雙前軸重型汽車前束與外傾角的關(guān)系探究

陳煒 王俊豪 白鵬 劉煜

摘 要：本文以重型雙前軸汽車為實(shí)例建立幾何模型，基于雙前軸汽車轉(zhuǎn)向輪側(cè)滑和轉(zhuǎn)向機(jī)理探究了幾何模型中前束和外傾角的匹配關(guān)系，并結(jié)合整車下線調(diào)試數(shù)據(jù)實(shí)例驗(yàn)證模型中前束和外傾角匹配關(guān)系的合理及正確性，為新車型的開(kāi)發(fā)和整車調(diào)試提供了理論參考。

關(guān)鍵詞：雙前軸;前束;外傾角;側(cè)滑機(jī)理

1 引言

前束和外傾角的匹配關(guān)系將影響車輛操縱穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向輪回正力學(xué)特性、車胎的早期異常磨損和車輛的直線行駛特性等。雙前軸重型汽車轉(zhuǎn)向橋同步差及車胎偏磨等問(wèn)題一直備受關(guān)注，轉(zhuǎn)向橋定位參數(shù)中的外傾角和前束之間的相對(duì)匹配關(guān)系和上述問(wèn)題有關(guān)，因此探究重型雙前軸汽車轉(zhuǎn)向橋前束和外傾角的匹配關(guān)系有待深入，為解決上述問(wèn)題提供了新的思考方法。

2 雙前軸外傾角滾動(dòng)幾何模型的建立

上圖2-1中，R1表示前一軸轉(zhuǎn)向輪外傾滾動(dòng)半徑，1表示前一軸轉(zhuǎn)向輪外傾角，r1表示有載荷狀態(tài)下前一軸轉(zhuǎn)向輪外傾滾動(dòng)半徑。通過(guò)上圖的幾何圖線關(guān)系，可得下式的等量關(guān)系：

由Rt△ABC可知，。

由于外傾角的值較小，此時(shí)，可得前一軸的外傾滾動(dòng)半徑為：

（1-1）

同理，按上述關(guān)系可得二軸的外傾滾動(dòng)半徑：

（1-2）

其中，;D為雙前軸車輪在無(wú)載荷狀態(tài)下的直徑，為作用與前軸上的垂直載荷值，為轉(zhuǎn)向輪車胎的徑向剛度。

前軸轉(zhuǎn)向輪外傾角伴隨軸核的變化、轉(zhuǎn)向時(shí)車輪轉(zhuǎn)向角等因素的影響而在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，為了保證車輛在轉(zhuǎn)向時(shí)車胎側(cè)滑較小，外傾角的波動(dòng)基本滿足一個(gè)規(guī)律，即前軸轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)彎半徑（）與車輪外傾的錐滾半徑（）二者盡可能的接近。

L、L1、L2、L3、L4、L5分別表示各軸之間的軸距，具體位置見(jiàn)下圖3-1所示;為第一轉(zhuǎn)向軸和第二轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角，為前一軸和二軸車輪轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)彎半徑。由以上車輛轉(zhuǎn)向示意圖可得如下數(shù)學(xué)關(guān)系：

當(dāng)滿足時(shí)，即轉(zhuǎn)彎半徑等于轉(zhuǎn)向軸車輪外傾滾動(dòng)半徑時(shí)，基本可保證車輛在轉(zhuǎn)向時(shí)的側(cè)滑較小，車胎的偏磨損最小，那么可得到如下關(guān)系式：

當(dāng)車輛轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角較小且雙前軸車輛同步差較小時(shí)，即二者的轉(zhuǎn)角基本相同時(shí)，其轉(zhuǎn)角滿足如下等量關(guān)系：

聯(lián)合上述關(guān)系式可得前一軸和前二軸轉(zhuǎn)向輪外傾角的等量關(guān)系：

當(dāng)雙前軸車輛轉(zhuǎn)向輪同步差較小，即前一軸和前二軸的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角基本相同時(shí)，，聯(lián)合上式可得：

3 雙前軸幾何前束模型的建立

雙前軸重型汽車相對(duì)于當(dāng)前軸而言有所區(qū)別，主要是雙前軸車輛其前一軸和前二軸同為轉(zhuǎn)向橋，二者的幾何前束略有差別。由于車輛在轉(zhuǎn)向的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)車輪邊滾動(dòng)邊滑動(dòng)的現(xiàn)象，為了避免出現(xiàn)此類現(xiàn)象要求車輛在轉(zhuǎn)向的過(guò)程中圍繞同一點(diǎn)，即轉(zhuǎn)向中心做純滾動(dòng)。幾何模型見(jiàn)下圖所示。

上圖中和2分別是前一軸、前二軸轉(zhuǎn)向輪單胎前束角，和分別代表因前束產(chǎn)生的滾動(dòng)半徑。由以上幾何示意圖可得一下等量關(guān)系：

