史為成

摘 要：針對某中型4×2載貨車空車到裝滿貨物后方向盤自動偏轉(zhuǎn)的問題，文章從轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)與前懸架系統(tǒng)運動協(xié)調(diào)性的角度進行分析，分別借助作圖法和ADAMS軟件對轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)與前懸架系統(tǒng)之間運動干涉量進行計算分析，并提出具體的優(yōu)化改進措施，解決整車加載過程中方向盤偏轉(zhuǎn)的問題。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系統(tǒng);前懸架系統(tǒng);運動干涉;分析;改進

中圖分類號：U462 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）06-115-03

Abstract： Aiming at the problem that the steering wheel is automatically deflected when a medium-sized 4×2 truck is loaded with goods， this paper analyzes the coordination between the steering system and the front suspension system. By means of the mapping method and ADAMS software， Driving system and the front suspension system， and puts forward some concrete optimization and improvement measures to solve the problem of steering wheel deflection during vehicle loading.

Keywords： Steering system; Front suspension system; Motion interference; Analysis; Improvement

CLC NO.： U462 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）06-115-03

1 前言

某中型4×2載貨車市場反饋空車到裝滿貨物后方向盤發(fā)生自動偏轉(zhuǎn)的問題，最大偏轉(zhuǎn)角度達20°，方向盤自動偏轉(zhuǎn)阻擋了駕駛員觀察儀表盤的視野，影響了駕駛的舒適性。另一方面，當(dāng)汽車經(jīng)過顛簸路面時，方向盤產(chǎn)生異常擺動，甚至發(fā)生打手的現(xiàn)象，影響了駕駛的安全性。針對該問題，從理論設(shè)計的角度筆者采用作圖法和ADMAS運動仿真的方法對前懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)的運動過程進行了模擬，計算出了空車到裝滿貨物后方向盤的偏轉(zhuǎn)角度，并且提出了具體的優(yōu)化改進措施，經(jīng)過計算分析和加載試驗，優(yōu)化改進后該問題得以徹底解決。所涉及的車輛基本配置如下表1。

2 原因分析

汽車從空車到裝滿貨物的過程中，前軸載荷逐漸增大，前懸架鋼板彈簧弧高逐漸變小，而轉(zhuǎn)向節(jié)彎臂與縱拉桿的鉸接點（球銷中心A1）一方面隨著鋼板彈簧主片中心C所決定的軌跡JJ'運動，同時又繞著縱拉桿另一端B1點擺動，其擺動軌跡KK'。由于轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)零部件空間布置的限制，導(dǎo)致運動軌跡JJ'和運動軌跡KK'不一致，其兩者運動的差值即為轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)與前懸架系統(tǒng)的運動干涉量。汽車在空車到裝滿貨物的過程中，如該干涉量過大，勢必會導(dǎo)致轉(zhuǎn)向垂臂擺動一個角度，直接會傳遞到方向盤上，使方向盤偏轉(zhuǎn)一定的角度。如果其偏轉(zhuǎn)的角度超出轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的自由間隙，方向盤就會發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。下圖1為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)的運動模型。

3 現(xiàn)有轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)干涉量校核

該車實際使用過程中，空車前軸軸荷3t，裝滿貨物后（滿載）前軸載荷6t，以下校核過程均以實際使用時的前軸載荷為依據(jù)。下表2、3為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與前懸架系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)。

3.1 根據(jù)汽車設(shè)計手冊中的作圖法計算

根據(jù)轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)及前懸架系統(tǒng)各個元件在整車上的布置關(guān)系，在UG草圖環(huán)境中確定出轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)各個關(guān)鍵點坐標，并按汽車設(shè)計手冊所描述的方法繪制出運動干涉量圖，其校核結(jié)果如圖2所示。

計算結(jié)果顯示，從空載到滿載懸架運動過程中，運動干涉量最大θ0為4.2mm，垂臂長度L1為195mm，導(dǎo)致垂臂的擺動角度 ?=1.23°，忽略轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)傳動間隙，方向盤轉(zhuǎn)動的角度θ=θ1i=1.23°×20.48=25.2°。

由以上計算結(jié)果可以看出，車輛空車狀態(tài)到裝滿貨物（滿載）的過程中，前懸架弧高變化35mm，方向盤偏轉(zhuǎn)25.2°。

3.2 運用ADAMS運動仿真方法進行計算

在ADAMS環(huán)境中建立轉(zhuǎn)向傳動系—前懸架運動學(xué)模型，對其在前懸架跳動工況下進行運動仿真分析?？哲嚕ㄇ拜S負荷3t）到滿載（前軸負荷6t）跳動工況轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角度分析結(jié)果如下圖3所示。

