基于力傳感動(dòng)態(tài)調(diào)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(dòng)態(tài)調(diào)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(yīng)用力傳感動(dòng)態(tài)調(diào)整儀采集雙前橋重型卡車前輪在轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下的受力情況，從而用來驗(yàn)證車輛在實(shí)際行駛中前束設(shè)計(jì)值的合理性。通過對(duì)某車型大量數(shù)據(jù)采集并分析驗(yàn)證，得出車輛的合理前束值，為車輛的前束值設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

雙前軸；前束值；外傾角；側(cè)滑；力傳感動(dòng)態(tài)調(diào)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(shù)主要包括主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、外傾角和前束。前輪定位參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)向力學(xué)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(shù)主要依靠理論分析與經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是汽車經(jīng)裝配后，這些參數(shù)又會(huì)受到軸荷、輪胎特性和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等參數(shù)以及零部件精度、裝配間隙等因素影響。所以即使定位參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，車輛在實(shí)際行駛中依然會(huì)出現(xiàn)上述性能缺陷。

本文針對(duì)某雙前軸重型卡車在通過力傳感動(dòng)態(tài)調(diào)整儀將一橋、二橋同步差調(diào)整合格后，對(duì)其采集的側(cè)滑量分布情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)及分析，由于設(shè)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(duì)前輪側(cè)滑的作用，通過對(duì)數(shù)據(jù)分布情況進(jìn)行調(diào)整得到前束與外傾角最優(yōu)匹配狀態(tài)，最大程度減少由于定位參數(shù)造成的輪胎早期異常磨損。

1、前束的產(chǎn)生及影響

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

通過分析前輪接地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡、綜合考慮輪胎特性和車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)，給出了以減少側(cè)滑量為目標(biāo)的外傾角與前束值合理匹配的計(jì)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(dòng)半徑，mm。

假設(shè)輪胎為剛體的條件下，根據(jù)前輪外傾和前束的側(cè)滑機(jī)理，當(dāng)前輪同時(shí)具有外傾角和前束角時(shí)，車輪總的側(cè)滑量（使滑板向內(nèi)側(cè)的側(cè)滑量為正，反之為負(fù)）可由下式確定，即：

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

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

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

但是，在車輛實(shí)際行駛中還有諸如輪胎性能、滾阻、裝配質(zhì)量等影響前束的諸多不確定因素，所以在設(shè)計(jì)階段不可能使二者達(dá)到上述理想的匹配狀態(tài)。

2、力傳感動(dòng)態(tài)調(diào)整儀簡介

前束的大小，是靠調(diào)整梯形拉桿的長短來確定的。調(diào)整前束有多種方法，大多都是在靜態(tài)條件下將前束調(diào)整到設(shè)計(jì)值，調(diào)整的效果并不盡人意。目前廣泛使用的在線動(dòng)態(tài)調(diào)整是一個(gè)比較有效的方法。

動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

該設(shè)備利用滾筒2轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)前輪1轉(zhuǎn)動(dòng)，滾筒代替了實(shí)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(cè)滾筒分別受大小相等方向相反的兩個(gè)側(cè)向力作用，同時(shí)向內(nèi)或向外移動(dòng)，力傳感器就會(huì)將此側(cè)向力顯現(xiàn)出來，定義力傳感器6受拉力為正，受壓力為負(fù)。

其優(yōu)點(diǎn)是模擬車輛實(shí)際直線行駛狀況，讓所有影響側(cè)滑的因素都顯現(xiàn)出來并參與作用。使其作用結(jié)果通過前輪動(dòng)態(tài)受力情況顯示處理，調(diào)整方便快捷。

可通過調(diào)整轉(zhuǎn)向橫拉桿，得到一個(gè)調(diào)整的前束值，使車輪側(cè)向力近接近于零。

3、基于動(dòng)態(tài)調(diào)整儀的前束值分析

設(shè)計(jì)前束值往往只有1-3mm，由上述分析此值為設(shè)計(jì)經(jīng)過理論以及經(jīng)驗(yàn)計(jì)算得出，假設(shè)車橋生產(chǎn)時(shí)可以精確調(diào)整到設(shè)計(jì)值，但是受整車各相關(guān)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(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，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(shè)計(jì)值時(shí)前輪側(cè)滑量分析

按照設(shè)計(jì)規(guī)定參數(shù)，在前橋裝配時(shí)對(duì)前束值進(jìn)行了靜態(tài)調(diào)整，使之符合設(shè)計(jì)要求。這些靜態(tài)合格的前橋在車輛裝配下線后通過力傳感動(dòng)態(tài)調(diào)整儀將一橋、二橋同步差調(diào)整合格后采集側(cè)滑量。通過采集2000輛份車輛的側(cè)滑量，檢測過程符合GB7258-1997的規(guī)定[3]，在±3m/km內(nèi)為合格所得數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如圖2所示：

