某軍用多軸特種汽車轉向模式淺析

南海峰，陰元罡，郭 帥

（泰安航天特種車有限公司，山東 泰安 271000）

前言

在新時期“興國強軍”的新形勢下對軍用特種汽車提出了高要求，尤其體現在特種汽車整車通過性及安全性等方面。目前軍用特種汽車正朝著大承載能力、 高通過能力、高操縱穩定性方向發展。大承載能力的特種汽車底盤一般使用多軸以提高特種車輛的承載能力，為全面提高特種汽車的通過能力，部分特種汽車需要設計成后橋轉向甚至是全輪轉向。對于多軸轉向汽車轉向瞬心的確定對整車操縱穩定性有決定性影響。本文就某多軸轉向汽車轉向瞬心確定進行優化分析，以保證車輛在行駛過程中有較好的操縱穩定性[1-2]。

1 轉向瞬心確定原則

轉彎瞬心位置的設定需最大限度地保證最多的轉向車輪繞同一瞬時轉向中心轉動，以最大限度減少輪胎磨損；若存在多個非轉向橋時，轉向瞬心設定時需保證非轉向橋軸線距轉向瞬心距離設為最小。

多軸轉向車輛或多模式轉向車輛轉彎瞬心位置設定需同時考慮整車質心位置因素，一般將轉彎瞬心設定在整車質心位置附近軸線上或整車質心后部的軸線上，以利于車輛具有良好的操縱穩定性及不足轉向度[3]。

多軸轉向車輛轉向橋布置數量一般為：轉彎瞬時運動中心前部的轉向橋個數要大于轉彎瞬時運動中心后部的轉向橋個數，使轉彎瞬時運動中心可設定在整車質心之后；另外由于轉彎瞬時中心后部的轉向橋在轉向后無回正力矩，轉彎瞬心之后的轉向橋數量越多，車輛轉向回正效果越差[4]。

2 某軍用多軸特種汽車轉向瞬心位置對比分析

某軍用多軸特種汽車為八軸全輪驅動特種汽車，整車質心位于第四軸與第五軸之間，轉向型式可做成為一、二、三、四、七、八橋轉向模式即四加二模式如圖1所示，也可做成一、二、三、七八轉向模式，即三加二轉向模式，如圖2所示。

圖1 四加二轉向模式

圖2 三加二轉向模式

2.1 瞬心位置對輪胎磨損的影響

多軸轉向汽車在轉向瞬心位置需考慮輪胎磨損的影響。多軸轉向汽車轉向橋左右轉向輪胎應滿足阿克曼幾何學運動關系，同時需要保證汽車轉彎行駛時所有的車輪都繞一個共同的瞬時轉向中心旋轉，各個車輪的側偏角趨于一致，并且盡可能小，以延長輪胎壽命，減少輪胎磨損。

對于多軸轉向汽車，四加二轉向模式與三加二轉向模式均比較常用，現就對兩種轉向模式從輪胎磨損方面進行分析。

四加二轉向模式中非轉向橋為五橋和六橋，轉彎瞬心設置在五橋和六橋之間。在車輛進行轉向的過程中，由于五橋和六橋為非轉向橋，轉彎過程中，五橋輪胎和六橋輪胎會發生偏磨。

三加二轉向模式中非轉向橋為四橋、五橋和六橋，轉彎瞬心設置在五橋延長線上。在車輛進行轉向的過程中，由于四橋、五橋和六橋均為非轉向橋，但由于轉彎瞬心設置在五橋延長線上，五橋輪胎磨損量較小，但四橋及五橋輪胎會發生偏磨。

由于三加二轉向模式中，非轉向橋中的四橋及六橋距轉向瞬心距離較四加二轉向模式中的四橋及五橋距轉向瞬心距離大，同時由于五橋輪胎在轉向的過程中有輕微偏磨，故三加二轉向模式較四加二轉向模式輪胎磨損嚴重。

