基于轉向回正性能的主銷定位參數解析研究

王俊豪　陳煒　白鵬

摘 要：文章在分析前輪轉向力學性能的基礎上，建立并優化了關于力矩平衡的解析數學模型。以某重型卡車為例，求解獲得主銷定位參數的最優解，并結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系。結果為車輛跑偏問題的分析及主銷參數的設計提供理論依據。關鍵詞：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，后輪為非轉向輪，不存在轉向節及上下轉向球頭等零部件，故不涉及關聯主銷的技術參數。而承擔轉向作用的前輪在主銷的作用下實現車輛轉向及回正，并通過主銷傾角的作用對行車操縱性能產生影響[1-3]。為了研究主銷定位參數對車輛行駛轉向性能的影響，現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向操縱性能的相關因素。

2 前輪轉向力矩計算

2.1 前輪轉向回正力矩計算

前輪回正力矩作用于轉向輪，使得車輛發生跑偏后自行恢復為起始行駛狀態。回正力矩的大小取決于路面對車胎的垂向反力Fz、側向反力Fy、縱向反力Fx及各力臂長度，而力臂又由主銷定位參數的大小決定[3]。回正力矩主要由輪胎所受垂向力Fz在主銷內傾角β作用下引起的力矩Mz，車輪轉向勢能引起的正力矩MHz，側向反作用力Fy對車輪產生繞主銷軸線作用的力矩Msy，以及前輪轉角差異、滾動阻力產生的力矩Mx組成。

2.1.1?垂向力引起的回正力矩Mz

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

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

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

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

6 結論

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

（2）以某重型卡車為例，利用Matlab編制優化程序求解出樣車主銷內傾角和后傾角的最優解，并依據最優解計算轉向前輪回正力矩及轉向盤轉向力;分析了主銷傾角對車輛轉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傾角對轉向回正力矩及轉向盤轉向力影響更為突出。

（3）分析區分出影響車輛轉向回正性能的主銷定位參數的主次因素，為產品開發階段主銷技術參數的確定提供了理論依據。

參考文獻

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