到LC 车型的电机额定功率为<125W ，EK 车型<125W 。

steering law 转向定律
【原创版】
目录
1.转向定律的定义与概述
2.转向定律的计算公式
3.转向定律的应用领域
4.我国相关法律法规对转向定律的要求
正文
转向定律，又称为转向动力学定律，是描述汽车在行驶过程中，转向时车辆稳定性和转向性能的一部份力学定律。

该定律主要用于研究汽车在行驶中因转向而引起的车辆侧滑、甩尾等不稳定现象，从而为汽车设计提供理论依据，以确保汽车在行驶过程中的安全性和稳定性。

一、转向定律的定义与概述
转向定律主要研究的是汽车在行驶过程中，因转向而产生的各种力学变化。

转向定律中主要包括以下三个参数：转向角、转向半径和转向速度。

转向角是车辆转向时前轮与行驶方向的夹角；转向半径是车辆转向时，前轮的中心点与转向圆心的距离；转向速度是车辆转向时的速度。

二、转向定律的计算公式
转向定律的计算公式主要包括以下两个公式：
1.转向力矩公式：M=β*I*α
其中，M 为转向力矩；β为转向放大系数；I 为转向惯性矩；α为转向角。

2.转向力公式：F=M/r
其中，F 为转向力；r 为转向半径。

三、转向定律的应用领域
转向定律在汽车工程设计中有着广泛的应用，尤其在汽车稳定性控制、汽车悬挂系统和汽车转向系统的设计中，更是必不可少的理论依据。

同时，转向定律也为驾驶员提供了安全驾驶的重要参考，帮助驾驶员了解在行驶过程中，如何正确控制转向，以确保行车安全。

四、我国相关法律法规对转向定律的要求
在我国，汽车设计、生产和销售都必须符合国家相关法律法规的要求。

（1）助力转矩的计算
汽车的转向阻力矩为：
T w
3
3
G
1
P
（1）
式中G1----前轴载荷；
----轮胎和路面的摩擦因数，一般取0.7；
P----轮胎气压。

此时，需要转向盘提供的转矩为：
T
w
T
h（2）i
式中i——为转向系角传动比；
——转向系正效率，对齿轮齿条式转向器，一般在70％～85％[27]，这里取＝0.8。

根据推荐值，转向盘操纵力不应大于30～50N,在10N以下则转向很轻便,因此作用在转向盘上的转矩为
D
h
T F（3）h0h0
2
式中F——作用在转向盘上的力，这里取F
h0
＝30N；
h0
D——转向盘直径；
h
所以作用在转向轴上的最大助力转矩T为：
a max
T
w T
T a T T＝0
max h h0h
i
（2）电动机参数的选择和计算
这里采用永磁直流电动机，转向轴驱动的结构形式，考虑到电动机的转速过大，需要减速增矩，故电动机的输出转矩经减速机构后再驱动转向轴。

因此电动
机的额定输出转矩为
T e T
a max（4）G
式中G为减速机构的减速比。

转向盘（即转向轴）的转动速度一般取n=1.2r/s=72r/min,为了使电动机在
h
转向盘转速较快的时候能够跟得上，所需电动机的最大额定转速为
n e n h G（5）由式（4）和（5）可得到电动机的额定功率
P e T
n e
e 9549
计算得到LC车型的电机额定功率为117.7W<125W，EK车型115.7W<125W。