多轴线矿用车转向系统协同优化设计

doi:10.3901/JME.2023.24.282

机械工程学报 ›› 2023, Vol. 59 ›› Issue (24): 282-289,298.doi: 10.3901/JME.2023.24.282

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多轴线矿用车转向系统协同优化设计

田林雳^1,2, 陈尧^1,2, 马力^1,2, 胡楷雄³, 刘珣^1,2, 申祖国^1,2

1. 武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉 430070;
2. 汽车零部件技术湖北省协同创新中心武汉 430070;
3. 武汉理工大学交通与物流工程学院武汉 430063

收稿日期:2023-02-01 修回日期:2023-08-05 出版日期:2023-12-20 发布日期:2024-03-05
通讯作者: 李亮(通信作者),男,1976年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为车辆动力学与控制。E-mail:liangl@tsinghua.edu.cn
作者简介:赵锦涛,男,1995年出生,博士研究生。主要研究方向为车辆动力学与控制,自动驾驶车辆运动规划。E-mail:zhaojt17@mails.tsinghua.edu.cn;薛仲瑾,女,1996年出生,博士研究生。主要研究方向为车辆动力学与控制,自动驾驶运动规划。E-mail:janexzj@163.com;张志煌,男,1996年出生,博士研究生。主要研究方向为自动驾驶状态估计,高精地图定位。E-mail:zhihuang18@mails.tsinghua.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(52105271)

Cooperative Optimization Design of Multi-axis Mining Vehicle Steering System

TIAN Linli^1,2, CHEN Yao^1,2, MA Li^1,2, HU Kaixiong³, LIU Xun^1,2, SHEN Zuguo^1,2

1. Hubei Key Laboratory of Advanced Technology for Automotive Components, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070;
2. Hubei Collaborative Innovation Center for Automotive Components Technology, Wuhan 430070;
3. School of Transportation and Logistics Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430063

Received:2023-02-01 Revised:2023-08-05 Online:2023-12-20 Published:2024-03-05

摘要/Abstract

摘要： 针对多轴线矿用车自重大、工作路况复杂恶劣、轮胎磨损消耗大的特点，提出可切换转向模式的矿用车转向系统，并建立280 t矿用车多轴线转向机构的参数化模型。提出基于“当量理论转角”的多轴线矿用车转向系统优化设计方法，分析不同转向模式转角误差协同优化设计的可行性，协调匹配不同转向模式下的各轮转角误差。研究结果显示，优化后转向机构八字转向总体性能优于常规转向模式，与原始设计相比更加符合车辆运输工况的实际需求，优化目标加权当量转角误差值由优化前的3.021下降为2.550，下降幅值为15.57%，说明整体效果比较明显。研究结果对于设计多轴线车辆转向系统具有重要的指导意义和参考价值。

关键词: 多轴转向, 280 t矿用车, 可切换转向模式, 优化设计

Abstract: Aiming at the characteristics of high weight, complex and harsh working conditions, and high tire wear and consumption of multi-axis mining vehicle, a mining vehicle steering system with switchable steering modes is proposed, and a parameterized model of multi-axis steering mechanism of the 280 t mining vehicle is established. A multi-axis mining vehicle steering system optimization design method based on “equivalent theoretical turning angle” is proposed to analyze the feasibility of coordinated optimization design for different steering angle errors, and the wheel angle errors under different steering modes are coordinated matching. The research results show that the overall performance of the optimized steering mechanism’s figure-sharing steering is better than that of the conventional steering mode. Compared with the original design, it is more in line with the actual needs of vehicle transportation conditions. The weighted equivalent turning angle error of the optimization target is reduced from 3.021 to 2.550. The decline was 15.57%, indicating that the overall effect is relatively obvious after the optimization. The results have significant reference value for the design of multi-axis vehicle steering system.

Key words: multi-axis steering, 280 t mining vehicles, switchable steering mode, design optimization negative

中图分类号:

TG156

田林雳, 陈尧, 马力, 胡楷雄, 刘珣, 申祖国. 多轴线矿用车转向系统协同优化设计[J]. 机械工程学报, 2023, 59(24): 282-289,298.

TIAN Linli, CHEN Yao, MA Li, HU Kaixiong, LIU Xun, SHEN Zuguo. Cooperative Optimization Design of Multi-axis Mining Vehicle Steering System[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2023, 59(24): 282-289,298.

