楊萬杰　孫艷　孔德利　王海澎

摘 要：理論分析雙前橋載貨汽車第一前橋總成、第二前橋總成轉(zhuǎn)向關(guān)系，確定雙前橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角的總傳動比的定義，然后計算各轉(zhuǎn)向角理論狀態(tài)下的總傳動比，與車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計的總傳動比進(jìn)行比對，明確在各轉(zhuǎn)向狀態(tài)下的最優(yōu)傳動比。達(dá)到在任一轉(zhuǎn)向狀態(tài)下，第一前橋、第二前橋可最大限度繞同一旋轉(zhuǎn)中心協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向，避免了前橋總成拖磨吃胎，降低了油耗。

關(guān)鍵詞：雙前橋總成 內(nèi)輪轉(zhuǎn)角 優(yōu)化設(shè)計 傳動比

1 引言

雙前橋載貨汽車因具有良好的行駛操作穩(wěn)定性和制動穩(wěn)定性，在快寄物流業(yè)大力發(fā)展的當(dāng)下，成本低適宜拉飄貨的雙前橋載貨汽車越來越被用戶青睞。

為避免拖磨吃胎、降低油耗，尋求一種方法來提高雙前橋載貨汽車第一前橋總成和第二前橋總成同步協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向，成為車橋研發(fā)工程師和整車設(shè)計工程師持續(xù)改善的課題。

本文首先對雙前橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)向角關(guān)系進(jìn)行了分析、說明，然后通過分析各輪轉(zhuǎn)向角影響因素，確定第二前橋總成轉(zhuǎn)向角精度的保證措施，并予以說明。最后通過實例對6X2載貨汽車匹配的雙前橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角與保證措施的最優(yōu)匹配進(jìn)行計算說明，達(dá)到減小第二前橋?qū)嶋H內(nèi)輪轉(zhuǎn)向角與理論轉(zhuǎn)向角誤差的目的。

2 雙前橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角關(guān)系

根據(jù)雙前橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角與整車結(jié)構(gòu)關(guān)系圖1可知。

如不考慮彈性輪胎側(cè)偏，四輪理論轉(zhuǎn)向角每一瞬時都應(yīng)繞同一中心點旋轉(zhuǎn)，且存在如下關(guān)系：

（1）

（2）

式中：β1—第一橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角；

β2—第二橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角；

a—第一橋轉(zhuǎn)β1至?xí)r，轉(zhuǎn)向臂球頭中心到前橋中心線距離；

b—第二橋轉(zhuǎn)β2至?xí)r，轉(zhuǎn)向臂球頭中心到前橋中心線距離；

β1的每個瞬時轉(zhuǎn)向角都有一個對應(yīng)的a；β2的每個瞬時轉(zhuǎn)向角都有一個對應(yīng)的b。

將（1）式、（2）式合并，得：

（3）

定義（3）式為前一、前二前橋總成內(nèi)輪轉(zhuǎn)角的總傳動比i。

∵ ∴；

確定i值，來滿足成立，即雙前橋兩前橋內(nèi)輪每一瞬時都繞同一中心旋轉(zhuǎn)。

3 雙前橋轉(zhuǎn)向時車輪轉(zhuǎn)向角精度保證措施

雙前橋汽車轉(zhuǎn)向時，第一輪內(nèi)輪轉(zhuǎn)角β1由方向盤控制，第一橋外輪轉(zhuǎn)角α1由第一橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角β1及第一橋轉(zhuǎn)向梯形共同控制；第二橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角β2由第一橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角β1及雙前橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角總傳動比i共同控制，第二橋外輪轉(zhuǎn)角α2由第二橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角β2和第二橋轉(zhuǎn)向梯形共同控制。

可見，雙前橋汽車轉(zhuǎn)向時，只有第一橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角β1由司機(jī)控制，是主動的。其余三個車輪都要跟隨第一橋內(nèi)輪做被動地轉(zhuǎn)動，剛性的繞著一個共同的轉(zhuǎn)向中心做不拖滑、純滾動地轉(zhuǎn)彎，達(dá)到減少輪胎磨損，減少汽車油耗的目的。

第二橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角β2的精確度直接影響第二橋兩個輪的轉(zhuǎn)向效果。提高第二橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角β2精度的保證措施就是精確地選擇雙前橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角的總傳動比i。

目前，國內(nèi)外采用的雙前橋設(shè)計軟件可以實現(xiàn)第二橋內(nèi)輪實際轉(zhuǎn)向角與理論轉(zhuǎn)向角誤差保證在2°以內(nèi)，但受車輛其它因素影響，仍存在第二橋拖磨吃胎的問題。為優(yōu)化前橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，需要盡可能小的減小第二橋內(nèi)輪實際轉(zhuǎn)向角與理論轉(zhuǎn)向角誤差。用此方法可以將實際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角誤差控制在0.6°以內(nèi)。

4 雙前橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角總傳動比影響因素及初選原則

根據(jù)汽車構(gòu)造及轉(zhuǎn)向原理，雙前橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角總傳動比i有i1、i2、i3三部分組成，如圖2所示。

