CN104742968B - 一种双前桥商用车前束与外倾角匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双前桥商用车前束与外倾角匹配方法，其特征是依据由一桥车轮外倾产生的滚锥半径与一桥车轮滚动半径相等，由二桥车轮外倾产生的滚锥半径与二桥车轮滚动半径相等，建立一桥车轮外倾角与二桥车轮外倾角的几何关系；为满足车轮作无侧滑滚动，通过满足车轮由外倾引起的轮胎接地印记与由前束引起的轮胎接地印记相等，且等于轮胎实际接地印迹，分别建立一桥车轮前束与外倾角的关系和二桥车轮前束与外倾角的关系；给定一桥车轮外倾角计算得到与之匹配的一桥车轮前束、二桥车轮外倾角和二桥车轮前束。本发明以简单有效的方式获得精度较高的理论解析值，用于指导双前桥车辆前束与外倾角的设计与调校。

Description

一种双前桥商用车前束与外倾角匹配方法

技术领域

本发明属于汽车设计技术领域，更具体地说是涉及一种双前桥商用车前束与外倾角匹配方法。

背景技术

双前桥商用车前桥构造及转向杆系较为复杂，针对普通单桥车辆前轮定位参数的匹配方法无法直接应用于双前桥商用车。前束与外倾角是重要的车轮定位参数，前束与外倾角设计不合理会造成车辆行驶时前轮侧滑严重，直接影响到整车的行驶稳定性和轮胎的使用寿命，对车辆的燃油经济性亦有不利影响。

因此，为提高整车的行驶稳定性、减少轮胎磨损，对双前桥商用车前束与外倾角进行合理匹配是十分必要和有价值的。现有技术中对双前桥商用车前束与外倾角的匹配主要依靠经验与试验相结合的方法，该方法由于没有理论解析值作为指导，往往需要耗费大量的时间和精力，给双前桥车辆的开发带来了一系列麻烦，且很难最终寻得一组较优值，造成车辆上市后问题突出且始终无法解决的不良局面。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种双前桥商用车前束与外倾角匹配方法，以期通过简单有效的方式，获得精度较高的前束和外倾角的理论解析值，从而有效指导双前桥车辆前束与外倾角的设计与调校。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明双前桥商用车前束与外倾角匹配方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、由式(1)建立一桥车轮外倾角γ₁与二桥车轮外倾角γ₂的几何关系；

式(1)中，r₁为一桥车轮的滚动半径，r₁＝D₁/2-G₁/6K_Z1，

r₂为二桥车轮的滚动半径，r₂＝D₂/2-G₂/6K_Z2，

其中：D₁为一桥轮胎无载荷状态下的直径，G₁为一桥轴荷，K_Z1为一桥轮胎径向刚度；D₂为二桥轮胎无载荷状态下的直径，G₂为二桥轴荷，K_Z2为二桥轮胎径向刚度；

步骤2、由式(4)建立一桥车轮前束T₁与一桥车轮外倾角γ₁的关系；

式(4)中，L为一桥与三桥的间距，d₁为一桥轮胎轮辋直径；l₁为一桥轮胎实际接地印迹；

由式(5)获得一桥轮胎实际接地印迹l₁：

式(5)中：

其中C₁为一桥轮胎系数,B₁为一桥轮胎断面宽度,P₁为一桥轮胎胎压，K₁＝0.0015B₁+0.42；

步骤3、由式(6)建立二桥车轮前束T₂与二桥车轮外倾角γ₂的关系；

式(6)中，L₂为二桥与三桥的间距，d₂为二桥轮胎轮辋直径，l₂为二桥轮胎实际接地印迹；

由式(7)获得二桥轮胎实际接地印迹l₂：

式(7)中，

其中C₂为二桥轮胎系数,B₂为二桥轮胎断面宽度,P₂为二桥轮胎胎压，K₂＝0.0015B₂+0.42；

步骤4、给定一桥车轮外倾角γ₁，按式(1)计算获得二桥车轮外倾角γ₂，按式(4)计算获得一桥车轮前束T₁；再由(7)计算获得二桥车轮前束T₂，完成一次匹配。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明通过建立一桥车轮外倾角与二桥车轮外倾角的关系、一桥车轮前束与一桥外倾角的关系以及二桥车轮前束与二桥车轮外倾角的关系，实现了已知一桥车轮外倾角迅速精确求解一桥车轮前束、二桥车轮外倾角和二桥车轮前束的效果。

2、本发明所采用的匹配公式推导所用理论成熟，一桥车轮外倾角与二桥车轮外倾角间关系的推导基于轮胎磨损最小，一桥车轮前束与一桥外倾角间关系以及二桥车轮前束与二桥车轮外倾角间关系的推导基于轮胎纯滚动时无侧滑，保证了匹配所得结果的有效性。

