[doc] 前轮定位角对汽车转向回正作用的影响

[doc] 前轮定位角对汽车转向回正作用的影响 前轮定位角对汽车转向回正作用的影响 2003年(第25卷)第2期 汽车工程 AutomotiveEngineering2003(vd.25)No.2 前轮定位角对汽车转向回正作用的影响 薛立军 (哈飞汽车制造有限公司,哈尔滨150060) 2003047 [摘要】利用数学方法,通过将前悬挂系统简化为相关杆系,论述了车轮外倾角,主销内倾角和后倾角以及转 向轮转角改变时对汽车转向回正作用的影响,并求出了使汽车具有转向回正作用时,上述有关角度之间的数学关 系. 叙词:汽车.前轮定位.转向回正 TheEffectofFrontWheelAlignmentontheSteering ReturnabilityofaVehicle XueLUun MotorCo.Lid.,Harb/n150060 [Abstract]Inthepaper,bysimplifyingthefrontsuspensionintoaninterrelated linkagesystem,theeffect ofcamber,caster,kingpininclinationandsteeringwheelangleonsteeringretu rnabilityofavehicleisdiscussedin detail.Andithasbeenfoundthatcertainrelationshipamongabove-mentione dparameterswillmakevehiclehave thebeststeeringreturnability. Keywords:Automobile,Frontwheelalignment,Steeringreturnability 1引言 汽车的前轮定位是指前轮,悬架系统元件及转 向系元件安装到车架(或车身)上的几何角度和尺寸 须符合一定的要求,保证汽车直线行驶的稳定性,转 向轻便性及良好的转向回正性,同时减少轮胎的偏 磨损和机件的磨损…1.其内容包括车轮外倾(角 a),主销内倾(角B),主销后倾(角7)和车轮前束等. 随汽车工业和技术的发展,传统的前轮定位角的取 值范围有了较大的变化,甚至出现了与传统取值相 反的负值.此文用数学的方法,对前轮定位角对汽 车转向回正作用的影响进行分析. 2模型的建立与基础分析 设主销后倾角7=0.以右前转向轮为例,将主 销,前轮及有关部件简化成如图1所示的平面杆系 ABCD.卢为主销内倾角,口为车轮外倾角,AB为主 销轴线,D为转向轮中心,B为主销轴线延长线与地 面交点,C为轮胎接地点,BC为主销偏移距,用字母 c表示,DC为车轮半径r. y 图1简化杆系 转向回正作用的机理是:当车轮由原来的位置 CD经转?后转到C,D时(即DAD=?),因主销 向内倾斜,转向轮接地点C转到C点后将陷到路面 以下某处,但事实上是不可能的.汽车前部只能向上 原稿收到日期为2002年6月4日.修改稿收到日期为2002年8月 13日. 2003年(第25卷)第2期汽车工程 抬起相应的高度,同时,悬架和轮胎被进一步压缩. 使这种趋势作为势能储存起来.一旦外力消失,储存 的势能得以释放,转向轮在汽车前部重力的作用下. 就试图恢复原来的直驶位置,使汽车自动回正[2I. 可以看出.回正作用随轮胎接地点假想的下陷距离 的增大而增大.因此,只要在此杆系中,求出C点的 下陷距离随O.J,口,的变化关系即可.在图1中,已知 口,,DAD=,IDCI=r,设IADI=a,求证 如下. 过D做DM上AB于M,连MD,DD,同时做 CN上AB延长线于N,连NC,CC,则可知 DMD=CNC 在ADAD中 IDD12=IAD12+IAD12—2IADIlADIcosLDAD 口 2+a2—2a2cos =2a(1一COSta0) 在RtAAMD中,IADI=a,ADM= 则IMDI=acos 故IMDI=IMDI=acos~ 在ADMD中.设DMD=,则同时CNC=, ?BcI,=(IMD1+Ij?[),1一IDD”12)/2IMDIIj?[),I = [a2?s2p+a2cos2一2a(1一?s)]/ (2acos?acosp) = (coso.~一sin2f1)/cos2 由于C为前轮转过角 后的轮胎接地点的假想转移 点,那么.做CK上CN于K,则 K为C点到原杆系平面的投 影,再做KG上BC于G,KG的 长度即为假想的轮胎下陷距离 F.即求出KG的长度即可. 在ABCN中 图2偏转示意图 rsina—rcosatanfl lBCI=a— BCN= 则ICNI=IBCIcos = (口一rsina—rcosatanf1)cos~ 当NC经转转到NC时(见图2),可求 CKI=ICNI(1一COSr.~) = (a—rsina—rcosatanf1)cosfl(1一c0s) = (a—rsina—rcosatanf1)COSfl [1一(cos~一sin2f1)/cos2f1] = (口一rsina—rcosatariff)(1一o~)/cosp 而F(Ot,,)=IKGI =ICKIsinfl = (a—rsint/一rcosatanf1)tan~(1一o(】sc,’)(1) 分析式(1)可以看出(口一rsina—rcosatanf1) 实为主销偏移距C. 3具体论述 3.1Fl口.声.?)随?的变化情况 转向轮转角是在汽车行驶过程中的常见因素. 它与汽车的转向回正有着密切的联系.且在以下的 分析过程中,起着一定的基础作用.因此对其也进行 了论述. 式(1)中将口,p看作常数,考虑fat)的实际意义, 设co2>?l且fat)l,co2?(0,n/2) ?F((1’)=F(cl,2)一F(?1) = (a—rsina—rco~tanl3)tanl3 (cos~l—COSt~2)(2) 当车轮向相反方向偏转时,根据余弦函数的性 质可知,其结果与此同.