汽車彈簧荷重軸對直線跑偏問題的影響

李俊峰（鄭州日產(chǎn)汽車有限公司，河南　鄭州　450016）

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汽車彈簧荷重軸對直線跑偏問題的影響

李俊峰
（鄭州日產(chǎn)汽車有限公司，河南鄭州450016）

通過對汽車彈簧荷重軸方向上受力的理論分析與計(jì)算，并用不同荷重軸角度的彈簧進(jìn)行實(shí)車測試，驗(yàn)證了荷重軸角度對汽車行駛跑偏的影響程度，使讀者從荷重軸角度更深入地了解車輛跑偏的原因，為更好地控制產(chǎn)品質(zhì)量，提高解析車輛跑偏的能力及速度提供一種有效方法。

直線跑偏；彈簧；荷重軸

隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國的高等級公路里程迅速增加。乘用車在平直的道路上高速行駛的機(jī)會和時(shí)間不斷增加。長時(shí)間高速直線行駛時(shí)，偶爾會有雙手離開或輕扶方向盤的情況出現(xiàn)，此時(shí)如果車輛自身存在嚴(yán)重的直線跑偏傾向，將是十分危險(xiǎn)的，稍有不慎就會發(fā)生嚴(yán)重的交通事故［1］。所以，對車輛直線跑偏的分析研究是一項(xiàng)國際范圍內(nèi)廣泛開展的課題。影響車輛直線跑偏的因素有多種，本文將重點(diǎn)圍繞目前在乘用車前懸架上應(yīng)用較多的麥弗遜式結(jié)構(gòu)，分析前螺旋彈簧荷重軸對于車輛直線行駛跑偏的影響，同時(shí)說明彈簧荷重軸對車輛直線跑偏問題產(chǎn)生影響的機(jī)理。這對于汽車麥弗遜式前懸架結(jié)構(gòu)中螺旋彈簧的品質(zhì)管控，提高汽車行駛的操縱穩(wěn)定性具有重要的參考意義。

1　荷重軸的定義

前減振器螺旋彈簧荷重軸是彈簧上端應(yīng)力中心點(diǎn)與下端應(yīng)力中心點(diǎn)的連線（見圖1）。

圖1　螺旋彈簧荷重軸

2　彈簧荷重軸對跑偏影響原理

汽車前輪受力分析模型如圖2所示，車輪受到地面的沖擊力是沿著實(shí)際荷重軸方向傳向車身的。

圖2　汽車前輪受力分析模型

2.1X向分力

按圖3分析可得，沿X方向分力（即車輪沿車輛前后方向的分力）為：FX=F×sinθ。?

圖3　前輪X向分力示意圖

然而，在汽車的實(shí)際結(jié)構(gòu)中，車輛左右兩側(cè)安裝的前螺旋彈簧是完全相同的零件，而在前螺旋彈簧與減振器組裝時(shí)，因?yàn)樽笥衣菪龔椈裳b配方向相反，導(dǎo)致左右螺旋彈簧的荷重軸角度是有差異的（見圖4）。

圖4　前螺旋彈簧實(shí)際裝配狀態(tài)與簡化模型對比（X向）

左前輪X向受力：FXL=F×sinθL=F×sin（αXL+βXL）

右前輪X向受力：FXR=F×sinθR=F×sin（αXR-βXR）

由以上公式可以看出，β越大，左右前輪X向受力的差異就越大，且FXL＞FXR。

2.2Y向分力

按圖5分析可得，沿Y方向分力（即車輪承受由車輛外側(cè)向內(nèi)側(cè)方向的力）為：MY=M×sinφ。

前螺旋彈簧Y向?qū)嶋H裝配狀態(tài)如圖6所示。

圖5　前輪Y向分力示意圖

圖6　前螺旋彈簧實(shí)際裝配狀態(tài)與簡化模型對比（Y向）

左前輪Y向受力：MYL=M×sinφL=M×sin（ωYL+βYL）

右前輪Y向受力：MYR=M×sinφR=M×sin（ωYR+βYR）

由以上公式可以看出，只要左右車輪定位參數(shù)是相同的，左右前輪在Y向受力的值就是一致的，且方向相反，左右側(cè)的分力就可以互相抵消。

2.3左右前輪轉(zhuǎn)矩

由以上分析可知，左右車輪在Y方向分力是可以互相抵消的，因此，對車輛行駛跑偏與否是不產(chǎn)生影響的。但左右車輪在X方向分力是同方向的，而且左側(cè)比右側(cè)大，這就是導(dǎo)致車輛跑偏的主要原因。如圖7所示，受力模型分析可得左右前輪在X方向分力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分別為：SL=FXL×L=F×L×sin（αXL+βXL）；SR=FXR×L=F×L×sin（αXR-βXR）。