3、本发明所述的匹配方法针对具有两个转向桥和一个驱动桥的重型双前桥商用车，首先建立了一桥与二桥间车轮外倾角的关系，其次分别建立了一桥和二桥车轮的外倾角和前束的关系。该方法亦可扩展至具有两个转向桥和两个后桥的四桥商用车，匹配时只需把两个后桥等效成位于两者中间的一个驱动桥即可。

附图说明

图1为一桥车轮外倾滚动示意图；

图2为车辆转向示意图；

图3为一桥车轮前束与外倾角匹配示意图；

图4为一桥车轮侧滑角对比图；

图5为二桥车轮侧滑角对比图；

图中标号：1一桥，2二桥，3三桥，4车辆纵向对称面，5匹配前所对应的一桥左侧车轮侧滑角，6匹配后所对应的一桥左侧车轮侧滑角，7匹配前所对应的一桥右侧车轮侧滑角，8匹配后所对应的一桥右侧车轮侧滑角，9匹配前所对应的二桥左侧车轮侧滑角，10匹配后所对应的二桥左侧车轮侧滑角，11匹配前所对应的二桥右侧车轮侧滑角，12匹配后所对应的二桥右侧车轮侧滑角。

具体实施方式

本实施例针对重型双前桥商用车，共有三个车桥，如图2所示，其中一桥1和二桥2都为转向桥，三桥3为驱动桥。

本实施例中双前桥商用车前束与外倾角匹配方法按如下步骤进行：

步骤1、如图1所示，由于一桥车轮外倾角γ₁的存在，车轮在地面发生纯滚动时，相当于绕过轮心且垂直于轮胎中分平面的中心线AB与地面的交点A作滚锥运动，滚锥半径为R₁。图2中，当一桥内侧车轮向左转过δ₁角度时，二桥内侧车轮向左转过δ₂角度时，车辆绕点O转动，一桥内侧车轮转动半径为ρ₁，二桥内侧车轮转动半径为ρ₂。为使轮胎磨损最小，需满足一桥内侧车轮的滚锥半径等于其滚动半径ρ₁，二桥内侧车轮的滚锥半径等于其滚动半径ρ₂。由式(1)建立一桥车轮外倾角γ₁与二桥车轮外倾角γ₂的几何关系；

式(1)中，r₁为一桥车轮的滚动半径，r₁＝D₁/2-G₁/6K_Z1，

r₂为二桥车轮的滚动半径，r₂＝D₂/2-G₂/6K_Z2，

其中：D₁为一桥轮胎无载荷状态下的直径，G₁为一桥轴荷，K_Z1为一桥轮胎径向刚度；D₂为二桥轮胎无载荷状态下的直径，G₂为二桥轴荷，K_Z2为二桥轮胎径向刚度；

步骤2、图3给出了车辆纵向对称面4单侧车轮前束与外倾角匹配示意图，表示一桥车轮前束角。当一桥车轮沿路面发生纯滚动时，在车轮只具有前束而无外倾的条件下，△t时间内车轮以R₁'为半径绕O'点转过φ₁角，产生轮胎接地印记在车轮只具有外倾而无前束的条件下，△t时间内车轮以R₁为半径绕O点转过θ₁角，产生轮胎接地印记为了保证一桥车轮滚动时无侧滑，应满足由一桥车轮外倾引起的轮胎接地印迹与由一桥车轮前束引起的轮胎接地印迹相等，且等于一桥轮胎实际接地印迹l₁。由式(4)建立一桥车轮前束T₁与一桥车轮外倾角γ₁的关系；

式(4)中，L为一桥与三桥的间距，d₁为一桥轮胎轮辋直径；l₁为一桥轮胎实际接地印迹；

由式(5)获得一桥轮胎实际接地印迹l₁：

式(5)中：

其中C₁为一桥轮胎系数,B₁为一桥轮胎断面宽度,P₁为一桥轮胎胎压，K₁＝0.0015B₁+0.42；

步骤3、为了保证二桥车轮无侧滑滚动，应满足由二桥车轮外倾引起的轮胎接地印迹与由二桥车轮前束引起的轮胎接地印迹相等，且等于轮胎实际接地印迹l₂。由式(6)建立二桥车轮前束T₂与二桥车轮外倾角γ₂的关系；

