某中型卡車轉(zhuǎn)向與懸架干涉的校核及優(yōu)化

孫江平

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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某中型卡車轉(zhuǎn)向與懸架干涉的校核及優(yōu)化

孫江平

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘 要：針對某中卡產(chǎn)品進行空、滿載狀態(tài)轉(zhuǎn)向與懸架系統(tǒng)干涉量校核，將其轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)向盤偏轉(zhuǎn)角度，對行駛中轉(zhuǎn)向盤打手問題直觀體現(xiàn)。經(jīng)分析校核，轉(zhuǎn)向彎臂端球銷安裝方向改變后空滿載狀態(tài)下干涉量均大幅度降低。優(yōu)化后對車輛進行試驗轉(zhuǎn)向盤打手問題得到解決。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向；懸架系統(tǒng)；干涉量

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.03.012

CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)03-37-04

1、產(chǎn)品分析

針對某中卡產(chǎn)品轉(zhuǎn)向盤明顯打手現(xiàn)象進行分析，經(jīng)對故障車輛現(xiàn)場確認后初步判斷為轉(zhuǎn)向傳動裝置與懸架導向機構(gòu)運動干涉量過大導致，下面從轉(zhuǎn)向與懸架系統(tǒng)運動干涉的角度對該產(chǎn)品進行分析。

1.1 轉(zhuǎn)向與懸架系統(tǒng)干涉理論

中卡產(chǎn)品一般采用非獨立鋼板彈簧前懸架、鍛壓式工字梁前橋，轉(zhuǎn)向器上的力通過轉(zhuǎn)向直拉桿傳遞給前橋，作用于轉(zhuǎn)向梯形實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。直拉桿通過球頭銷一端連接于轉(zhuǎn)向器搖臂，一端連接于前橋彎臂，當前輪相對車架或車身上下跳動時，轉(zhuǎn)向彎臂與直拉桿鉸接球銷的球心A，一方面要隨著前輪繞著鋼板彈簧主片所決定的A點的擺動中心O2擺動，同時又要繞著直拉桿另一端與轉(zhuǎn)向搖臂相鉸接的球銷中心B擺動，若這兩種擺動的軌跡偏差（干涉量）較大，則要引起前輪繞主銷的擺振，導致轉(zhuǎn)向盤偏擺、打手。

圖1　轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)干涉量校核示意圖

圖中：A──轉(zhuǎn)向彎臂球銷中心

B──轉(zhuǎn)向搖臂球銷中心

C──鋼板彈簧主片中心

O1──鋼板彈簧主片中心C點擺動中心

O2──轉(zhuǎn)向彎臂球銷中心A點擺動中心

O3──轉(zhuǎn)向搖臂球銷中心B點擺動中心

D──板簧前吊耳安裝中心

E──板簧后吊耳安裝中心

JJ ──A點繞O2點的運動軌跡（以O(shè)2點為圓心，O2A為半徑所畫圓弧）

KK ──A點繞B點的運動軌跡（以B點為圓心，BA為半徑所畫圓弧）

N-N──過A點所作的輔助垂線

fd──懸架動撓度（緩沖塊壓縮1/2時）

fe──懸架靜撓度

e──卷耳半徑

le──卷耳中心到前U型螺栓中心的距離

GH、G H ──運動不協(xié)調(diào)造成的軌跡偏差（運動干涉量）

1.2 車型相關(guān)參數(shù)見表1

表1　車型相關(guān)參數(shù)

表2　主要硬點坐標

1.3 主要硬點坐標（以懸架前吊耳安裝孔中心為原點，以豎直向上為Y正向、水平向后為X正向建立平面坐標系，所有點進行投影）如表2所示。

2、車輛直線行駛時轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)干涉量分析

2.1 空載狀態(tài)干涉量校核

圖2　空載狀態(tài)干涉量校核

采用繪圖法校核如下：

項 目 　最大干涉量（單位mm）此時撓度值（單位mm）動撓度時（車輪相對車身向上運動） 　9.86 　128.5空載時靜撓度時（車輪相對車身向下運動） 　6.77 　41

2.2 滿載狀態(tài)干涉量校核

圖3　滿載狀態(tài)干涉量校核

干涉量校核如下：

此時撓度值（單位mm）項 目 　最大干涉量（單位mm）動撓度時（車輪相對車身向上運動） 　7.07 　107.5滿載時靜撓度時（車輪相對車身向下運動） 　9.52 　62

2.3 干涉量對轉(zhuǎn)向盤偏轉(zhuǎn)角度影響分析

干涉量對轉(zhuǎn)向盤偏轉(zhuǎn)角度可通過下面公式近似計算：

將（1）、（2）代入（3）可得 γ=iω0*R*arcsin（Δx/R）/r

式中：Δx——轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)干涉量

R——轉(zhuǎn)向彎臂旋轉(zhuǎn)半徑

r——搖臂旋轉(zhuǎn)半徑

iω0——轉(zhuǎn)向器角傳動比

由表1可知：R=217mm，r=210mm，iω0=18.62，結(jié)合干涉量校核結(jié)果，可知對駕駛操縱感影響分析如下：

表4

國家標準轉(zhuǎn)向盤自由間隙15°，考慮轉(zhuǎn)向盤自由間隙轉(zhuǎn)向盤偏角也達20°以上，可看出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)干涉量對駕駛操縱影響很大，遇到顛簸路面導致轉(zhuǎn)向盤打手嚴重。