2.2 瞬心位置對車輛不足轉向性的影響

在車速一定而改變橫向加速度，若名義轉向角的斜率大于阿克曼轉角的斜率，該汽車的轉向特性為不足轉向特性。在操縱穩定性試驗中，若汽車的回轉半徑隨車速的升高而減小，或者轉向盤轉角隨側向加速度的增大而增大，則被試汽車的轉向特性為不足轉向特性[5]。實際中的不足轉向的車輛經常描述為轉向時“向外跑”，或者是轉彎時需要比預期更多的轉向角輸入保證一個預期的轉向半徑（如圖3所示）。過多轉向與不足轉向正好相反，也就是說，轉彎時實際車輪轉角超出了駕駛員轉彎的預期，在這種情況下，駕駛員在操縱過程中需要不斷地減少轉向盤的輸入來保證車輛沿著駕駛員預期的路徑行駛。

圖3 不足轉向度與過多轉向示意圖

對于一般車輛在設計過程中，車輛轉向系統具有一定的不足轉向度以獲得較好的車輛操縱穩定性。而過多轉向在一般車輛設計過后才能中是不允許的。

多軸轉向汽車在轉向的中，轉向瞬心之前的轉向輪與轉向瞬心之后的轉向輪都存在輪胎側偏角，輪胎的側偏角會影響到整車的轉向效果。但轉向瞬心之前的轉向輪與轉向瞬心之后的轉向輪在轉彎過程中產生的側偏角對于整車轉向效果剛好相反。

轉向瞬心之前的轉向輪在轉向過程中產生的側偏角隨離心加速度的增加而增大，從而使汽車轉向過程中轉向效果受到抑制，從而提高車輛的不足轉向度；轉向瞬心之后的轉向輪在轉向過程中產生的側偏角隨離心加速度的增加而減小，從而使汽車轉向過程中轉向效果加強，從而提高了車輛的過多轉向度。

四加二轉向模式中，轉向瞬心之前存在四個轉向橋，而三加二轉向模式中，轉向瞬心之前存在三個轉向橋，轉向瞬心之后的轉向橋個數均為兩個，但四加二轉向模式相比于三加二轉向模式對于整車操縱穩定性來說具有更好的不足轉向特性。

2.3 瞬心位置對車輛轉向回正特性的影響

汽車轉向系統中設計需考慮轉向回正特性，也就是在車輛完成轉向功能后，在松開方向盤情況下，轉向盤能夠實現自動回正，并且可以保證在穩定的直線行駛狀態。

由于轉向橋中設置有主銷拖距、主銷后傾角、主銷內傾角、車輪外傾角、車輪前束的車橋定位參數存在，在車輪進行轉向后，地面會對轉向輪形成一個回正力矩，以保證車輛具有回正功能。多軸轉向汽車中，轉向瞬心之前的轉向輪在轉向后地面對車輪的反作用力使車輛轉向輪具有回正力矩，但轉向瞬心之后的轉向輪由于輪胎轉動方向與轉向瞬心之前的轉向輪轉動方向相反，轉向瞬心之后的轉向輪在轉向后地面對車輪的反作用力相比轉向瞬心之前轉向輪的回正效果要差。故轉向瞬心之后的轉向橋越多，轉向回正能力越差，即四加二轉向模式的轉向回正效果比三加二轉向模式效果更好[6]。

2.4 整車質心的影響

一般特種汽車車輛整車質心位置位于車輛中部或靠后位置，車輛質心相對于車輛越靠后，車輛操縱穩定裕度減小，車輛將趨于過多轉向[7]。

某軍用特種汽車整車質心位于四橋后，四加二轉向模式轉向瞬心設置在五橋與六橋之間，而三加二轉向模式轉向瞬心設置在五橋延長線上。四加二轉向模式轉向瞬心離整車質心位置相對于三加二轉向模式中轉向瞬心位置離整車質心位置更遠，所以四加二轉向模式不足轉向度更好。

3 總結

通過對某特種汽車轉向瞬心位置及其影響進行分析，四加二轉向模式相對于三加二轉向模式具有以下幾個優點：

（1）四加二轉向模式相對于三加二轉向模式輪胎磨損量小；

（2）四加二轉向模式相對于三加二轉向模式不足轉向特性更好；

（3）四加二轉向模式相對于三加二轉向模式轉向回正特性更好。

在某八軸轉向汽車設計過程中，可將轉向模式設置成四加二型式，轉向瞬心放置在五橋及六橋之間，可適當提高車輛的操縱穩定性。