圖7　車輪分力及產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩模型

2.4跑偏力矩

車輛左右兩側(cè)懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在布置上是對稱的，因此地面給輪胎的反力值F和力臂L相同，主銷后傾角αXL、αXR相等，彈簧荷重軸的夾角βXL、βXR相等。

由S偏=SL-SR=F×L×［sin（αXL+βXL）-sin（αXR-βXR）］可知，彈簧荷重軸的夾角βXL和βXR的值越大，產(chǎn)生的跑偏力矩S偏越大，跑偏越嚴(yán)重；若彈簧荷重軸的夾角βXL=βXR=0，則產(chǎn)生的跑偏力矩S偏=0，將不產(chǎn)生跑偏力矩，此時(shí)車輛就不會出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象。

3　分析結(jié)果

由以上分析可知，在麥弗遜式前懸架結(jié)構(gòu)的車輛上，由前螺旋彈簧的布置產(chǎn)生的跑偏現(xiàn)象只與彈簧單品荷重軸在XOZ平面上的夾角βX有關(guān)，與荷重軸與Y方向的夾角無關(guān)。并且，與X方向的夾角βX越大，產(chǎn)生的跑偏力矩越大，車輛跑偏也越嚴(yán)重。

4　前減振器彈簧對車輛直線跑偏的影響確認(rèn)

為了確認(rèn)前減振器彈簧對直線行駛跑偏的影響，選擇1臺直線行駛正常無跑偏現(xiàn)象的車輛，并拆下3臺存在不同程度跑偏車輛上的前減振器彈簧，換裝到行駛正常的車輛上。換裝后，對這臺車不同狀態(tài)下的跑偏量、四輪定位參數(shù)重新進(jìn)行測定。測定結(jié)果如表1所示。

由表1數(shù)據(jù)分析可知，同一臺車裝配4種不同彈簧，在其他零件都相同的情況下，四輪定位參數(shù)的差異并不大。但是，正常的車輛換裝上另外3臺有跑偏現(xiàn)象車輛上的彈簧后，發(fā)生了明顯的跑偏。由此可知，彈簧對于車輛直線行駛跑偏具有比較明顯的影響。

車輛所裝4種狀態(tài)彈簧的荷重軸角度如表2所示。

5　結(jié)論

對比正常狀態(tài)和行駛跑偏狀態(tài)的彈簧荷重軸角度，可以看出，跑偏車輛彈簧荷重軸在XOZ平面上的角度偏差βX比不產(chǎn)生跑偏車輛的大得多。由此驗(yàn)證了該文理論分析的結(jié)果，即螺旋彈簧在XOZ平面上的荷重軸角度偏差的大小對車輛直線行駛跑偏的嚴(yán)重程度有很大的影響。

表1　換裝彈簧前后跑偏量與定位參數(shù)表

表2　 彈簧荷重軸角度偏差

［1］余志生.汽車?yán)碚摚ǖ?版）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

On Line Deviation of Car Axle Spring Load

Li Junfeng
（Zhengzhou Nissan Motor Co，Zhengzhou Henan 450016）

Through the calculation and theoretical analysis of automobile spring load axis force，and spring with different load axis angle of vehicle test，this paper verified the influence of load angle on the axis of the vehicle driving wandering，made the reader that had a deeper understanding of the causes of vehicle deviation from the load axis angle，to provide an effective method to better control the quality of products，and improve the analysis of the capacity and speed of the vehicle deviation.

linear deviation；spring；axial load

U461

A

1003-5168（2016）04-0063-04

2016-03-03

李俊峰（1972-），男，本科，工程師，研究方向：車輛工程，車輛工藝。