雙前橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角總傳動比i分配、初選有以下原則：

分配原則： （4）

其中：；；；

增大i1，可降低中間縱拉桿受力；

初選原則：

當(dāng)時，

i約初選在位置；

當(dāng)時，

約初選在位置。

imin—第一橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角1°時轉(zhuǎn)角總傳動比；

imax—第一橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角最大時轉(zhuǎn)角總傳動比。

5 某6X2載貨汽車內(nèi)輪轉(zhuǎn)角校驗、優(yōu)化

已知某品牌6X2載貨汽車，軸距L=5600mm，L1=3800mm，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總傳動比，；校驗二橋?qū)嶋H內(nèi)輪轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角的誤差，評估i值并優(yōu)化。

通過公式可求得第二前橋理論內(nèi)轉(zhuǎn)角：

（5）

式中：β2T—第二橋理論內(nèi)輪轉(zhuǎn)角；

將前一橋不同轉(zhuǎn)角帶入（5）式，得出第二前橋理論內(nèi)轉(zhuǎn)角及對應(yīng)的雙前橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角理論總傳動比iT。如表（1）所示。

已知車輛設(shè)計i=0.78863，驗證此傳動比狀態(tài)下一橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)向后對應(yīng)的二橋?qū)嶋H內(nèi)輪轉(zhuǎn)角（為簡化計算過程，對β1=1°、β1=10°、β1=25°、β1=35°四種轉(zhuǎn)角情況進(jìn)行校驗）。

∵sinβ2R=i·sinβ1 （6）

式中：β2R—第二橋?qū)嶋H內(nèi)輪轉(zhuǎn)角

通過（6）式可求得：

當(dāng)β1=1°時，；

當(dāng)β1=10°時，；

當(dāng)β1=25°時，；

當(dāng)β1=35°時，；

將以上計算結(jié)果與表（1）對比可知，在一橋大轉(zhuǎn)角狀態(tài)下二橋理論內(nèi)轉(zhuǎn)角與實際內(nèi)轉(zhuǎn)角差較大，約為2°，需要重新選擇內(nèi)輪轉(zhuǎn)角總傳動比i。

根據(jù)雙前橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角總傳動比i的初選原則及表（1）。初選β1=26°狀態(tài)下的i值為優(yōu)化后的內(nèi)輪轉(zhuǎn)角總傳動比，即i=0.7167451，通過公式（6）計算四種轉(zhuǎn)角情況下的二橋?qū)嶋H內(nèi)輪轉(zhuǎn)角。

當(dāng)β1=1°時，；

當(dāng)β1=10°時，；

當(dāng)β1=25°時，；

當(dāng)β1=35°時，；

與表（1）對比，在一橋大轉(zhuǎn)角狀態(tài)下二橋理論內(nèi)轉(zhuǎn)角與實際內(nèi)轉(zhuǎn)角仍存在偏差，約為1.2°，可進(jìn)一步重新選擇內(nèi)輪轉(zhuǎn)角總傳動比i。

通過多次校驗，選β1=31°狀態(tài)下的i值為優(yōu)化后的內(nèi)輪轉(zhuǎn)角總傳動比，即i=0.7330536，通過公式（6）計算四種轉(zhuǎn)角情況下的二橋?qū)嶋H內(nèi)輪轉(zhuǎn)角。

當(dāng)β1=1°時，；

當(dāng)β1=10°時，；

當(dāng)β1=25°時，；

當(dāng)β1=35°時，。

統(tǒng)計三種內(nèi)輪轉(zhuǎn)角總傳動比值i選擇結(jié)果列入表（2），為便于計算，β2T、β2R統(tǒng)計時取計算結(jié)果的小數(shù)點后兩位。

經(jīng)校驗，雙前橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角總傳動比i=0.7330536狀態(tài)下，一橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)向時二橋理論內(nèi)轉(zhuǎn)角與實際內(nèi)轉(zhuǎn)角誤差最小，可保證在以內(nèi)。

通過以上方法可知，選取合適的值，第二橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角誤差的絕對值可保證≤0.6?？勺畲笙薅鹊谋ＷC雙前橋車輛在轉(zhuǎn)向全過程中，雙前橋能基本繞同一瞬時中心點旋轉(zhuǎn)。

6 結(jié)論

通過分析雙前橋總成轉(zhuǎn)向關(guān)系，可以得出前一、前二前橋總成內(nèi)輪轉(zhuǎn)角的總傳動比i，通過與車輛設(shè)計的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總傳動比進(jìn)行比對，可以評估、確定最優(yōu)內(nèi)輪轉(zhuǎn)角的總傳動比，以保證雙前橋在任意轉(zhuǎn)向狀態(tài)下前一、前二前橋總成可基本繞同一中心點旋轉(zhuǎn)，以減少拖磨、降低油耗。

改過該方法，將批產(chǎn)的某品牌6X2載貨汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實現(xiàn)了一橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)向時二橋理論內(nèi)轉(zhuǎn)角與實際內(nèi)轉(zhuǎn)角誤差0.55°的最優(yōu)匹配。該技術(shù)可推廣至其它需具備同步轉(zhuǎn)向的機(jī)構(gòu)設(shè)計中，同時可作為解決輪胎拖磨吃胎、降低商用車油耗的一種解決方案。

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