3、整改方案及分析

（1）造成轉(zhuǎn)向盤打手主要原因在于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)運動不協(xié)調(diào)造成，要根本解決需要調(diào)整轉(zhuǎn)向器搖臂下端球銷、轉(zhuǎn)向彎臂端球銷相對位置，最理想狀態(tài)為轉(zhuǎn)向器搖臂下端球銷中心點B與轉(zhuǎn)向節(jié)臂球銷中心點的擺動中心O2重合，此時干涉量為0。

在平頭貨車上，其駕駛員的位置很靠前，而轉(zhuǎn)向器又在駕駛員之前，這就決定了不方便把B點布置得與O2點重合，只能在現(xiàn)有產(chǎn)品基礎(chǔ)上使兩者盡量靠近或者盡量使A、B、O2處于一條直線上，在這種情況下，可以在A點和O2點連線的延長線上布置B點。這樣，一般也可以保證車輪上、下跳動時其繞主銷的轉(zhuǎn)角比較小，而且上、下跳動時該干涉轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)動方向相同。

（2）基于以上考慮，改變轉(zhuǎn)向彎臂上球銷穿接方式由從上向下穿接改為從下向上穿接，如圖所示：

圖4　優(yōu)化前彎臂球銷穿接示意圖

圖5　優(yōu)化后彎臂球銷穿接示意圖

表5　優(yōu)化后變化的硬點坐標

優(yōu)化前后A、B、O2三點分布對比(滿載狀態(tài))：

圖6　優(yōu)化前A、B、O2三點分布圖

圖7　優(yōu)化后A、B、O2三點分布圖

優(yōu)化前O2點偏離A、B連線61.1mm，優(yōu)化后O2點偏離A、B連線24.3mm，A、B、O2基本處于一條直線上。

4、優(yōu)化后直線行駛時轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)干涉量校核

4.1 優(yōu)化后空載狀態(tài)干涉量校核

項 目 　最大干涉量（mm）此時撓度值（mm）轉(zhuǎn)向盤極限偏角（°）動撓度時（車輪相對車身向上運動） 　2.38 　68.95mm 　12.1空載時靜撓度時（車輪相對車身向下運動） 　3.8 　41mm 　19.3

圖8　優(yōu)化后空載狀態(tài)干涉量校核

4.2 優(yōu)化后滿載狀態(tài)干涉量校核

圖9　優(yōu)化后滿載狀態(tài)干涉量校核

項 目 　最大干涉量（mm）此時撓度值（mm）轉(zhuǎn)向盤極限偏角（°）動撓度時（車輪相對車身向上運動） 　1.13 　44.77mm 　5.7滿載時靜撓度時（車輪相對車身向下運動） 　5.04 　62mm 　25.6

4.3 優(yōu)化后干涉量對轉(zhuǎn)向盤偏轉(zhuǎn)角度影響分析

表6

5、優(yōu)化前后干涉量所引起轉(zhuǎn)向盤偏轉(zhuǎn)角對比如下

表7

可以看出優(yōu)化后無論空載還是滿載，車輛行駛過程中轉(zhuǎn)向盤極限偏轉(zhuǎn)角均大幅度下降，結(jié)合轉(zhuǎn)向盤存在自由間隙，只有車輪相對車身向下運動到極限時轉(zhuǎn)向盤才產(chǎn)生輕微打手現(xiàn)象，達到預期效果。

6、實際驗證

改進后在試驗及售出車輛中，遇顛簸路面轉(zhuǎn)向盤打手現(xiàn)象基本消除，轉(zhuǎn)向性能得到駕駛員的好評。

7、結(jié)論

轉(zhuǎn)向與懸架系統(tǒng)運動不協(xié)調(diào)是引起轉(zhuǎn)向盤打手主要原因；

為了減少轉(zhuǎn)向與懸架系統(tǒng)干涉量，設(shè)計時應盡量使轉(zhuǎn)向器搖臂下端球銷中心點與轉(zhuǎn)向節(jié)臂球銷中心點的擺動中心靠近或處于同一直線上。

對市場上存在此類故障的車輛，在保持現(xiàn)有產(chǎn)品轉(zhuǎn)向器、前橋、前懸架等關(guān)鍵部件主體不變的前提下，調(diào)整轉(zhuǎn)向節(jié)臂上球銷穿接方式、更換轉(zhuǎn)向直拉桿可達到7.2所述效果，優(yōu)化駕駛操縱性，有一定的推廣意義。

參考文獻

[1] 王望予.汽車設(shè)計.北京:機械工業(yè)出版社2004.

[2] 李志魁等.某自卸車轉(zhuǎn)向與懸架干涉的ADAMS校核和優(yōu)化設(shè)計.汽車技術(shù).2012(2):30-34.

[3] 李伯岳等.汽車轉(zhuǎn)向干涉校核的快速實現(xiàn).客車技術(shù)與研究.2009(5):18-21.

Check and Optimize the Interference Quantity between Steering and Suspension System of a medium-sized Truck

Sun Jiangping
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

Abstract:check interference quantity between steering and suspension system of a medium-sized Truck in full load and no-load condition,convert to steering wheel angle,show the process of steering wheel hit hands intuitively.By the analysis,interference quantity significantly reduced in full load and no-load condition,When the ball pin installation changes.To test the improved truck,the fault of steering wheel hit hands is resolved.

Keywords:steering; suspension system; interference quantity

作者簡介：孫江平，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。

中圖分類號：U463.8

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)03-37-04