前一軸轉(zhuǎn)向輪單胎前束值較小，那么;聯(lián)了上式，同理可得雙前軸前束角之間的等量關(guān)系：

4 基于側(cè)滑機(jī)理的雙前軸轉(zhuǎn)向輪外傾角和前束的匹配關(guān)系

轉(zhuǎn)向橋?yàn)榱朔乐管囕喴蜍囕v重載后，車輪出現(xiàn)內(nèi)傾產(chǎn)生輪胎的偏磨損，在轉(zhuǎn)向節(jié)中設(shè)計(jì)車輪外傾角防止了車輛因負(fù)載后出現(xiàn)車輪內(nèi)傾現(xiàn)象，但同時(shí)帶來(lái)車輪錐滾效應(yīng)，車輛在行駛的過(guò)程中車輪出現(xiàn)邊滾動(dòng)邊滑動(dòng)的現(xiàn)象，加重了車輪的異常磨損。在轉(zhuǎn)向梯形中通過(guò)橫拉桿設(shè)置前束值，橫拉桿的前束值設(shè)置使得車輪在每一滾動(dòng)的瞬間接近正前方作純滾動(dòng)，避免了上述車胎偏磨損狀態(tài)。假設(shè)在轉(zhuǎn)向輪側(cè)滑量最小的情況下建立如下的幾何模型，綜合考慮車輪變形特性和車輪其它定位參數(shù)來(lái)確定雙前軸車輛前一軸、前二軸轉(zhuǎn)向輪外傾角和前束的匹配關(guān)系。下圖的幾何模型示意圖以前一軸轉(zhuǎn)向輪為例展開(kāi)。

上圖4-1中R1表示第一轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向輪在外傾趨勢(shì)下向外的滾動(dòng)半徑，表示第一轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向輪在前束的限制狀態(tài)下車輪滾動(dòng)半徑，表示第一軸轉(zhuǎn)向輪前束角，和分別表示轉(zhuǎn)向輪因前束和外傾角在△t單位時(shí)間內(nèi)的滾動(dòng)轉(zhuǎn)角。表示在△t單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)向輪前束的約束狀態(tài)下車輪滾動(dòng)時(shí)與地面接觸痕跡長(zhǎng)度，表示△t單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)向輪外傾角向外滾動(dòng)趨勢(shì)狀態(tài)下接地印記長(zhǎng)度。

由上側(cè)滑示意圖可得如下等量關(guān)系：

當(dāng)?shù)谝惠S轉(zhuǎn)向輪因前束和車輪外傾角引起的滾動(dòng)半徑較大時(shí)，車輪因前束和外傾角約束引起的滾動(dòng)長(zhǎng)度數(shù)量基本相同，可得如下的等量關(guān)系：

=AE==AB=l1

其中l(wèi)1表示轉(zhuǎn)向輪實(shí)際接觸地面的印跡長(zhǎng)度。

當(dāng)轉(zhuǎn)向輪因車輪外傾和前束引起的橫向滑移量相等，即EF=BC時(shí)，可得如下的等量關(guān)系：

上式中l(wèi)1，

綜合上式可得雙前軸車輛第一軸轉(zhuǎn)向輪前束和外傾角的匹配關(guān)系：

同理可得，雙前軸第二軸轉(zhuǎn)向輪前束和外傾的匹配關(guān)系：

5 實(shí)例與匹配驗(yàn)證計(jì)算

上述匹配計(jì)算公式屬理論狀態(tài)下的匹配關(guān)系，為了進(jìn)一步驗(yàn)證匹配關(guān)系的實(shí)際關(guān)系和正確性，還需進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證。驗(yàn)證基于側(cè)滑機(jī)理建立模型的實(shí)際可行性與真實(shí)性，將帶入下述數(shù)據(jù)：KZ=117.80N/mm;=37500N;D=985mm;P=1200kPa;=1°;C=1.5;d=508mm;L1=1400mm;L2=3975mm;L3=1800mm;L4=6275mm;L5=4875mm。

將上述車輛技術(shù)參數(shù)代入上述匹配公式，可得雙前軸重型汽車樣車的理論前束值，經(jīng)過(guò)計(jì)算的前一軸前束值為T1=1.982mm，前二軸前束T2=1.73mm。查閱該雙前軸重型汽車的整車技術(shù)參數(shù)要求前束值T為1mm～3mm，對(duì)比上述基于側(cè)滑機(jī)理得到的理論前束值可知：理論模型計(jì)算得到的前束值基本在整車參數(shù)技術(shù)要求范圍內(nèi)。

6 結(jié)論

前束和外傾角相互補(bǔ)償和制約，存在一定的匹配關(guān)系，合理的匹配關(guān)系將可避免汽車輪胎的偏磨損和降低前軸轉(zhuǎn)向輪的側(cè)滑量，延長(zhǎng)汽車輪胎的使用壽命;本文以雙前軸重型汽車為例，探究了側(cè)滑條件下轉(zhuǎn)向輪前束和外傾角的匹配模型，得到二者之間的匹配關(guān)系，為整車下線調(diào)試和新車型的開(kāi)發(fā)過(guò)程提供了理論參考，對(duì)外傾角和前束的匹配關(guān)系具有一定的指導(dǎo)意義。

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