基于力传感动态调整仪的双前轴重卡前束值研究

魏渊，史智理，张瑞斌，王双峰

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

基于力传感动态调整仪的双前轴重卡前束值研究

魏渊，史智理，张瑞斌，王双峰

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

文章通过应用力传感动态调整仪采集双前桥重型卡车前轮在转动状态下的受力情况，从而用来验证车辆在实际行驶中前束设计值的合理性。通过对某车型大量数据采集并分析验证，得出车辆的合理前束值，为车辆的前束值设计提供依据。

双前轴；前束值；外倾角；侧滑；力传感动态调整；前轮定位

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

重型卡车前轮定位参数主要包括主销内倾角、主销后倾角、外倾角和前束。前轮定位参数对转向力学特性、回正性能、直线行驶性能及轮胎早期异常磨损等有明显的影响。目前汽车前轮定位参数主要依靠理论分析与经验进行设计，但是汽车经装配后，这些参数又会受到轴荷、轮胎特性和转向传动机构等参数以及零部件精度、装配间隙等因素影响。所以即使定位参数达到设计要求，车辆在实际行驶中依然会出现上述性能缺陷。

本文针对某双前轴重型卡车在通过力传感动态调整仪将一桥、二桥同步差调整合格后，对其采集的侧滑量分布情况进行了统计及分析，由于设备直接采集车辆前轮的受力情况，是各部分因素共同参与对前轮侧滑的作用，通过对数据分布情况进行调整得到前束与外倾角最优匹配状态，最大程度减少由于定位参数造成的轮胎早期异常磨损。

1、前束的产生及影响

车辆运行过程中前轮有一个外倾角，由受力情况分析，车轮承受的重力只与支反力错开了一定距离，为了保持平衡，则产生了一个侧向力，称之为外倾侧向力。外倾角加大，外倾侧滑量也增大[1]，前轮异常磨损严重。前束正是为了抵消此外倾侧向力的作用而产生的，前轮由于前束而产生的侧向力正好与外倾侧向力方向相反。

通过分析前轮接地点运动轨迹、综合考虑轮胎特性和车辆结构参数，给出了以减少侧滑量为目标的外倾角与前束值合理匹配的计算公式：

式中：T为前束值，mm；L为轴距，mm；l为轮胎接地印记长度，mm；d为测量前束处的轮辋直径，mm；为前轮外倾角，rad；r为轮胎的滚动半径，mm。

假设轮胎为刚体的条件下，根据前轮外倾和前束的侧滑机理，当前轮同时具有外倾角和前束角时，车轮总的侧滑量（使滑板向内侧的侧滑量为正，反之为负）可由下式确定，即：

式中：H为侧滑量，m/km；S1为外倾角引起的滑板侧滑距离，mm；S2为前束角引起的滑板侧滑距离，mm；L为滑板长度，m。

为使滑板侧滑方向与调整仪匹配，本文中规定滑板侧滑方向与（2）式中相反，即滑板向外侧的侧滑量为正，反之为负，外倾角引起的侧滑量为负，前束引起的侧滑量为正，公式（2）写为：

由上式可知：H=0，外倾角与前束角达到理想匹配状态，轮胎所受侧滑力为零，即侧滑量为零。

但是，在车辆实际行驶中还有诸如轮胎性能、滚阻、装配质量等影响前束的诸多不确定因素，所以在设计阶段不可能使二者达到上述理想的匹配状态。

2、力传感动态调整仪简介

前束的大小，是靠调整梯形拉杆的长短来确定的。调整前束有多种方法，大多都是在静态条件下将前束调整到设计值，调整的效果并不尽人意。目前广泛使用的在线动态调整是一个比较有效的方法。

动态调整设备结构简图如图1所示。

该设备利用滚筒2转动带动前轮1转动，滚筒代替了实际路面。利用力传感器4、6及位移传感器5、7检测力及位移的大小和方向。如果车轮前束不合适，则两侧滚筒分别受大小相等方向相反的两个侧向力作用，同时向内或向外移动，力传感器就会将此侧向力显现出来，定义力传感器6受拉力为正，受压力为负。

其优点是模拟车辆实际直线行驶状况，让所有影响侧滑的因素都显现出来并参与作用。使其作用结果通过前轮动态受力情况显示处理，调整方便快捷。

可通过调整转向横拉杆，得到一个调整的前束值，使车轮侧向力近接近于零。

3、基于动态调整仪的前束值分析

设计前束值往往只有1-3mm，由上述分析此值为设计经过理论以及经验计算得出，假设车桥生产时可以精确调整到设计值，但是受整车各相关零部件公差以及装配公差的影响，在多种变量作用的情况下也并非是最佳前束值。

