基于力傳感動態調整儀的雙前軸重卡前束值研究

魏淵，史智理，張瑞斌，王雙峰

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

基于力傳感動態調整儀的雙前軸重卡前束值研究

魏淵，史智理，張瑞斌，王雙峰

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

文章通過應用力傳感動態調整儀采集雙前橋重型卡車前輪在轉動狀態下的受力情況，從而用來驗證車輛在實際行駛中前束設計值的合理性。通過對某車型大量數據采集并分析驗證，得出車輛的合理前束值，為車輛的前束值設計提供依據。

雙前軸；前束值；外傾角；側滑；力傳感動態調整；前輪定位

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.036

CLC NO.: U469 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-109-03

引言

重型卡車前輪定位參數主要包括主銷內傾角、主銷后傾角、外傾角和前束。前輪定位參數對轉向力學特性、回正性能、直線行駛性能及輪胎早期異常磨損等有明顯的影響。目前汽車前輪定位參數主要依靠理論分析與經驗進行設計，但是汽車經裝配后，這些參數又會受到軸荷、輪胎特性和轉向傳動機構等參數以及零部件精度、裝配間隙等因素影響。所以即使定位參數達到設計要求，車輛在實際行駛中依然會出現上述性能缺陷。

本文針對某雙前軸重型卡車在通過力傳感動態調整儀將一橋、二橋同步差調整合格后，對其采集的側滑量分布情況進行了統計及分析，由于設備直接采集車輛前輪的受力情況，是各部分因素共同參與對前輪側滑的作用，通過對數據分布情況進行調整得到前束與外傾角最優匹配狀態，最大程度減少由于定位參數造成的輪胎早期異常磨損。

1、前束的產生及影響

車輛運行過程中前輪有一個外傾角，由受力情況分析，車輪承受的重力只與支反力錯開了一定距離，為了保持平衡，則產生了一個側向力，稱之為外傾側向力。外傾角加大，外傾側滑量也增大[1]，前輪異常磨損嚴重。前束正是為了抵消此外傾側向力的作用而產生的，前輪由于前束而產生的側向力正好與外傾側向力方向相反。

通過分析前輪接地點運動軌跡、綜合考慮輪胎特性和車輛結構參數，給出了以減少側滑量為目標的外傾角與前束值合理匹配的計算公式：

式中：T為前束值，mm；L為軸距，mm；l為輪胎接地印記長度，mm；d為測量前束處的輪輞直徑，mm；為前輪外傾角，rad；r為輪胎的滾動半徑，mm。

假設輪胎為剛體的條件下，根據前輪外傾和前束的側滑機理，當前輪同時具有外傾角和前束角時，車輪總的側滑量（使滑板向內側的側滑量為正，反之為負）可由下式確定，即：

式中：H為側滑量，m/km；S1為外傾角引起的滑板側滑距離，mm；S2為前束角引起的滑板側滑距離，mm；L為滑板長度，m。

為使滑板側滑方向與調整儀匹配，本文中規定滑板側滑方向與（2）式中相反，即滑板向外側的側滑量為正，反之為負，外傾角引起的側滑量為負，前束引起的側滑量為正，公式（2）寫為：

由上式可知：H=0，外傾角與前束角達到理想匹配狀態，輪胎所受側滑力為零，即側滑量為零。

但是，在車輛實際行駛中還有諸如輪胎性能、滾阻、裝配質量等影響前束的諸多不確定因素，所以在設計階段不可能使二者達到上述理想的匹配狀態。

2、力傳感動態調整儀簡介

前束的大小，是靠調整梯形拉桿的長短來確定的。調整前束有多種方法，大多都是在靜態條件下將前束調整到設計值，調整的效果并不盡人意。目前廣泛使用的在線動態調整是一個比較有效的方法。

動態調整設備結構簡圖如圖1所示。

該設備利用滾筒2轉動帶動前輪1轉動，滾筒代替了實際路面。利用力傳感器4、6及位移傳感器5、7檢測力及位移的大小和方向。如果車輪前束不合適，則兩側滾筒分別受大小相等方向相反的兩個側向力作用，同時向內或向外移動，力傳感器就會將此側向力顯現出來，定義力傳感器6受拉力為正，受壓力為負。

其優點是模擬車輛實際直線行駛狀況，讓所有影響側滑的因素都顯現出來并參與作用。使其作用結果通過前輪動態受力情況顯示處理，調整方便快捷。

可通過調整轉向橫拉桿，得到一個調整的前束值，使車輪側向力近接近于零。

3、基于動態調整儀的前束值分析

設計前束值往往只有1-3mm，由上述分析此值為設計經過理論以及經驗計算得出，假設車橋生產時可以精確調整到設計值，但是受整車各相關零部件公差以及裝配公差的影響，在多種變量作用的情況下也并非是最佳前束值。