参考文献

[1] AHMED W, AZIM R A, FATIMA S. Steering strategy for a multi-axle wheeled vehicles[C/CD]//ASME 2018 International Mechanical Engineering Congress and Exposition,2018.
[2] 古玉锋,方宗德,张国胜,等. 重型车辆多轴转向系统设计综述[J]. 汽车技术,2009(1):1-6. GU Yufeng,FANG Zongde,ZHANG Guosheng,et al. Design of heavy-duty truck multi-axle steering system[J]. Automobile Technology,2009(1):1-6.
[3] WILLIAMS D E. Generalised multi-axle vehicle handling[J]. Vehicle System Dynamics,2012,50(1):149-166.
[4] 彭博,李军求,孙逢春,等. 多轴分布式电驱动车辆后桥差动转向控制策略研究[J]. 汽车工程,2020,42(7):909-916. PENG Bo,LI Junqiu,SUN Fengchun,et al. Research on differential drive steering control strategy for rear axles of multi-axle distributed electric drive vehicle[J]. Automotive Engineering,2020,42(7):909-916.
[5] 孙帮成,刘志明,崔涛,等. 汽车列车多轴转向控制方法及仿真研究[J]. 机械工程学报,2019,55(4):154-163. SUN Bangcheng,LIU Zhiming,CUI Tao,et al. Research on multi-axis steering control method and simulation of train-like vehicle[J]. Journal of Mechanical Engineering,2019,55(4):154-163.
[6] DU H,ZHANG Q,CHEN S,et al. Modeling,simulation,and experimental validation of electro-hydraulic power steering system in multi-axle vehicles[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,Part D:Journal of Automobile Engineering,2019,233(2):317-332.
[7] JAGIRDAR V V,MASKAR V P,TRIKANDE M W. Steering strategy for a multi-axle wheeled vehicle[C]//2017 International Conference on Advances in Mechanical,Industrial,Automation and Management Systems (AMIAMS). IEEE,2017:164-171.
[8] 古玉锋,吕彭民,单增海,等. 重型载货汽车多轴转向系统多任务集成设计平台[J]. 汽车技术,2015(8):14-19. GU Yufeng,LÜ Pengmin,SHAN Zenghai,et al. Multi-task integrated design platform for multi-axle steering system of heavy duty trucks[J]. Automobile Technology,2015(8):14-19.
[9] 王云超,周梅,李耀旭,等. 基于后轴主动转向的多轴转向杆系优化[J]. 机械工程学报,2014,50(6):107-111. WANG Yunchao,ZHOU Mei,LI Yaoxu,et al. Optimization of multi-axle steering linkage with active rear axles steering[J]. Journal of Mechanical Engineering,2014,50(6):107-111.
[10] 姜立标,刘坚雄,程铖. 基于正交试验的矿用自卸车转向机构优化设计[J]. 中国机械工程,2013,24(15):2036-2041. JIANG Libiao,LIU Jianxiong,CHENG Cheng. Optimization design of mining dump truck steering mechanism based on orthogonal test[J]. China Mechanical Engineering,2013,24(15):2036-2041.
[11] 乔媛媛. 液压模块式组合半挂车转向系统仿真及结构优化设计[D]. 武汉:武汉理工大学,2009. QIAO Yuanyuan. Hydraulic modular assembled semi-trailer steering system simulation and optimal design[D]. Wuhan:Wuhan University of Technology,2009.

[1]	吕利叶, 鲁玉军, 王硕, 刘印, 李昆鹏, 宋学官. 代理模型技术及其应用：现状与展望[J]. 机械工程学报, 2024, 60(3): 254-281.
[2]	王旭, 姜兴宇, 杨国哲, 孙猛, 于沈弘, 毕凯航, 赵日铮, 刘伟军. 基于PSO-SSA的激光清洗装备人机界面布局优化研究[J]. 机械工程学报, 2024, 60(20): 372-387.
[3]	彭翔, 陈轲楠, 王明博, 易兵, 李吉泉, 姜少飞. 基于改进堆叠顺序表法的变厚度复合结构铺层序列优化设计[J]. 机械工程学报, 2024, 60(19): 199-211.
[4]	张艳斌, 张世雄, 孙维光, 张继旺, 张立民. 混合动力动车组动力包隔振设计及试验研究[J]. 机械工程学报, 2024, 60(16): 314-323.
[5]	赵峰, 胡伟飞, 李光, 邓晓豫, 刘振宇, 郭云飞, 谭建荣. 基于混合指标自适应采样代理模型的多目标优化设计方法[J]. 机械工程学报, 2024, 60(13): 81-91.
[6]	胡伟飞, 廖家乐, 郭云飞, 鄢继铨, 李光, 岳海峰, 谭建荣. 基于物理信息神经网络的时变可靠性分析方法[J]. 机械工程学报, 2024, 60(13): 141-153.
[7]	刘强, 高晴利, 王伟, 韩邦成, 牛萍娟, 王子羲. 激光巨量转移复合型运动平台用洛伦兹磁轴承[J]. 机械工程学报, 2024, 60(1): 198-209.
[8]	谷永振, 段宝岩, 杜敬利, 史伟杰, 张永涛, 武路鹏, 冯树飞. 基于改进力密度法和非线性有限元法的索-膜-桁架天线形态优化设计[J]. 机械工程学报, 2023, 59(9): 252-262.
[9]	张广冬, 黄翔. 以制品几何精度为目标的塑料挤出模具优化设计方法[J]. 机械工程学报, 2023, 59(8): 142-150.
[10]	范小宁, 王凯, 余畅. 基于约束边界抽样的起重机金属结构可靠性优化[J]. 机械工程学报, 2023, 59(8): 288-298.
[11]	杨强, 孙本奇, 李树军, 戴建生. 面向构态切换稳定性的约束变胞机构可靠性优化设计方法[J]. 机械工程学报, 2023, 59(3): 22-37.
[12]	张赫, 李海铭, 张佳闪, 任昊, 李浩天, 赵杰. 面向腔镜微创手术的连续体机械手关键技术与研究进展[J]. 机械工程学报, 2023, 59(19): 44-64.
[13]	霍家骥, 于洪杰, 潘鑫, 江志农, 宾光富. 大型旋转设备压液式自动平衡系统[J]. 机械工程学报, 2023, 59(18): 121-129.
[14]	田军, 姚松杰, 韩宝庆, 王龙杨, 张大兴, 周澄, 刘菁, 王志海, 于坤鹏, 王从思. 面向微波组件信号传输的柔性绕线互联构形表征与优化设计[J]. 机械工程学报, 2023, 59(17): 79-88.
[15]	彭坚, 王雪鹏, 季铁, 陈鋆纯. 智能头盔的多模态交互评价与优化设计[J]. 机械工程学报, 2023, 59(11): 117-128.

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