考虑汽车转向的单一方向 性.有 (1)当C=0或p=0,即主销偏移距或主销内倾 角二者其中任何一个为零时,式(1)和式(2)恒等于 零.即汽车的转向回正性不随转向轮转角的变化而 变化. (2)当C>0,且p>0,即汽车的主销偏移距和主 销内倾角同时为正时,AF(?)>0.汽车的转向回正 性随转向轮转角的增大而增大. (3)当C>0,且p<0,即汽车具有正的主销偏 移距和负的主销内倾角时,AF(?)<0,汽车的转向 回正性随转向轮转角的增大而减小. (4)当C<0,且p>0,即汽车具有负的主销偏 移距和正的主销内倾角时,AF(?)<0,汽车的转向 回正性随转向轮转角的增大而减小. (5)当C<0,且p<0,即汽车的主销偏移距和 主销内倾角同时为负时,AF(?)>0.汽车的转向回 正性随转向轮转角的增大而增大. 3.2F(口..?)随口的变化情况 由式(1)可求 BF/Ba=(a—rcoscl+rsinatanl3)tanl3(1一cos~) = [a+rsin(a—arcsincos2~)]tanB(1一a嫩l’) (3) 从上述分析可知 (1)若p=0,则式(1)和式(3)恒等于零,即汽车 的转向回正性不随车轮外倾角的改变而改变. (2)若p>0,且口>arcsincos2p—arc’sin(a/r) 汽车工程2003年(第25卷)第2期 时,aF/>0,即汽车的转向回正性随车轮外倾角 的增大而增大. (3)若8>0,且a<arcsincos2/3一arcsin(n/r) 时,aF/3a<0,即汽车的转向回正性随车轮外倾角 的增大而减小. (4)若p<0,且a>arcsincos213一arcsin(n/r) 时,aF/,0,即汽车的转向回正性随车轮外倾角 的增大而减小. (5)若p<0,且a<arcsincos2~一arcsin(a/r) 时,aF/>0,即汽车的转向回正性随车轮外倾角 的增大而增大. 3.3FI口,,to)随的变化情况 式(1)可变化为 F(e,p,(1’)=[(a—rsine)ta邙一 rcosatan213](1一cosoJ)(4) 从式(4)中可以看出,(1一cl26~)项对文中所提 问题的讨论无影响,为简便起见,略去此项,有 F(p)=一rcosatan2~+(a—rsine)ta邙(5) 式(5)是一个以tara为自变量,F(B)为因变量 的二次函数.因r?恒大于零,可知此抛物线开 口向下,该函数取得极值的条件为 ta邙:(a—rsina)/2rcosa, 即8:arctan[(a—rsina)/2reosa](6) 或rcosatan~=c(7) 此时,F(p)?m=(a—rsine)/4rcosa.故有 (1)当p<arctan[(a—rsine)/2rcosa]或 roosata邙<c时,F(p)随p的增大而增大,即汽车的 转向回正性随主销内倾角的增大而增大. (2)当尽>arctan[(a—rsine)/2reosa]或 rcosatar~>c时,F(p)随p的增大而增大,即汽车的 转向回正性随主销内倾角的增大而减小. (3)需重点指出的是:当8=arctan[(a— rsina)/2rcosa]或rc0tan8=c时,汽车的转向回 正性最好. 4结论 通过模型的建立与分析,对前轮定位角对汽车 转向回正作用的影响进行了分析和论证.计算出了 使汽车具有最好的转向回正作用时,有关角度之间 的关系. 另外,分析了各角度为负值的有关情况.在实 际的生产和实践中,这种情况已经出现.例如,前轮 外倾为负,可以保证小汽车有良好的转弯性能,以利 于提高其行驶的安全性L4I. 参考文献 1吴植民.汽车构造.北京:人民交通出版社.1996 2余志生.汽车理论.北京:机械工业出版社.1994 3郎全栋.郎峥蝾.汽车前轮定位新说.汽车杂志.1996(1) (上接第159页) 越小,输出力越大.在实际运用中取一般在0.5mm 左右,太小会影响高速时的性能. 根据磁流变效应设计的磁流变液体阻尼器具有 结构紧凑,功耗低,阻尼力大,动态范围广,响应速度 快等特点,其阻尼力可通过调节外加电流来控制,在 汽车工程上有广泛的应用前景.从材料流变特性和 动力学,机械学,电磁学的角度出发建立了磁流阻尼 器的动力学模型,应用该模型可由磁流变阻尼器设 计参数得到其动力学特性曲线,模拟计算结果与试 验结果相接近.文中提供的磁流变阻尼器动态设计 方法可用于磁流变阻尼器设计并预测其性能,可以 用于磁流变阻尼器的控制. 参考文献 1MarkR.JoHy.JonathanW.Bender.andJ.DavidCarlson.Properties andApplicationofCommercialMagnto—rheologiealFluids.SPIE 5thAnnualInternationalSymposiumonSmartStructuresandMate— rials.Marchl5.1998.SanDiego 2TammySimon.MoadhagandComputationoftheOverallMagnetic PropertiesofMRFluids.36thInternationalContl-OlCordemee.1997 3JohnP.Coulter.KeithD.WeissandJ.DavidCarlson.Engineering ApplicationsofEleetro-rhedogiealMaterials.Jourr~ofIntelligent MaterialSystemandStructure.1993 4MateriaLsDivisionofLordCorporation.DataofMRF1uidMaterial SpecificationProvidedbyLordCorporationforRhenoneticMRF一 132LD