根据设计经验，某车型前轮前束值 T=（2.5±1）mm，前轮外倾角 为0.5°。

3.1前束为设计值时前轮侧滑量分析

按照设计规定参数，在前桥装配时对前束值进行了静态调整，使之符合设计要求。这些静态合格的前桥在车辆装配下线后通过力传感动态调整仪将一桥、二桥同步差调整合格后采集侧滑量。通过采集2000辆份车辆的侧滑量，检测过程符合GB7258-1997的规定[3]，在±3m/km内为合格所得数据统计如图2所示：

由图可以看出：两前桥侧滑量在1m/km附近，且数据不集中；相比一桥，二桥侧滑量分布区域更分散。

造成此现象的原因主要有两个：一是前束设计值与外倾角匹配较差，尤其是二桥，也进一步解释了在实际使用中二桥出现早期异常磨损的概率和严重程度比一桥大的原因；二是设计时对轮胎性能、转向零部件精度及装配质量等因素对侧滑的影响考虑不够，零部件、装配精度误差超出了设计考虑范围，对侧滑产生了不可预知的影响。

3.2前束值优化

假设轮胎为刚性，则其在前束影响下受侧倾力如图3所示：

由图可知：路面对转向轮的滚动阻力F会使每个前轮产生横向的附加内倾力：

式中：γ为前束角；f为摩擦系数；F1为前轮垂直载荷。

为了得出更符合车辆实际行驶情况的前轮前束值，就需要在整车装配完成后，在动态调整仪上模拟车辆直线行驶的条件对其前束进行动态调整，使所有影响定位性能的因素都参与作用。调整到前轮所受侧滑力趋近于零，即达到前束和外倾角的最佳匹配状态。

由于实验车辆侧滑量检测数值多数分布在0点值右侧，分布比较分散且数值偏大。根据公式（3）、（4）可知是因前束偏大而引起的侧滑量相对偏大，要使两者匹配，需减小前束角即减小前束值。考虑到满载时前轮外倾角会减小，而前束不会变化，由公式（3）可知此时前轮侧滑量将增大，但是车桥设计中一个重要的要求就是满载空载定位变化尽可能小，所以满载时侧滑量的变化可以忽略。

通过对批量车辆下线经过规定里程磨合后，在动态调整设备上调整转向横拉杆，将一、二桥侧滑量调整到0±0.5范围内。调整完成后测量前束值，取平均值得到该前桥最佳前束值。

按照优化后的前束值调整前桥前束，并对下线后的车辆侧滑量进行统计分析。若侧滑量集中分布在0附近，则说明该前桥优化后的前束值与外倾角是比较理想的匹配状态。即便这个前束值不是理论最佳值，但是此状态反映了在其它因素参与下的前轮定位及行驶性能，对车辆有实际意义。

按照此方法用动态调整仪能够对不同吨位前桥前束设计值进行优化，弥补前桥车轮及转向系各零件的精度和装配误差对车辆侧滑量的影响。将调整后的前束值带入经验公式反解，即可对设计经验公式进行优化，得到更优的经验公式系数，以便在后续设计中及时修正前束设计值。

4、结论

经过力传感动态调整仪对双前轴重型卡车前轮动态受力情况的分析，对车辆前束设计值进行了修正，相比ADAMS/ CAR仿真方法，力传感动态调整仪更接近车辆实际行驶状态，对车辆前束值设计有着实际的指导意义。

文章所测均为模拟车辆空载直行条件下侧滑量，车辆在满载时的侧滑量仍需做进一步的验证。

[1] 安相璧,白云川,陈成法.车轮外倾与前束对转向轮侧滑的影响分析[J].军事交通学院学报,2009,11(04):57-60.

[2] 马骏,钱立军.前轮定位参数优化设计和试验的研究[J].汽车工程,2014,36(02):231-242.

[3] 王建强,苏建,贾正锐,李克强.汽车车轮侧滑量检测存在问题及对策研究[J].汽车技术,2004,(07):30-32.

[4] 王润琪,周永军,尹鹏.汽车前轮定位及回正力矩和转向力的计算[J].湖南科技大学学报,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

魏渊，就职于陕西重型汽车有限公司汽车总装配厂。