式(6)中，L₂为二桥与三桥的间距，d₂为二桥轮胎轮辋直径，l₂为二桥轮胎实际接地印迹；

由式(7)获得二桥轮胎实际接地印迹l₂：

式(7)中，

其中C₂为二桥轮胎系数,B₂为二桥轮胎断面宽度,P₂为二桥轮胎胎压，K₂＝0.0015B₂+0.42；

步骤4、给定一桥车轮外倾角γ₁，按式(1)计算获得二桥车轮外倾角γ₂，按式(4)计算获得一桥车轮前束T₁；再由(6)计算获得二桥车轮前束T₂，完成一次匹配。图4和图5分别为根据匹配所得结果，进行实车试验所得的一桥车轮侧滑角曲线和二桥车轮侧滑角曲线与未匹配所对应侧滑角曲线对比图。侧滑角是指车辆在直线行驶中由于车轮外倾和前束造成的车轮偏离直行方向的角度。由图4可以看出，匹配前所对应的一桥左侧车轮侧滑角5为0.48°，匹配后所对应的一桥左侧车轮侧滑角6减小到0.03°，匹配前所对应的一桥右侧车轮侧滑角7为-0.5°，匹配后所对应的一桥右侧车轮侧滑角8减小到-0.06°。由图5可以看出，匹配前所对应的二桥左侧车轮侧滑角9为0.52°，匹配后所对应的二桥左侧车轮侧滑角10减小到0.05°，匹配前所对应的二桥右侧车轮侧滑角11为-0.52°，匹配后所对应的二桥右侧车轮侧滑角12减小到-0.002°。实车试验结果表明本发明所述的匹配方法准确有效且精度较高。

Claims (1)

1.一种双前桥商用车前束与外倾角匹配方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、由式(1)建立一桥车轮外倾角γ₁与二桥车轮外倾角γ₂的几何关系；

$\frac{{\mathrm{\γ}}_1}{{\mathrm{\γ}}_2}=\frac{{\cos }^{-1}\left(r_1\right)}{{\cos }^{-1}\left(r_2\right)}---\left(1\right)$

式(1)中，r₁为一桥车轮的滚动半径，r₁＝D₁/2-G₁/6K_Z1，

r₂为二桥车轮的滚动半径，r₂＝D₂/2-G₂/6K_Z2，

其中：D₁为一桥轮胎无载荷状态下的直径，G₁为一桥轴荷，K_Z1为一桥轮胎径向刚度；D₂为二桥轮胎无载荷状态下的直径，G₂为二桥轴荷，K_Z2为二桥轮胎径向刚度；

步骤2、由式(4)建立一桥车轮前束T₁与一桥车轮外倾角γ₁的关系；

$T_1=\frac{12K_{Z1}{\mathrm{Ll}}_1{\mathrm{\γ}}_1{d}_1}{(4L+l_1)(3D_1{K}_{Z1}-G_1)}---\left(4\right)$

式(4)中，L为一桥与三桥的间距，d₁为一桥轮胎轮辋直径；l₁为一桥轮胎实际接地印迹；由式(5)获得一桥轮胎实际接地印迹l₁：

$l_1=2\sqrt{\left(D_1-{\mathrm{\Δ}}_1\right)}{\mathrm{\Δ}}_1---\left(5\right)$

式(5)中：Δ₁＝19.1C₁K₁(0.5G₁)^0.85/B₁ ^0.7D₁ ^0.45P₁ ^0.6；

其中C₁为一桥轮胎系数,B₁为一桥轮胎断面宽度,P₁为一桥轮胎胎压，K₁＝0.0015B₁+0.42；

步骤3、由式(6)建立二桥车轮前束T₂与二桥车轮外倾角γ₂的关系；

$T_2=\frac{12K_{Z2}{L}_2{l}_2{\mathrm{\γ}}_2{d}_2}{(4L_2+l_2)(3D_2{K}_{Z2}-G_2)}---\left(6\right)$

式(6)中，L₂为二桥与三桥的间距，d₂为二桥轮胎轮辋直径，l₂为二桥轮胎实际接地印迹；由式(7)获得二桥轮胎实际接地印迹l₂：

$l_2=2\sqrt{\left(D_2-{\mathrm{\Δ}}_2\right)}{\mathrm{\Δ}}_2---\left(7\right)$

式(7)中，Δ₂＝19.1C₂K₂(0.5G₂)^0.85/B₂ ^0.7D₂ ^0.45P₂ ^0.6；

其中C₂为二桥轮胎系数,B₂为二桥轮胎断面宽度,P₂为二桥轮胎胎压，K₂＝0.0015B₂+0.42；

步骤4、给定一桥车轮外倾角γ₁，按式(1)计算获得二桥车轮外倾角γ₂，按式(4)计算获得一桥车轮前束T₁；再由式(6)计算获得二桥车轮前束T₂，完成一次匹配。