由以上分析結(jié)果可以看出，車輛從空車到滿載過程中轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角度最大為η=1.2°，其轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)最大干涉量 ? =4.5mm，垂臂擺動角度 ? =1.33°，忽略轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)傳動間隙，方向盤轉(zhuǎn)動的角度 ?=1.33°×20.48=27.2°。

由以上計算結(jié)果可以看出，車輛空車狀態(tài)到裝滿貨物（滿載）的過程中，方向盤偏轉(zhuǎn)27.2°。

3.3 現(xiàn)有轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)干涉量校核結(jié)論

為了避免單獨使用一種計算方法帶來的計算誤差，取兩種計算方法所求得結(jié)果的平均值作為最終的計算結(jié)果，即該車輛從空載（前軸負荷3t）到滿載（前軸負荷6t）工況的過程中，方向盤偏轉(zhuǎn)角度 ? =26.2°

通過以上計算分析可以看出，轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)干涉量過大是導(dǎo)致方向盤從空車到滿載過程中自動偏轉(zhuǎn)的主要原因。

4 轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)干涉量優(yōu)化改進

轉(zhuǎn)向節(jié)彎臂與縱拉桿的鉸接點A1與轉(zhuǎn)向垂臂縱拉桿的鉸接點B1兩者的相對位置是影響系統(tǒng)干涉量的主要因素，本文在現(xiàn)有車型平臺的基礎(chǔ)上，對A1與B1兩者之間的相對位置進行調(diào)整，以減小系統(tǒng)的干涉量，消除方向盤的偏轉(zhuǎn)問題。

根據(jù)3.1中所述的作圖法作圖的結(jié)果可以看出，降低B1的位置有利于減小系統(tǒng)干涉量。為了解決現(xiàn)有問題，同時避免系統(tǒng)各個零部件之間運動過程總不會存在干涉問題。使B1點的位置降低60mm。

4.1 運用ADAMS運動仿真方法進行校核

根據(jù)以上優(yōu)化改進方案，在ADAMS環(huán)境中建立轉(zhuǎn)向傳動系—前懸架運動學(xué)模型，對其在前懸架跳動工況下進行運動仿真分析?？哲嚕ㄇ拜S負荷3t）到滿載（前軸負荷6t）跳動工況轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角度優(yōu)化改進前后分析結(jié)果如下圖4所示。

由以上仿真分析結(jié)果可知，優(yōu)化改進后，轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角值明顯降低，左前輪偏轉(zhuǎn)角度即轉(zhuǎn)向與懸架系統(tǒng)的干涉量保持在一個相對較小的區(qū)域中，左前輪最大偏轉(zhuǎn)角度η'為0.28°，其轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)最大干涉量 ?= 1.1，垂臂擺動角度 ? =0.31°;忽略轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)傳動間隙，方向盤轉(zhuǎn)動的角度 =0.31°×20.48=6.3°

4.2 優(yōu)化改進后效果分析

通過以上計算分析可知，優(yōu)化改進后車輛在空車到滿載的過程中轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)干涉量明顯降低。優(yōu)化前后在空車到滿載的過程中方向盤偏轉(zhuǎn)角度等各參數(shù)對比情況見表4所示：

由以上理論計算結(jié)果對比分析可知，優(yōu)化改進后在空車到滿載的過程中方向盤偏轉(zhuǎn)角度為0°，方向盤自動偏轉(zhuǎn)問題得以解決。

5 試驗驗證

在優(yōu)化改進工作完成后，進行了樣車的裝車及加載試驗，并對空載（前軸負荷3t）到滿載（前軸負荷6t）加載過程中方向盤偏轉(zhuǎn)情況進行了測量，在加載過程中對方向盤偏轉(zhuǎn)角度進行測量，加載試驗過程中方向盤未發(fā)生偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象。從而，優(yōu)化后空車到滿載過程中方向盤偏轉(zhuǎn)問題得以徹底解決。

6 結(jié)束語

本文針對某中型載貨車空車到裝滿貨物后方向盤發(fā)生自動偏轉(zhuǎn)的問題進行了詳細的理論計算分析，提出了方向盤自動偏轉(zhuǎn)問題的主要原因，制定了優(yōu)化改進措施，通過優(yōu)化轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)的運動干涉量，使問題徹底解決，試驗驗證效果良好，消除了車輛行駛的安全隱患。該文所及方法和結(jié)論對類似問題的解決具有一定的借鑒作用。

參考文獻

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