陳煒 王俊豪 白鵬 劉煜

摘 要：本文以重型雙前軸汽車為實例建立幾何模型，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)實例驗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匹配關(guān)系和上述問題有關(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，為解決上述問題提供了新的思考方法。

2 雙前軸外傾角滾動幾何模型的建立

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)向輪外傾滾動半徑。通過上圖的幾何圖線關(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，可得前一軸的外傾滾動半徑為：

（1-1）

同理，按上述關(guān)系可得二軸的外傾滾動半徑：

（1-2）

其中，;D為雙前軸車輪在無載荷狀態(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)向時車輪轉(zhuǎn)向角等因素的影響而在一定范圍內(nèi)波動，為了保證車輛在轉(zhuǎn)向時車胎側(cè)滑較小，外傾角的波動基本滿足一個規(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)向時的轉(zhuǎn)彎半徑。由以上車輛轉(zhuǎn)向示意圖可得如下數(shù)學關(guān)系：

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

當車輛轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角較小且雙前軸車輛同步差較小時，即二者的轉(zhuǎn)角基本相同時，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，，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于當前軸而言有所區(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)向的過程中會出現(xiàn)車輪邊滾動邊滑動的現(xiàn)象，為了避免出現(xiàn)此類現(xiàn)象要求車輛在轉(zhuǎn)向的過程中圍繞同一點，即轉(zhuǎn)向中心做純滾動。幾何模型見下圖所示。

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)向橋為了防止車輪因車輛重載后，車輪出現(xiàn)內(nèi)傾產(chǎn)生輪胎的偏磨損，在轉(zhuǎn)向節(jié)中設計車輪外傾角防止了車輛因負載后出現(xiàn)車輪內(nèi)傾現(xiàn)象，但同時帶來車輪錐滾效應，車輛在行駛的過程中車輪出現(xiàn)邊滾動邊滑動的現(xiàn)象，加重了車輪的異常磨損。在轉(zhuǎn)向梯形中通過橫拉桿設置前束值，橫拉桿的前束值設置使得車輪在每一滾動的瞬間接近正前方作純滾動，避免了上述車胎偏磨損狀態(tài)。假設在轉(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。

上圖4-1中R1表示第一轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向輪在外傾趨勢下向外的滾動半徑，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單位時間內(nèi)的滾動轉(zhuǎn)角。表示在△t單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)向輪前束的約束狀態(tài)下車輪滾動時與地面接觸痕跡長度，表示△t單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)向輪外傾角向外滾動趨勢狀態(tài)下接地印記長度。

由上側(cè)滑示意圖可得如下等量關(guān)系：

當?shù)谝惠S轉(zhuǎn)向輪因前束和車輪外傾角引起的滾動半徑較大時，車輪因前束和外傾角約束引起的滾動長度數(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)向輪實際接觸地面的印跡長度。

當轉(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，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 實例與匹配驗證計算

上述匹配計算公式屬理論狀態(tài)下的匹配關(guān)系，為了進一步驗證匹配關(guān)系的實際關(guān)系和正確性，還需進一步進行實例驗證。驗證基于側(cè)滑機理建立模型的實際可行性與真實性，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)過計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，對比上述基于側(cè)滑機理得到的理論前束值可知：理論模型計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)試和新車型的開發(fā)過程提供了理論參考，對外傾角和前束的匹配關(guān)系具有一定的指導意義。

參考文獻：

[1]陳家瑞.汽車構(gòu)造（第五版）[M].北京：人民交通出版社，2006.

[2]徐清富.國外汽車最新結(jié)構(gòu)圖冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2016.

[3]馬駿，錢立軍.汽車外傾角和前束的合理匹配探究[J].合肥工業(yè)大學學報（自然科學版），2012，19（06）：139-144.