前轮定位参数对汽车前轮摆振的影响

第 卷第 期 年 月 南 京 林 业 大 学 学 报 自 然 科 学 版 , , 前轮定位参数对汽车前轮摆振的影响 闺永 军 , 陈 灵 , 陈 宁 南京林业 大 学机械 电子 工租 学院 , 江 苏 南京 摘 要 以 大客车为研 究对象 , 从指导汽车维修角度建立 了前轮 定位参数影响 作 用 的 汽 车前轮 摆振数学模型 , 以 前轮定位参数对汽车前轮摆振影响进行数值计算 。 路试和 汽 车修理 实践验 证 了研 究结 果的 正确 性 。 研 究 结 果对排除非独 立 悬架汽车前轮摆振故障具有指导作用 。 关扭词 前轮摆振 前轮定位 大客车 故障排除 中圈分类号 文献标识码 文章编号 一 一 一 一 , , 。 , , , , , 汽车前轮摆振是指汽车前轮绕主销的角振动 、 前桥绕汽车纵轴的角振动和汽车横 向运 动 的合成运 动 。 根据振动特性和现特性不同 , 汽车前轮摆振可分为强迫振动性质的高速摆振和 自激振动性质 的 低速摆振 〔’ · 。 汽车前轮的高速强迫振动是在汽车直线行驶过程 中 , 有一周期性 的激励力 或力矩 作 用在汽车的前轮上 , 使之产生绕主销的摆动 。 这种摆振主要 由车轮的失衡引起 。 汽车前轮的低速摆振 是 自激振动川 , 自激振动不需要周期性的外力驱动 , 就能靠系统 内各组成部分之间相互作用维持周期性 运动〔 〕, 一般认为汽车前轮的低速摆振是由弹性轮胎和地面的相互作用 , 即地面对胎体产生 的作用力和 回正力距引起的 ‘一‘ 」 。 影响前轮低速摆振的因素很多 , 前轮定位参数是其中最重要的因素之一 〔‘一 。 汽车前轮低速摆振虽然频率较低 , 但振幅常较大 , 可达 “ , 对汽车非常有害 。 为了控制此 类摆振 , 国内外科研人员在轮胎模 型 和汽车前轮摆振模 型方面取得 了很多具有理论 和 实用价值 的成 果〔‘ , ’ , 但多着眼于汽车 , 必须考虑整车结构和性能参数 , 数学模型十分复杂 。 笔者根据汽车前轮 定位参数在汽车使用过程中易发生变化 , 在汽车维修过程 中前轮定位参数可调 , 研究前轮定位参数对 以 板簧为弹性支撑元件的非独立悬挂大客车前轮摆振影响的规律 , 为汽车的使用和维修提供理论指导 。 收稿 日期 一 一 作者简介 阂水军 一 , 男 江苏宜兴人 , 南京林业大学机械电子工程学院副教授 , 东南大学博士生 。 一 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 年 总第 期 阂永军等 前轮定位参数对汽车前轮摆振的影响 数学模型 应用数学模型进行数值 计算是解决工程 问题的重要 手段之 一 。 在 文献 「 , 」汽车前轮摆振数学模 型的基础 几 , 根据大型客 车的结构和摆振特点 , 采用力学的力 一 法 , 建立前轮摆振数学模型 , 其力学模 型如图 所示 。 在建立汽车前轮摆振的数学模型时有如下考虑 摆振 系统 中的非线性环 节 如 于摩擦 、 间隙 及轮胎非线 性 等 进 行线性 化处 理 , 以 方便 数 学处 理 , 并突 出影响摆振的重点因素 。 考虑左 、 右前轮侧移 丫 , , , 悬架 以 上 部 分 质量绕轴线 侧倾摆 动 归 和 前 、 后 桥绕轴线 的侧倾摆动 协、 , , 汽 对 前轮摆振的影响 。 模型 中要考虑前轮定位参数对摆振的影响 。 对于主销后倾角 , 要考虑它对摆振 系统 的力学特性 和前轮几何特性的影响 对于前轮前束 与外倾角 , 只 考虑它们对摆振 系统 的力学特性 的影 响 , 不考虑 主 销内倾角对摆振的影响 。 回回回阅 阿阿刁广广一门门尸 气气尸 动动动 悬架以 耐 , 去‘ ‘ 万 性 工与俐 之 〕 一 。 黑二桨黔 图 大客 车前轮摆振 力学模型 只 一 一 一 一 、 一 轮胎力学模型不 仅要考虑轮胎 自身的特性 , 还需 考虑前轮定位角的影响 , 为此在计算前轮的侧 向力和 回正 力矩时 , 对 一 泛使用的酒 井秀男半经验型轮胎模型进行 了适 当的修正 和 补充 「 。 