根據設計經驗，某車型前輪前束值 T=（2.5±1）mm，前輪外傾角 為0.5°。

3.1前束為設計值時前輪側滑量分析

按照設計規定參數，在前橋裝配時對前束值進行了靜態調整，使之符合設計要求。這些靜態合格的前橋在車輛裝配下線后通過力傳感動態調整儀將一橋、二橋同步差調整合格后采集側滑量。通過采集2000輛份車輛的側滑量，檢測過程符合GB7258-1997的規定[3]，在±3m/km內為合格所得數據統計如圖2所示：

由圖可以看出：兩前橋側滑量在1m/km附近，且數據不集中；相比一橋，二橋側滑量分布區域更分散。

造成此現象的原因主要有兩個：一是前束設計值與外傾角匹配較差，尤其是二橋，也進一步解釋了在實際使用中二橋出現早期異常磨損的概率和嚴重程度比一橋大的原因；二是設計時對輪胎性能、轉向零部件精度及裝配質量等因素對側滑的影響考慮不夠，零部件、裝配精度誤差超出了設計考慮范圍，對側滑產生了不可預知的影響。

3.2前束值優化

假設輪胎為剛性，則其在前束影響下受側傾力如圖3所示：

由圖可知：路面對轉向輪的滾動阻力F會使每個前輪產生橫向的附加內傾力：

式中：γ為前束角；f為摩擦系數；F1為前輪垂直載荷。

為了得出更符合車輛實際行駛情況的前輪前束值，就需要在整車裝配完成后，在動態調整儀上模擬車輛直線行駛的條件對其前束進行動態調整，使所有影響定位性能的因素都參與作用。調整到前輪所受側滑力趨近于零，即達到前束和外傾角的最佳匹配狀態。

由于實驗車輛側滑量檢測數值多數分布在0點值右側，分布比較分散且數值偏大。根據公式（3）、（4）可知是因前束偏大而引起的側滑量相對偏大，要使兩者匹配，需減小前束角即減小前束值?？紤]到滿載時前輪外傾角會減小，而前束不會變化，由公式（3）可知此時前輪側滑量將增大，但是車橋設計中一個重要的要求就是滿載空載定位變化盡可能小，所以滿載時側滑量的變化可以忽略。

通過對批量車輛下線經過規定里程磨合后，在動態調整設備上調整轉向橫拉桿，將一、二橋側滑量調整到0±0.5范圍內。調整完成后測量前束值，取平均值得到該前橋最佳前束值。

按照優化后的前束值調整前橋前束，并對下線后的車輛側滑量進行統計分析。若側滑量集中分布在0附近，則說明該前橋優化后的前束值與外傾角是比較理想的匹配狀態。即便這個前束值不是理論最佳值，但是此狀態反映了在其它因素參與下的前輪定位及行駛性能，對車輛有實際意義。

按照此方法用動態調整儀能夠對不同噸位前橋前束設計值進行優化，彌補前橋車輪及轉向系各零件的精度和裝配誤差對車輛側滑量的影響。將調整后的前束值帶入經驗公式反解，即可對設計經驗公式進行優化，得到更優的經驗公式系數，以便在后續設計中及時修正前束設計值。

4、結論

經過力傳感動態調整儀對雙前軸重型卡車前輪動態受力情況的分析，對車輛前束設計值進行了修正，相比ADAMS/ CAR仿真方法，力傳感動態調整儀更接近車輛實際行駛狀態，對車輛前束值設計有著實際的指導意義。

文章所測均為模擬車輛空載直行條件下側滑量，車輛在滿載時的側滑量仍需做進一步的驗證。

[1] 安相璧,白云川,陳成法.車輪外傾與前束對轉向輪側滑的影響分析[J].軍事交通學院學報,2009,11(04):57-60.

[2] 馬駿,錢立軍.前輪定位參數優化設計和試驗的研究[J].汽車工程,2014,36(02):231-242.

[3] 王建強,蘇建,賈正銳,李克強.汽車車輪側滑量檢測存在問題及對策研究[J].汽車技術,2004,(07):30-32.

[4] 王潤琪,周永軍,尹鵬.汽車前輪定位及回正力矩和轉向力的計算[J].湖南科技大學學報,2010,25(01):42-46.

Values of Dual Front Axle Card Before Binding Instrument Based on Dynamic Adjustment Sensor

Wei Yuan, Shi Zhili, Zhang Ruibin, Wang Shuangfeng
( Shaanxi Heavy-Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200 )

By dynamically adjusting the application force sensing instrument collects double-front-axle steering heavy truck wheel rotational state in the forces, which is used to verify the reasonableness of the vehicle in real driving toe design values. Based on a large amount of data collection and analysis model verification, the reasonable value of the vehicle before the beam, provide the basis for the design of the vehicle front toe.

dual front axle; front toe; camber; sliding; dynamically adjust the force sensor; wheel alignment

U469

A

1671-7988（2015）09-109-03

魏淵，就職于陜西重型汽車有限公司汽車總裝配廠。