由圖可以看出：兩前橋側(cè)滑量在1m/km附近，且數(shù)據(jù)不集中；相比一橋，二橋側(cè)滑量分布區(qū)域更分散。

造成此現(xiàn)象的原因主要有兩個(gè)：一是前束設(shè)計(jì)值與外傾角匹配較差，尤其是二橋，也進(jìn)一步解釋了在實(shí)際使用中二橋出現(xiàn)早期異常磨損的概率和嚴(yán)重程度比一橋大的原因；二是設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)輪胎性能、轉(zhuǎn)向零部件精度及裝配質(zhì)量等因素對(duì)側(cè)滑的影響考慮不夠，零部件、裝配精度誤差超出了設(shè)計(jì)考慮范圍，對(duì)側(cè)滑產(chǎn)生了不可預(yù)知的影響。

3.2前束值優(yōu)化

假設(shè)輪胎為剛性，則其在前束影響下受側(cè)傾力如圖3所示：

由圖可知：路面對(duì)轉(zhuǎn)向輪的滾動(dòng)阻力F會(huì)使每個(gè)前輪產(chǎn)生橫向的附加內(nèi)傾力：

式中：γ為前束角；f為摩擦系數(shù)；F1為前輪垂直載荷。

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

由于實(shí)驗(yàn)車輛側(cè)滑量檢測數(shù)值多數(shù)分布在0點(diǎn)值右側(cè)，分布比較分散且數(shù)值偏大。根據(jù)公式（3）、（4）可知是因前束偏大而引起的側(cè)滑量相對(duì)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(shí)前輪外傾角會(huì)減小，而前束不會(huì)變化，由公式（3）可知此時(shí)前輪側(cè)滑量將增大，但是車橋設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的要求就是滿載空載定位變化盡可能小，所以滿載時(shí)側(cè)滑量的變化可以忽略。

通過對(duì)批量車輛下線經(jīng)過規(guī)定里程磨合后，在動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)備上調(diào)整轉(zhuǎn)向橫拉桿，將一、二橋側(cè)滑量調(diào)整到0±0.5范圍內(nèi)。調(diào)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(yōu)化后的前束值調(diào)整前橋前束，并對(duì)下線后的車輛側(cè)滑量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。若側(cè)滑量集中分布在0附近，則說明該前橋優(yōu)化后的前束值與外傾角是比較理想的匹配狀態(tài)。即便這個(gè)前束值不是理論最佳值，但是此狀態(tài)反映了在其它因素參與下的前輪定位及行駛性能，對(duì)車輛有實(shí)際意義。

按照此方法用動(dòng)態(tài)調(diào)整儀能夠?qū)Σ煌瑖嵨磺皹蚯笆O(shè)計(jì)值進(jìn)行優(yōu)化，彌補(bǔ)前橋車輪及轉(zhuǎn)向系各零件的精度和裝配誤差對(duì)車輛側(cè)滑量的影響。將調(diào)整后的前束值帶入經(jīng)驗(yàn)公式反解，即可對(duì)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行優(yōu)化，得到更優(yōu)的經(jīng)驗(yàn)公式系數(shù)，以便在后續(xù)設(shè)計(jì)中及時(shí)修正前束設(shè)計(jì)值。

4、結(jié)論

經(jīng)過力傳感動(dòng)態(tài)調(diào)整儀對(duì)雙前軸重型卡車前輪動(dòng)態(tài)受力情況的分析，對(duì)車輛前束設(shè)計(jì)值進(jìn)行了修正，相比ADAMS/ CAR仿真方法，力傳感動(dòng)態(tài)調(diào)整儀更接近車輛實(shí)際行駛狀態(tài)，對(duì)車輛前束值設(shè)計(jì)有著實(shí)際的指導(dǎo)意義。

文章所測均為模擬車輛空載直行條件下側(cè)滑量，車輛在滿載時(shí)的側(cè)滑量仍需做進(jìn)一步的驗(yàn)證。

[1] 安相璧,白云川,陳成法.車輪外傾與前束對(duì)轉(zhuǎn)向輪側(cè)滑的影響分析[J].軍事交通學(xué)院學(xué)報(bào),2009,11(04):57-60.

[2] 馬駿,錢立軍.前輪定位參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)和試驗(yàn)的研究[J].汽車工程,2014,36(02):231-242.

[3] 王建強(qiáng),蘇建,賈正銳,李克強(qiáng).汽車車輪側(cè)滑量檢測存在問題及對(duì)策研究[J].汽車技術(shù),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(zhuǎn)向力的計(jì)算[J].湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào),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。