淺析商用車轉(zhuǎn)向回正性影響因素

王印，孫彥興，宋鵬成，黃森

（陜西汽車控股集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，陜西 西安 710200）

前言

整車設(shè)計(jì)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本要求是：轉(zhuǎn)向輕便性、反應(yīng)靈敏性、自動(dòng)回正性、抗逆向沖擊性以及安全性，轉(zhuǎn)向回正性能在商用車操縱穩(wěn)定性中占據(jù)重要地位，直接影響整車行駛安全。

1 轉(zhuǎn)向回正概念

汽車從曲線行駛自行恢復(fù)到直線行駛的過(guò)度過(guò)程與能力稱為轉(zhuǎn)向回正性能。動(dòng)力轉(zhuǎn)向必須具備自動(dòng)回正的功能當(dāng)完成轉(zhuǎn)彎動(dòng)作后，在車輪回正力矩的作用下，轉(zhuǎn)向盤能自動(dòng)返回到直線行駛位置。

2 轉(zhuǎn)向回正性能分析

轉(zhuǎn)彎時(shí)，應(yīng)保證車輪回正力矩Mw應(yīng)大于系統(tǒng)的總轉(zhuǎn)動(dòng)阻力矩MR，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)向回正。即：Mw＞MR，前輪轉(zhuǎn)向后開始回正時(shí)Mw＞MR，隨著輪胎側(cè)偏角的減小，由側(cè)偏力產(chǎn)生的回正力矩也逐漸減小，同時(shí)由前橋位能產(chǎn)生的回正力矩也隨著前輪轉(zhuǎn)角的減小而減小，直到前輪總回正力矩與總回正阻力矩相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)向輪停止回正。

2.1 車輪回正力矩Mw與下列因素有關(guān)

○轉(zhuǎn)彎車速；

○主銷后傾角；

○車輪外傾角；

○主銷內(nèi)傾角；

○前軸載荷。

2.2 系統(tǒng)的總轉(zhuǎn)動(dòng)阻力矩MR包含有

○轉(zhuǎn)向橫拉桿球頭的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)阻力矩；

○路面對(duì)輪胎的阻力矩；

○轉(zhuǎn)向器回正阻力矩；

○轉(zhuǎn)向柱內(nèi)、外相關(guān)零部件的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)阻力矩；

○前輪繞主銷回正時(shí)，主銷的上下襯套摩擦阻力矩；

○方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量產(chǎn)生的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)阻力矩；

2.3 影響轉(zhuǎn)向回正性能的故障數(shù)分析及末端因素分布圖

圖1 故障數(shù)分析

圖2 末端因素分布圖

3 轉(zhuǎn)向回正能力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 6323.4 《汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法》規(guī)定了轉(zhuǎn)向回正性能實(shí)驗(yàn)的方法，根據(jù)穩(wěn)定時(shí)間（回正時(shí)間）及殘余橫擺角速度，橫擺角速度超調(diào)量，自然頻率，相對(duì)阻尼系數(shù)、橫擺角總方差等來(lái)評(píng)價(jià)汽車的回正性能，該方法可操作性較困難。

為了更加直接評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向回正性能，可通過(guò)采用殘留角的大小對(duì)轉(zhuǎn)向回正性能好壞的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行試驗(yàn)。

圖3

4 影響商用車轉(zhuǎn)向回正性差的原因分析

4.1 主銷內(nèi)傾角小

主銷內(nèi)傾提供回正力是依靠轉(zhuǎn)向時(shí)將車輛前部稍稍抬起，利用重力勢(shì)能的釋放來(lái)使車輪自動(dòng)回位?；卣嘏c主銷內(nèi)傾角的關(guān)系如下：

其中 G1前橋垂直載荷，β主銷內(nèi)傾角，δ前輪轉(zhuǎn)向角，q轉(zhuǎn)向節(jié)節(jié)點(diǎn)到前輪安裝中心平面之間的距離

4.2 主銷后傾角小

主銷后傾提供的回正力矩可按下式計(jì)算：

主銷后傾角越大，主銷縱向傾移距也越大，方向穩(wěn)定性越好，自動(dòng)回正作用也越強(qiáng)。

4.3 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比設(shè)計(jì)不合理

轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生的回正力矩經(jīng)前橋彎臂、直拉桿、垂臂傳遞到轉(zhuǎn)向器，如果傳遞的回正力被減小過(guò)多，無(wú)法推動(dòng)轉(zhuǎn)向器，也會(huì)出現(xiàn)回正性差問(wèn)題。傳動(dòng)比越小，傳遞到轉(zhuǎn)向器的回正力矩越大。

