一款國產(chǎn)化商用車的轉(zhuǎn)向回正性能分析

謝桃新，虞陽，尤立生

（南京依維柯汽車有限公司，江蘇 南京 210000）

引言

汽車的轉(zhuǎn)向回正性能是指在遭遇外界干擾時(shí)，汽車能抵抗干擾而保持直線、穩(wěn)定行駛的能力。國家標(biāo)準(zhǔn)GB17675對(duì)汽車轉(zhuǎn)向系提出的基本要求中也規(guī)定：“汽車轉(zhuǎn)向車輪應(yīng)有自動(dòng)回正能力，以保持汽車穩(wěn)定的直線行駛”。即轉(zhuǎn)向輪在轉(zhuǎn)向力或偶遇外力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)后，一旦轉(zhuǎn)向力或外力消失，應(yīng)能立即自動(dòng)回到中央或原來直線行駛的位置。車輛的回正性能是操縱穩(wěn)定性能的一項(xiàng)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，也是駕駛員的直接感知項(xiàng)。

某款國產(chǎn)化商用車型，在首輪工裝樣車開發(fā)階段， 車輛的轉(zhuǎn)向回正主觀評(píng)價(jià)分值較低，僅為4-5分，主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面：

（1）大角度轉(zhuǎn)向回正性能：車輛處于怠速狀態(tài)，向一邊打死方向盤，掛接一檔，雙手松開方向盤，踩下加速踏板使車輛以發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速前進(jìn)，此時(shí)方向盤回正明顯卡滯，且殘留角度大于45°；

（2）小角度轉(zhuǎn)向回正性能：車速保持在 80km/h，給予車輛一個(gè)快速小幅度的轉(zhuǎn)向輸入（角度小于 20°），然后迅速松開方向盤，方向盤無明顯的回正趨勢(shì)。

1 轉(zhuǎn)向回正的影響因素

基于此款車是引進(jìn)國外的成熟車型，在歐洲市場(chǎng)已經(jīng)投放多年，客戶均反饋進(jìn)口車輛的轉(zhuǎn)向回正性能良好。因此可以直接排除設(shè)計(jì)硬點(diǎn)的影響因素，主要關(guān)注國產(chǎn)零部件性能對(duì)轉(zhuǎn)向回正性能的影響。

車輛的轉(zhuǎn)向回正性能主要與整車狀態(tài)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、前懸架系統(tǒng)與輪胎性能相關(guān)。如圖所示：

2 影響因素的排查

2.1 整車狀態(tài)的核查

檢查車輛的四輪定位參數(shù)，車輛載荷及前后軸荷的分布，測(cè)量整車姿態(tài)角。以下為整車車輛的相關(guān)參數(shù)測(cè)量值：

表1

經(jīng)測(cè)量，該國產(chǎn)化車輛的整車狀態(tài)均符合設(shè)計(jì)值且與進(jìn)口車測(cè)量值相當(dāng)，然而進(jìn)行轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)對(duì)比時(shí)，該國產(chǎn)化車輛的轉(zhuǎn)向回正性能明顯劣于進(jìn)口車。因此，可以排除整車狀態(tài)對(duì)轉(zhuǎn)向回正性能的影響；

2.2 轉(zhuǎn)向回油性能的檢查

根據(jù)轉(zhuǎn)向油管的檢查報(bào)告及轉(zhuǎn)向油泵臺(tái)架試驗(yàn)報(bào)告，轉(zhuǎn)向油管的內(nèi)管徑與溢流閥的性能均滿足設(shè)計(jì)要求，而且實(shí)車檢查轉(zhuǎn)向回油管，無折彎憋死的現(xiàn)象。因此轉(zhuǎn)向回油性能良好，不會(huì)造成轉(zhuǎn)向回正性能差。

2.3 轉(zhuǎn)向器球頭性能檢查

轉(zhuǎn)向器球頭的擺動(dòng)力矩，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，軸向間隙和徑向間隙均會(huì)增加轉(zhuǎn)向的回正力矩，轉(zhuǎn)向器球頭的擺動(dòng)力矩為2-6Nm，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩≤9Nm，軸向間隙＜0.35 mm（載荷為±3000 N下），徑向間隙＜0.4 mm（載荷為±400 N下），通過臺(tái)架試驗(yàn)檢測(cè)，國產(chǎn)轉(zhuǎn)向器球頭的性能參數(shù)與進(jìn)口件相當(dāng)，具體如下：

表2

從檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，轉(zhuǎn)向器球頭性能不是影響轉(zhuǎn)向回正的因素。

2.4 轉(zhuǎn)向器回正力矩負(fù)荷檢查

轉(zhuǎn)向器回正負(fù)荷可以通過轉(zhuǎn)向器的逆向負(fù)荷試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)指標(biāo)為逆向驅(qū)動(dòng)載荷不能大于450N，波動(dòng)值不能大于80N，經(jīng)檢測(cè)，逆驅(qū)動(dòng)最大為442.7N，最大波動(dòng)為71.2N，滿足性能指標(biāo)。性能曲線如下：

