浅析商用车转向回正性影响因素

王印，孙彦兴，宋鹏成，黄森

（陕西汽车控股集团有限责任公司技术中心，陕西 西安 710200）

前言

整车设计对转向系统的基本要求是：转向轻便性、反应灵敏性、自动回正性、抗逆向冲击性以及安全性，转向回正性能在商用车操纵稳定性中占据重要地位，直接影响整车行驶安全。

1 转向回正概念

汽车从曲线行驶自行恢复到直线行驶的过度过程与能力称为转向回正性能。动力转向必须具备自动回正的功能当完成转弯动作后，在车轮回正力矩的作用下，转向盘能自动返回到直线行驶位置。

2 转向回正性能分析

转弯时，应保证车轮回正力矩Mw应大于系统的总转动阻力矩MR，这样能够实现转向回正。即：Mw＞MR，前轮转向后开始回正时Mw＞MR，随着轮胎侧偏角的减小，由侧偏力产生的回正力矩也逐渐减小，同时由前桥位能产生的回正力矩也随着前轮转角的减小而减小，直到前轮总回正力矩与总回正阻力矩相平衡时，转向轮停止回正。

2.1 车轮回正力矩Mw与下列因素有关

○转弯车速；

○主销后倾角；

○车轮外倾角；

○主销内倾角；

○前轴载荷。

2.2 系统的总转动阻力矩MR包含有

○转向横拉杆球头的当量转动阻力矩；

○路面对轮胎的阻力矩；

○转向器回正阻力矩；

○转向柱内、外相关零部件的当量转动阻力矩；

○前轮绕主销回正时，主销的上下衬套摩擦阻力矩；

○方向盘转动惯量产生的当量转动阻力矩；

2.3 影响转向回正性能的故障数分析及末端因素分布图

图1 故障数分析

图2 末端因素分布图

3 转向回正能力评价标准

GB/T 6323.4 《汽车操纵稳定性试验方法》规定了转向回正性能实验的方法，根据稳定时间（回正时间）及残余横摆角速度，横摆角速度超调量，自然频率，相对阻尼系数、横摆角总方差等来评价汽车的回正性能，该方法可操作性较困难。

为了更加直接评价转向回正性能，可通过采用残留角的大小对转向回正性能好坏的评价方法进行试验。

图3

4 影响商用车转向回正性差的原因分析

4.1 主销内倾角小

主销内倾提供回正力是依靠转向时将车辆前部稍稍抬起，利用重力势能的释放来使车轮自动回位。回正力矩与主销内倾角的关系如下：

其中 G1前桥垂直载荷，β主销内倾角，δ前轮转向角，q转向节节点到前轮安装中心平面之间的距离

4.2 主销后倾角小

主销后倾提供的回正力矩可按下式计算：

主销后倾角越大，主销纵向倾移距也越大，方向稳定性越好，自动回正作用也越强。

4.3 转向机构传动比设计不合理

转向轮产生的回正力矩经前桥弯臂、直拉杆、垂臂传递到转向器，如果传递的回正力被减小过多，无法推动转向器，也会出现回正性差问题。传动比越小，传递到转向器的回正力矩越大。

4.4 前桥实际轴荷小于理论设计轴荷

4.5 液压助力阻力矩大

由于中重型商用车都匹配液压助力转向系统，液压阻尼会产生的阻力矩，会降低汽车的回正性能，可通过测量转向器总成的循环压力（进出油口的压力差）来衡量液压动力转向系统的背压，一般要求循环压力不大于0.7MPa。

4.6 转向节与工字梁拳头轴向间隙小

轴向间隙越小，转动阻力越大。转向节与工字梁拳头轴向间隙是通过调整垫片来控制，一般主机厂通过调整垫片控制轴向间隙在0.1mm左右。

4.7 主销衬套润滑油不够，摩擦阻力大

如果主销润滑油不能填满主销衬套，会增大转向节与主销的摩擦力。

4.8 拉杆球销摆动和转动力矩大

一般商用车转向拉杆设计要求球销旋转力矩和摆动力矩在1.5N.m～6 N.m范围内，如果球销的摆动和转动力矩过大会阻碍转向回正力，故需要保证车辆拉杆球销转动灵活，无明显卡滞现象。

4.9 转向器输出输入特性迟滞

在转向器输出输入特性迟滞较大的情况下，转动方向盘以及转向回正时，输出力矩回到零所需时间长，造成转向回正不好。根据转向器输出输入特性曲线，转向器回正时存在迟滞。根据QC/T 529中关于回正性能试验的方法，在转向器输出端施加最大输出扭矩 8%的力矩，分别测量从两个极限位置回到中间位置的时间，一般要求回正时间要小于6s。

4.10 转向器回正阻力大

转向器回正阻力大影响转向系统回正力，可通过弹簧测力计拉动转向器垂臂来衡量转向器内部阻力。

4.11 转向管柱空载转动力矩大

转向管柱空载转动力矩大，造成转向阻力矩大，影响转向回正性能。

4.12 车轮外倾角：车轮侧偏力产生的回正力矩：

在车轮具有小外倾角时轮胎的侧偏力 F1近似与外倾角γ呈线性关系。

5 结束语

提高车辆的回正性能，可以从两个方面进行考虑：一方面提高转向回正力矩；另一方面可以减小前桥转向系统的回正阻力矩。可根据残留角的大小评价转向回正性能，在车速一定的情况下，残留角越小，转向回正性能越好，反之，残留角越大，转向回正性能越差。由于残留角试验方法具有试验场地小，试验仪器少，操作简单，使用方便，实验数据重复性好，很适合作为检验汽车转向回正性能的手段。文章从影响商用车转向回正性能的基本影响因素出发，所涉及的分析方法及思路对类似问题的解决具有一定的借鉴作用。