基于轉(zhuǎn)向回正性能的主銷定位參數(shù)解析研究

王俊豪　陳煒　白鵬

摘 要：文章在分析前輪轉(zhuǎn)向力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，建立并優(yōu)化了關(guān)于力矩平衡的解析數(shù)學(xué)模型。以某重型卡車為例，求解獲得主銷定位參數(shù)的最優(yōu)解，并結(jié)合實例驗證模型的準確性。分析得出輪胎接地面垂向力是影響前輪回正力矩及方向盤轉(zhuǎn)向力的主要因素。編制求解程序分析前輪主銷定位角度對輪胎受力及駕駛員操縱輕便性的作用關(guān)系。結(jié)果為車輛跑偏問題的分析及主銷參數(shù)的設(shè)計提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：重型卡車;主銷定位;回正力矩;解析中圖分類號：U461.6 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）08-149-04

Abstract： In this paper， the mathematical model of the moment balance principle was established and optimized based on steering returnability. For instance of the heavy truck， the optimal solutions of the kingpin alignment parameters were calculated， of which the accuracy was verified with experiments. The results show that the change of front wheel axle load mainly affects the self-aligning moment and steering force. The relationship of the kingpin alignment parameters and the force of the tire and the driver's handing performance was analyzed by programming calculation. The results proved that the theoretical basis for analyzing the vehicle deviation and designing the main sales parameters.Keywords： Heavy truck; kingpin alignment; Self-aligning moment; AnalysisCLC NO.： U461.6??Document Code： A??Article ID： 1671-7988（2020）08-149-04

1 前言

對于重型卡車而言，后輪為非轉(zhuǎn)向輪，不存在轉(zhuǎn)向節(jié)及上下轉(zhuǎn)向球頭等零部件，故不涉及關(guān)聯(lián)主銷的技術(shù)參數(shù)。而承擔轉(zhuǎn)向作用的前輪在主銷的作用下實現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向及回正，并通過主銷傾角的作用對行車操縱性能產(chǎn)生影響[1-3]。為了研究主銷定位參數(shù)對車輛行駛轉(zhuǎn)向性能的影響，現(xiàn)以某重型卡車為例進行實車計算，定性分析了影響前輪受載及轉(zhuǎn)向操縱性能的相關(guān)因素。

2 前輪轉(zhuǎn)向力矩計算

2.1 前輪轉(zhuǎn)向回正力矩計算

前輪回正力矩作用于轉(zhuǎn)向輪，使得車輛發(fā)生跑偏后自行恢復(fù)為起始行駛狀態(tài)。回正力矩的大小取決于路面對車胎的垂向反力Fz、側(cè)向反力Fy、縱向反力Fx及各力臂長度，而力臂又由主銷定位參數(shù)的大小決定[3]?；卣刂饕奢喬ニ艽瓜蛄z在主銷內(nèi)傾角β作用下引起的力矩Mz，車輪轉(zhuǎn)向勢能引起的正力矩MHz，側(cè)向反作用力Fy對車輪產(chǎn)生繞主銷軸線作用的力矩Msy，以及前輪轉(zhuǎn)角差異、滾動阻力產(chǎn)生的力矩Mx組成。

2.1.1?垂向力引起的回正力矩Mz

在橫向平面內(nèi)，路面對車輛的垂直反作用力Fz分別通過左右轉(zhuǎn)向輪作用于前橋，單側(cè)前輪受地面的作用反力如圖1a所示。在主銷內(nèi)傾作用下將Fz分解為垂直和平行于主銷軸線的力Fzsinβ、Fzcosβ，分力Fzsinβ產(chǎn)生轉(zhuǎn)向回正力矩。當車輛以轉(zhuǎn)向角δ偏轉(zhuǎn)時，可將垂直主銷的力分解為Fzsinβsinδcosα，如圖1b，1c所示。

由表1計算結(jié)果所得，輪胎接地面垂向力Fz對轉(zhuǎn)向回正力矩和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向力的影響程度最大，占比62%;其次是轉(zhuǎn)向勢能，占比37%;縱向力的影響程度最小。隨著Fz增加，回正力矩Ms和轉(zhuǎn)向力F隨之增大，但垂向力Fz過大則會產(chǎn)生方向盤加重現(xiàn)象，過小則會引產(chǎn)生方向盤“發(fā)漂”現(xiàn)象。

以樣車為研究對象，在主銷定位參數(shù)約束區(qū)間內(nèi)，分別取轉(zhuǎn)向回正力矩及轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向力為求解變量，編制相應(yīng)程序得出轉(zhuǎn)向回正力矩及轉(zhuǎn)向力隨主銷定位參數(shù)的變化情況，如圖4所示。

由圖4可見，當其他基本參數(shù)值保持恒定，隨著α和β的增加，輪胎轉(zhuǎn)向回正力矩Ms及轉(zhuǎn)向力F成增長的趨勢;主銷內(nèi)傾角β對轉(zhuǎn)向回正力矩Ms及轉(zhuǎn)向力F的影響更為顯著，主銷后傾角α次之。當主銷定位參數(shù)為最優(yōu)解時，轉(zhuǎn)向輪總回正力矩為253.229N?m;轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向力為82.744 N，滿足國標規(guī)定的“不帶助力時轉(zhuǎn)向力應(yīng)小于245 N”的要求[7]。

6 結(jié)論

（1）通過對車輛前輪轉(zhuǎn)向回正性能的分析，建立并優(yōu)化車輛轉(zhuǎn)向前輪回正力矩及轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向力的數(shù)學(xué)計算模型，對比驗證了數(shù)學(xué)模型的準確性。

（2）以某重型卡車為例，利用Matlab編制優(yōu)化程序求解出樣車主銷內(nèi)傾角和后傾角的最優(yōu)解，并依據(jù)最優(yōu)解計算轉(zhuǎn)向前輪回正力矩及轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向力;分析了主銷傾角對車輛轉(zhuǎn)向作用力矩及駕駛員操縱力的影響程度，相比后傾角而言主銷內(nèi)傾角對轉(zhuǎn)向回正力矩及轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向力影響更為突出。

（3）分析區(qū)分出影響車輛轉(zhuǎn)向回正性能的主銷定位參數(shù)的主次因素，為產(chǎn)品開發(fā)階段主銷技術(shù)參數(shù)的確定提供了理論依據(jù)。

參考文獻

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