基 于 以 仁考虑 , 该摆振模 型 中共 有 个结构运 动广 义 坐 标 , 它 与左 、 右前轮轮胎 的侧 向力 凡 , , 凡 、 纵向力 、 , 丫、 , 和 回正 力矩 , , 模型一起 , 构成汽 车前轮摆振数学模型 其中 一 , , , 八 , , 九 , 沪, 凡 · , , 价 , 厂、 , 、 , , , , 中主要是 因车轮失衡 而产生 的对摆振 系统 的激励力 。 推导过程和 具体 表达式 见 文献 。 数值计算 数学模型的降阶 汽车前轮摆振数学模型 实际 几山 个二阶和 个一 阶 常 微 分 方 程 组 成 , 且左 、 右 前 轮 回 正 力 矩 , , 可用左 、 右前轮的侧向力 , 表示 , 左 、 右后轮 的侧 向 力表 达式相 同 污 。 因此 可 以 通 过 引人 个新 的变量进行 等价 变换 , 把原高 阶微 分 方 程组变换成由 个一阶方程组成的常微分方程组 。 计算软件 计算软件在 的编程环境下直接编程 , 在 程序中调用 , 考虑计算精度和计算 工作量 , 应 用 四阶龙格 一 库塔计算式构造的内部函数求解汽车 前轮摆 振 系 统 常 微 分 方 程 组 。 计算 完 成 后 , 利 用 绘制摆角幅值曲线图 。 其流程 见图 。 计算结果 根据所研究 大客 车的具体情 况 , 确定汽 车前 轮 摆振数学模 型 中的质 量参数 、 结构参数 和部 分刚 度 开 始 塑丝塑燮燮哗丝些卿卿燮 确定可变参数‘的上下限‘ 。 , 和‘ 、 步长增幅 △ , ‘ 设定车速犷的上下限 人 , 和肠 , 、 步 长增幅 △ 犷 , 犷 价 , 犷 价 △犷 调用龙格一库塔法求方程组的数值解 , 该车速下车轮摇振角的最大幅值 犷 犷, , 星石雨丽蔽蘸万二而丽 二 十 △ 否 即一是一束‘ 一一刊︸一结一厂 图 计算软件流程图 , 只 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 南 京 林 业 大 学 学 报 自 然 科 学 版 第 卷 第 期 参数 , 参考相关资料确定部分刚度参数和阻尼参数 。 在其他参数不变的情况下 , 分别改变主销后倾角 、 车轮前束角和车轮外倾角 , 由计算软件绘制出车轮摆角一 车速曲线 , 结果见图 。 利用数学模型对某旅游汽车公司某型大客车前轮摆振进行计算 , 知该型客车发生前轮摆振 的敏感 车速区域是 , 辆故障车在路试中前轮摆振严重的行驶车速都落在该车速范围 , 证明了建 立的数学模型的正确性 。 在故障排除过程中 , 通过调整前轮前束和主销后倾角排除了 辆汽车的前轮 摆振故障 , 另外 辆汽车的故障通过更换轮胎排除 , 进一步证明了研究结果的正确性 。 口 “ 主梢后倾角 车轮前束角 车轮外倾角 占 人 匕一 车速 腼 · 一‘ ‘ ‘ 盛一一 乙 车邃 一 , 车速 · 了了门了‘ ⋯⋯ ﹄叶阴 , 工甘写之甲。工硬软寨排 图 前轮定位参数对前轮摆角幅值的影响 结 论 主销后倾角 、 前轮前束角和前轮外倾角对汽车前轮摆振有重要影响 。 在其他相关参数不变的情 况下 , 汽车前轮的摆角随主销后倾角和前轮前束角的增大而增大 , 随车轮外倾角的增大而减小 。 汽车前轮摆振对前轮前束角的变化最为敏感 。 若非独立悬架汽车出现低速前轮摆振故障 , 维修时应首先从检测和调整前轮前束开始 , 在充分 考虑防止发生轮胎异常磨损和转向沉重的前提下 , 尽量将前轮前束和主销后倾角调至允许范围的下限 , 而将车轮外倾角调至上限 。 若汽车仅出现高速前轮摆振故障 , 则应着重进行车轮的动平衡 。 今 考 文 献 【 」管迪华 , 何泽民 , 肖田元 , 等 汽车转向轮振动的研究〔」汽车工程 , , 一 〔 」贺庆 中 汽车操纵轮的 自振 〔月 汽车技术 , , 一 」丁文镜 工程 中的 自激振动 〔 」长春 吉林教育出版社 , 一 【 余志生 汽车理论【 北京 机械工业出版社 , 一 」郭孔辉 轮胎动态侧偏特性对汽车摆振的影响【 」汽车技术 , , 一 」宋 健 , 管迪华 前轮定位参数与轮胎特性对前轮摆振的影响的研究【 汽车工程 , , 一 【 刘 青 , 郭孔辉 轮胎侧偏特性研究的特点及其发展〔 汽车技术 , , 一 〔 〕陈 舞 汽车前轮摆振的研究 〔 〕南京 南京林业大学 , 责任编择 李燕文 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net