重型车辆具有强大动力性能和高承载力,广泛应用于基础设施建设及军事重工等领域。高性能的转向系统,可显著提升重型车辆低速行驶机动灵活性、高速行驶操纵稳定性,已成为衡量现代大型重载车辆和现代高端运载装备发展水平的关键技术之一。目前,重型车辆在行驶转向过程中,存在着液压系统、转向杆系及轮胎转向阻力之间的匹配性设计问题,经常出现转向杆系损坏以及轮胎磨损等现象。分析其根本原因在于轮胎转向阻力矩的影响。因此,本文基于轮胎印迹转向的摩擦机理,提出一种能够描述轮胎原地转向阻力矩的数学模型,并通过试验验证其模型的精确性。首先,分析轮胎与路面摩擦力的产生机理,确定轮胎原地转向阻力矩的影响因素。基于轮胎印迹转向的摩擦机理,提出一种能够准确描述轮胎原地转向最大阻力矩的数学模型;研究轮胎印迹区域内,不同分布形式的载荷对转向阻力矩的影响,进而获得轮胎印迹载荷分布的阻力矩模型;对比传统转向阻力矩的经验公式,结合轮胎“魔术公式”,建立可反映转向阻力矩与车轮转角之间的动态变化关系的数学模型。其次,基于重型车辆单从动车桥转向机构,设计一种用于测试重型车辆转向性能的试验台架。根据台架主架结构特点,分析轮胎单、双侧加载方式对主架结构性能的影响;并根据台架加载结构特点,分析其关键设计参数(导向柱数量、导向柱直径、承载板厚度等)对试验台架导向结构性能的影响;根据分析结果,选取最优结构参数,研制试验台架样机。然后,基于所设计的新型转向性能试验台架的机械结构,设计电液伺服转向驱动系统和电液伺服加载系统。分析轮胎载荷、加载频率、比例增益、液压缸泄漏、比例阀死区和滞环等因素对系统性能的影响;根据仿真分析结果,完成液压元件选型,搭建转向试验系统,并通过试验对系统的性能进行验证。.最后,根据转向试验系统,开展轮胎原地转向阻力矩的试验研究。基于轮胎印迹试验,研究分析载荷对轮胎印迹尺寸的影响规律;基于转向阻力矩试验,研究轮胎载荷、车轮转角、转向速度等对转向阻力矩的影响规律;对试验数据进行分析,验证数学模型的准确性。本文的创新之处在于基于轮胎印迹转向的摩擦机理,提出了一种能够描述轮胎原地转向阻力矩的方法,并通过试验验证其准确性。基于轮胎印迹试验,研究分析载荷对轮胎印迹尺寸的影响规律,建立载荷与印迹的数学模型;开展轮胎原地转向阻力矩的试验研究,获取轮胎载荷、车轮转角和转向速度对阻力矩的影响规律;对试验数据进行分析,验证转向阻力矩数学模型的准确性。