浅谈转向轮转角关系设计

今天来聊聊转向轮转角关系设计。转向轮转角关系这个概念在汽车的前期开发过程中往往不痛不痒，也常常在逆向开发过程中，严格执行标杆车硬点而完全忽视对其优化。其实，转向轮的内/外轮转角关系不仅影响轮胎的磨耗，同时也影响转向时方向盘操作力及转向时的回正力矩，另外，内/外轮转角关系也对车辆的最小转弯直径也有一定的影响。这里特别说明一下方向盘操作力及回正力矩，四轮定位参数对这两者的影响一般是“厚此薄彼”，对一方有利就对另一方有害。但是转向轮内/外轮转角关系对其影响是同时有利或者不利，就相当于系统摩擦力存在的影响。

内外轮转角关系，大多时候我们遵循阿克曼转向几何关系。车辆转向时，为满足轮胎的纯滚动的要求，车辆沿着弯道转弯时，利用转向梯形结构，使内轮转向角大于外轮转向角，使四个车轮的轨迹圆心相较于一点，这种内/外转向轮间适当的转角关系，就是阿克曼转角几何关系。阿克曼转向几何是一种为了解决交通工具在转弯的时候，各个车轮的行驶轨迹圆心不同的问题而提出来的，它的历史不再过多表述，去百度总能找到答案。

理想的转角关系如下图所示，这张图大家再熟悉不过：

对于转向梯形的具体概念及绘制方法，可以参考阿尔特汽车股份有限公司的内部标准《车辆转向时转向轮转角关系设计》。如何根据理想的转角关系设计转向梯形，本文不再多说，可以参考清华大学王霄峰编著的《汽车悬架和转向系统设计》，各位从业人员对转向梯形的优化设计也有不同的方法，如《汽车转向梯形机构在不同目标函数下的优化》。

下面聊聊我们在转向梯形优化过程中需要把握的原则。精确的转向梯形能够更好地满足阿克曼原理，保证良好的转向性能。转向梯形设计过程中对阿克曼转角关系的符合程度，我们一般用阿克曼率来进行评价。此时需要了解阿克曼率的概念，阿克曼率是指内外轮实际转角差与理论转角差的比值(%)。

转向梯形机构有整体式和断开式两种,转角关系一般为：

以这样理解，阿克曼率是调节转弯直径，转向操作力，轮胎磨损量的一个指标参数：

1.轮胎磨损特性——阿克曼率越大，则内/外轮纯滚动的符合性越高，轮胎磨损量越小。

2.方向盘操作力及回正时操作力——阿克曼率越小，则内/外轮胎的相对变形量越大，方向盘操作力越大，同时方向盘回正时的操作力越小。

3.最小转弯直径——阿克曼率越小，则最大车轮转角条件下的转向角偏差越大，最小转弯直径越小。当然反过来想，转角极限位置，在相同的外轮转角情况下，通过加大内轮转角(在空间允许的情况下)改善阿克曼率，同时也减小了最小转弯直径。

4.任何情况下，只要不影响其他指标，阿克曼率越高越好。请大家不要因为20度时阿克曼率40%到60%所误导。

转向梯形优化过程会涉及硬点的调整，主要是转向拉杆内点(tierod_inner)和转向拉杆外点(tierod_outer)坐标值，以麦弗逊悬架来讲，这往往会影响到车轮前束的变化率，对整车性能及轮胎磨损产生影响。这也是大多工程师开发过程中不愿意动这两个硬点的原因。

根据我最近做的一次麦弗逊悬架硬点针对KC特性的灵敏度分析，对前束变化影响较大为转向拉杆内点外点的Z值，可以通过修改其XY值来改善阿克曼率。

后续我们也可以讨论一下悬架硬点针对悬架KC分析的灵敏度分析，硬点优化的方法，欢迎大家讨论。

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