4.4 前橋?qū)嶋H軸荷小于理論設(shè)計(jì)軸荷

4.5 液壓助力阻力矩大

由于中重型商用車都匹配液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，液壓阻尼會(huì)產(chǎn)生的阻力矩，會(huì)降低汽車的回正性能，可通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)向器總成的循環(huán)壓力（進(jìn)出油口的壓力差）來(lái)衡量液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的背壓，一般要求循環(huán)壓力不大于0.7MPa。

4.6 轉(zhuǎn)向節(jié)與工字梁拳頭軸向間隙小

軸向間隙越小，轉(zhuǎn)動(dòng)阻力越大。轉(zhuǎn)向節(jié)與工字梁拳頭軸向間隙是通過(guò)調(diào)整墊片來(lái)控制，一般主機(jī)廠通過(guò)調(diào)整墊片控制軸向間隙在0.1mm左右。

4.7 主銷襯套潤(rùn)滑油不夠，摩擦阻力大

如果主銷潤(rùn)滑油不能填滿主銷襯套，會(huì)增大轉(zhuǎn)向節(jié)與主銷的摩擦力。

4.8 拉桿球銷擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大

一般商用車轉(zhuǎn)向拉桿設(shè)計(jì)要求球銷旋轉(zhuǎn)力矩和擺動(dòng)力矩在1.5N.m～6 N.m范圍內(nèi)，如果球銷的擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩過(guò)大會(huì)阻礙轉(zhuǎn)向回正力，故需要保證車輛拉桿球銷轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，無(wú)明顯卡滯現(xiàn)象。

4.9 轉(zhuǎn)向器輸出輸入特性遲滯

在轉(zhuǎn)向器輸出輸入特性遲滯較大的情況下，轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤以及轉(zhuǎn)向回正時(shí)，輸出力矩回到零所需時(shí)間長(zhǎng)，造成轉(zhuǎn)向回正不好。根據(jù)轉(zhuǎn)向器輸出輸入特性曲線，轉(zhuǎn)向器回正時(shí)存在遲滯。根據(jù)QC/T 529中關(guān)于回正性能試驗(yàn)的方法，在轉(zhuǎn)向器輸出端施加最大輸出扭矩 8%的力矩，分別測(cè)量從兩個(gè)極限位置回到中間位置的時(shí)間，一般要求回正時(shí)間要小于6s。

4.10 轉(zhuǎn)向器回正阻力大

轉(zhuǎn)向器回正阻力大影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)回正力，可通過(guò)彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)轉(zhuǎn)向器垂臂來(lái)衡量轉(zhuǎn)向器內(nèi)部阻力。

4.11 轉(zhuǎn)向管柱空載轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大

轉(zhuǎn)向管柱空載轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，造成轉(zhuǎn)向阻力矩大，影響轉(zhuǎn)向回正性能。

4.12 車輪外傾角：車輪側(cè)偏力產(chǎn)生的回正力矩：

在車輪具有小外傾角時(shí)輪胎的側(cè)偏力 F1近似與外傾角γ呈線性關(guān)系。

5 結(jié)束語(yǔ)

提高車輛的回正性能，可以從兩個(gè)方面進(jìn)行考慮：一方面提高轉(zhuǎn)向回正力矩；另一方面可以減小前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的回正阻力矩。可根據(jù)殘留角的大小評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向回正性能，在車速一定的情況下，殘留角越小，轉(zhuǎn)向回正性能越好，反之，殘留角越大，轉(zhuǎn)向回正性能越差。由于殘留角試驗(yàn)方法具有試驗(yàn)場(chǎng)地小，試驗(yàn)儀器少，操作簡(jiǎn)單，使用方便，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)性好，很適合作為檢驗(yàn)汽車轉(zhuǎn)向回正性能的手段。文章從影響商用車轉(zhuǎn)向回正性能的基本影響因素出發(fā)，所涉及的分析方法及思路對(duì)類似問(wèn)題的解決具有一定的借鑒作用。