圖2

2.5 輪胎性能

輪胎徑向剛度，回正剛度是轉(zhuǎn)向回正的關(guān)鍵因素，基于輪胎性能的技術(shù)復(fù)雜，為了快速排除輪胎對(duì)轉(zhuǎn)向回正性能的影響，將進(jìn)口車與國產(chǎn)車的輪胎進(jìn)行對(duì)換后再開展整車的轉(zhuǎn)向回正性能的主觀評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示，進(jìn)口車的轉(zhuǎn)向回正性能沒有變差，而國產(chǎn)車的轉(zhuǎn)向回正性能也沒有變好，因此，對(duì)于此款車，輪胎不是影響轉(zhuǎn)向回正性能的主要因素。

2.6 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系轉(zhuǎn)動(dòng)阻力

轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系由轉(zhuǎn)向管柱，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸組成，其中，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸為三段式，每段分別由A,B,C三個(gè)萬向節(jié)連接，而此三個(gè)萬向節(jié)的擺動(dòng)力矩若太大，將增加轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力，從而直接增大轉(zhuǎn)向回正力矩，對(duì)比進(jìn)口件與國產(chǎn)件的萬向節(jié)性能參數(shù)，如下：

圖3

明顯，國產(chǎn)轉(zhuǎn)向節(jié)的擺動(dòng)力矩雖然能夠滿足性能指標(biāo)（0.03N.m），但是其值為進(jìn)口件的擺動(dòng)力矩的2倍。經(jīng)與供應(yīng)商溝通，其工藝水平可將擺動(dòng)力矩控制在 0.08N.m，將擺動(dòng)力矩控制在0.08的轉(zhuǎn)向節(jié)樣件進(jìn)行裝車評(píng)價(jià)，經(jīng)驗(yàn)證，車輛的大角度的轉(zhuǎn)向回正性能明顯得到了改善，回正速度無明顯卡滯，且殘余方向盤角度小于45度。但是小角度轉(zhuǎn)向回正性能沒有解決。

2.7 擺臂球頭摩擦力檢查

擺臂球頭與轉(zhuǎn)向球頭相類似，軸向間隙，徑向間隙，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，擺動(dòng)力矩均為其關(guān)鍵的性能參數(shù)?；诠?yīng)商的工裝設(shè)備，該擺臂的球頭的性能參數(shù)檢測(cè)均為基于不帶防塵罩的狀態(tài)，相比較，國產(chǎn)件的測(cè)量參數(shù)與進(jìn)口件的測(cè)量參數(shù)相當(dāng)。

表3

但是進(jìn)口車與國產(chǎn)車的兩套擺臂球頭互換后，國產(chǎn)車的轉(zhuǎn)向回正性能有了明顯的提升。基于臺(tái)架性能數(shù)據(jù)與車輛的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果，問題可集中在擺臂球頭的防塵罩上，因此在該國產(chǎn)車上將國產(chǎn)的擺臂球頭換上進(jìn)口的防塵罩，該國產(chǎn)車的轉(zhuǎn)向回正性能與采用進(jìn)口擺臂球頭總成效果相當(dāng)。對(duì)比國產(chǎn)與進(jìn)口防塵罩的差異，可以發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)防塵罩的小端卡槽尺寸比進(jìn)口件小。

表4

根據(jù)防塵罩的差異，改大國產(chǎn)防塵罩小端的卡槽內(nèi)徑從?27.5mm到?30mm，裝車進(jìn)行驗(yàn)證，車輛小角度轉(zhuǎn)向回正性能得到了明顯的提升。

經(jīng)上述幾個(gè)因素的排查，此款國產(chǎn)化商用車的轉(zhuǎn)向回正因素主要與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸的擺動(dòng)力矩與擺臂球頭的擺動(dòng)力矩相關(guān)。

3 轉(zhuǎn)向回正性驗(yàn)證

將轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸擺動(dòng)力矩控制在0.08N.m的樣件與改進(jìn)后的擺臂球頭的防塵罩裝車進(jìn)行主觀試驗(yàn)驗(yàn)證對(duì)比，結(jié)果如下：

表5

4 結(jié)論

轉(zhuǎn)向回正是車輛操縱穩(wěn)定性的重要性能指標(biāo)，在確定轉(zhuǎn)向及懸架的設(shè)計(jì)硬點(diǎn)合理的狀態(tài)下，需要結(jié)合臺(tái)架試驗(yàn)，驗(yàn)證轉(zhuǎn)向與懸架的零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)與性能參數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)要求，并且對(duì)比進(jìn)口件的性能參數(shù)，提升相關(guān)零部件的關(guān)鍵特來提升整車的轉(zhuǎn)向回正性。

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