淺析商用車轉向回正性影響因素

王印，孫彥興，宋鵬成，黃森

（陜西汽車控股集團有限責任公司技術中心，陜西 西安 710200）

前言

整車設計對轉向系統的基本要求是：轉向輕便性、反應靈敏性、自動回正性、抗逆向沖擊性以及安全性，轉向回正性能在商用車操縱穩定性中占據重要地位，直接影響整車行駛安全。

1 轉向回正概念

汽車從曲線行駛自行恢復到直線行駛的過度過程與能力稱為轉向回正性能。動力轉向必須具備自動回正的功能當完成轉彎動作后，在車輪回正力矩的作用下，轉向盤能自動返回到直線行駛位置。

2 轉向回正性能分析

轉彎時，應保證車輪回正力矩Mw應大于系統的總轉動阻力矩MR，這樣能夠實現轉向回正。即：Mw＞MR，前輪轉向后開始回正時Mw＞MR，隨著輪胎側偏角的減小，由側偏力產生的回正力矩也逐漸減小，同時由前橋位能產生的回正力矩也隨著前輪轉角的減小而減小，直到前輪總回正力矩與總回正阻力矩相平衡時，轉向輪停止回正。

2.1 車輪回正力矩Mw與下列因素有關

○轉彎車速；

○主銷后傾角；

○車輪外傾角；

○主銷內傾角；

○前軸載荷。

2.2 系統的總轉動阻力矩MR包含有

○轉向橫拉桿球頭的當量轉動阻力矩；

○路面對輪胎的阻力矩；

○轉向器回正阻力矩；

○轉向柱內、外相關零部件的當量轉動阻力矩；

○前輪繞主銷回正時，主銷的上下襯套摩擦阻力矩；

○方向盤轉動慣量產生的當量轉動阻力矩；

2.3 影響轉向回正性能的故障數分析及末端因素分布圖

圖1 故障數分析

圖2 末端因素分布圖

3 轉向回正能力評價標準

GB/T 6323.4 《汽車操縱穩定性試驗方法》規定了轉向回正性能實驗的方法，根據穩定時間（回正時間）及殘余橫擺角速度，橫擺角速度超調量，自然頻率，相對阻尼系數、橫擺角總方差等來評價汽車的回正性能，該方法可操作性較困難。

為了更加直接評價轉向回正性能，可通過采用殘留角的大小對轉向回正性能好壞的評價方法進行試驗。

圖3

4 影響商用車轉向回正性差的原因分析

4.1 主銷內傾角小

主銷內傾提供回正力是依靠轉向時將車輛前部稍稍抬起，利用重力勢能的釋放來使車輪自動回位。回正力矩與主銷內傾角的關系如下：

其中 G1前橋垂直載荷，β主銷內傾角，δ前輪轉向角，q轉向節節點到前輪安裝中心平面之間的距離

4.2 主銷后傾角小

主銷后傾提供的回正力矩可按下式計算：

主銷后傾角越大，主銷縱向傾移距也越大，方向穩定性越好，自動回正作用也越強。

4.3 轉向機構傳動比設計不合理

轉向輪產生的回正力矩經前橋彎臂、直拉桿、垂臂傳遞到轉向器，如果傳遞的回正力被減小過多，無法推動轉向器，也會出現回正性差問題。傳動比越小，傳遞到轉向器的回正力矩越大。

4.4 前橋實際軸荷小于理論設計軸荷

4.5 液壓助力阻力矩大

由于中重型商用車都匹配液壓助力轉向系統，液壓阻尼會產生的阻力矩，會降低汽車的回正性能，可通過測量轉向器總成的循環壓力（進出油口的壓力差）來衡量液壓動力轉向系統的背壓，一般要求循環壓力不大于0.7MPa。

4.6 轉向節與工字梁拳頭軸向間隙小

軸向間隙越小，轉動阻力越大。轉向節與工字梁拳頭軸向間隙是通過調整墊片來控制，一般主機廠通過調整墊片控制軸向間隙在0.1mm左右。

4.7 主銷襯套潤滑油不夠，摩擦阻力大

如果主銷潤滑油不能填滿主銷襯套，會增大轉向節與主銷的摩擦力。

4.8 拉桿球銷擺動和轉動力矩大

一般商用車轉向拉桿設計要求球銷旋轉力矩和擺動力矩在1.5N.m～6 N.m范圍內，如果球銷的擺動和轉動力矩過大會阻礙轉向回正力，故需要保證車輛拉桿球銷轉動靈活，無明顯卡滯現象。

4.9 轉向器輸出輸入特性遲滯

在轉向器輸出輸入特性遲滯較大的情況下，轉動方向盤以及轉向回正時，輸出力矩回到零所需時間長，造成轉向回正不好。根據轉向器輸出輸入特性曲線，轉向器回正時存在遲滯。根據QC/T 529中關于回正性能試驗的方法，在轉向器輸出端施加最大輸出扭矩 8%的力矩，分別測量從兩個極限位置回到中間位置的時間，一般要求回正時間要小于6s。

4.10 轉向器回正阻力大

轉向器回正阻力大影響轉向系統回正力，可通過彈簧測力計拉動轉向器垂臂來衡量轉向器內部阻力。

4.11 轉向管柱空載轉動力矩大

轉向管柱空載轉動力矩大，造成轉向阻力矩大，影響轉向回正性能。

4.12 車輪外傾角：車輪側偏力產生的回正力矩：

在車輪具有小外傾角時輪胎的側偏力 F1近似與外傾角γ呈線性關系。

5 結束語

提高車輛的回正性能，可以從兩個方面進行考慮：一方面提高轉向回正力矩；另一方面可以減小前橋轉向系統的回正阻力矩。可根據殘留角的大小評價轉向回正性能，在車速一定的情況下，殘留角越小，轉向回正性能越好，反之，殘留角越大，轉向回正性能越差。由于殘留角試驗方法具有試驗場地小，試驗儀器少，操作簡單，使用方便，實驗數據重復性好，很適合作為檢驗汽車轉向回正性能的手段。文章從影響商用車轉向回正性能的基本影響因素出發，所涉及的分析方法及思路對類似問題的解決具有一定的借鑒作用。