CN112829831B - 一种具有前束值调整机构的车辆前桥总成 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有前束值调整机构的车辆前桥总成，属于车辆技术领域。包括前桥、一对车轮和前束值调整机构，前束值调整机构包括一对调整机构和直拉杆机构；一对调整机构的结构相同；调整机构包括电机、传动杆和齿轮；直拉杆机构包括花键轴和一对直拉杆；花键轴的两端分别设有齿条；直拉杆为空心管，花键轴的两端分别位于对应的直拉杆的一端内，一对直拉杆的另一端分别通过车前轴固定连接着前桥的两端；一对调整机构上的两个齿轮分别与花键轴两端的齿条啮合。本发明实现了车辆在行驶过程中动态的调整前束值的大小，且调整精准；解决了转向轮由于前束外倾不匹配而引起的异常磨损问题。
Description
技术领域
本发明属于车辆技术领域，具体涉及一种具有前束值调整机构的车辆前桥总成。
背景技术
所谓前束角，就是汽车静止时两转向轮的任意理论旋转平面在汽车前进方向有一夹角。车辆前束值是属于四轮定位参数中的一项，车辆行驶过程中由于车轮外倾角的作用会导致车轮异常磨损，前束值用来匹配外倾角保证汽车直线滚动，避免轮胎异常磨损。汽车行驶过程中，由于路况的改变、载荷的变化、轮胎胎压变化等诸多因素，会使得最初的前轮前束值与外倾角的匹配关系被打破。由于匹配关系被破坏，就会导致二者不能平衡，诱发轮胎异常磨损。
传统的前束值调整方法为静态调整，即在汽车静止时通过调整横拉杆两端接头的锁紧螺栓来使得横拉杆伸长或缩短，这种传统的方法很难保证两端调节量大小一致，无法实现前束值与外倾角合理匹配。
现有的前束值动态调整机构进行调整时需要测出侧向力的大小，因此需要特制的工作台来模拟车轮行进的真实过程。该技术需要工作人员在车下一边观察侧滑力一边调整。适合于汽车制造厂和汽车修理厂。
发明内容
为了实现在车辆行驶过程中能动态的调整前束值的大小，使得其与外倾角达到新的匹配关系，本发明提供一种具有前束值调整机构的车辆前桥总成。
一种具有前束值调整机构的车辆前桥总成包括前桥7和一对车轮1，还包括前束值调整机构，前束值调整机构包括一对调整机构和直拉杆机构；
一对调整机构的结构相同；所述调整机构包括电机10、传动杆9和齿轮5，所述传动杆9的一端通过电磁离合器18连接着电机10的输出轴；传动杆9的另一端通过万向节连接着齿轮5的轮轴；
所述直拉杆机构包括花键轴6和一对直拉杆3；所述花键轴6的两端分别设有齿条16；所述直拉杆3为空心管，花键轴6的两端分别位于对应的直拉杆3的一端内，一对直拉杆3的另一端分别通过车前轴2固定连接着前桥7的两端；
一对调整机构上的两个齿轮5分别与花键轴6两端的齿条16啮合；
花键轴6两端的齿条16上分别设有位移传感器20；一对车轮1上分别设有倾角传感器17。
进一步地具体技术方案如下：
所述齿条16和齿轮5的模数为1，配合移动精度为0.1mm。
所述花键轴6两端的齿条齿轮配合处外部分别套设有保护套4。
所述电机10为步进电机。
一对调整机构上的两个电机10分别固定设于车辆的车架上。
所述齿轮齿条上套设有保护套4，防止行进过程中由于振荡导致齿轮齿条失去啮合。
本发明的有益技术效果体现在以下的方面：
1.本发明能够实现车辆在行驶过程中动态的调整前束值的大小，本发明利用前束外倾匹配公式直接控制电机进行调整，不需要特制的工作台、不需要工作人员来操作，且调整精准，不需要停车调整；避免了传统调整方法需要停车手工调节，解决了转向轮由于前束外倾不匹配而引起的异常磨损问题。
2.前轮前束值外倾角能精准匹配，实现调节的精准性。
3.本发明可以精确的控制前束值的调整大小。汽车行进过程中外倾角发生变化，倾角传感器检测到变化值经过控制器发送信号到步进电机，步进电机工作调整前束值，从而达到动态调整前束值。前束外倾通过匹配公式能够实现调节的精准性。当调整值达到前束外倾匹配值后，电磁离合器阻断步进电机动力传输，从而使得本发明能够精准控制前束值调整大小。
实验数据如下：
实例验证我们选用1026型皮卡模型
表格1、计算前束值所需要的1026型皮卡数据
其中，1026型皮卡的数据：d为轮辋直径、L为轴距、r为轮胎的滚动半径、γ为外倾角、l为轮胎接地面积的长度、D为轮胎直径、C和K为系数、G1为前轴的负载、b为轮胎截面宽度、p为胎压、kγ为轮胎外倾刚度、kα为前轮的转向刚度。
(1)计算轮胎接地面积的长度：将表格中的数据代入公式3得前轴垂直载荷对转向轮胎径向变形的影响
(2)将得出的结果代入公式2得轮胎接地面积的长度
(3)计算前束值
(γ＝1°)：当外倾角γ＝1°和偏离角α＝0.06°时，将所得结果和表格1的数据代入公式1得前束值
(γ＝2°)：当外倾角γ＝2°和偏离角α＝0.06°时，将所得结果和表格1的数据代入公式1得前束值
计算结果显示，当外倾为1时，所对应的前束值为1.89；当外倾为2时，所对应的前束值为4.17。
(4)计算横拉杆调整长度：车前轴长度取174.8，当外倾角从1°增大到2°时，横拉杆所需调整长度根据公式5得
由上可知，当外倾角从1°增大到2°时，步进电机调整横拉杆长度为0.57mm.
附图说明
图1为前桥结构示意图；
图2为横拉杆调整前的前轮前束角度的示意图；
图3为横拉杆调整后的前轮前束角度的示意图；
图4为本发明电控机构示意图；
图5为本发明使用状态图。
上图中序号：车轮1、车前轴2、直拉杆3、防跳动保护套4、齿轮5、花键轴6、前桥7、万向节8、传动轴9、步进电机10、车架11、减震弹簧12、车前横梁13、车后横梁14、后桥15、齿条16、倾角传感器17、电磁离合器18、控制器19、Mr位移传感器20。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。
参见图1，一种具有前束值调整机构的车辆前桥总成包括前桥7和一对车轮1，还包括前束值调整机构。前束值调整机构包括一对调整机构和直拉杆机构。
参见图1和图2，一对调整机构的结构相同。调整机构包括电机10、传动杆9和齿轮5；电机10为步进电机。传动杆9的一端通过电磁离合器18连接着电机10的输出轴；传动杆9的另一端通过万向节连接着齿轮5的轮轴。
直拉杆机构包括花键轴6和一对直拉杆3。花键轴6的两端分别设有齿条16。直拉杆3为空心管，花键轴6的两端分别位于对应的直拉杆3的一端内，一对直拉杆3的另一端分别通过车前轴2固定连接着前桥7的两端。
一对调整机构上的两个齿轮5分别与花键轴6两端的齿条16啮合；齿条16和齿轮5的模数为1，配合移动精度为0.1mm。花键轴6两端的齿轮齿条配合处套设装有保护套4，防止行进过程中由于振荡导致齿轮齿条失去啮合。
花键轴6两端的齿条16上分别固定安装有位移传感器20；一对车轮1上分别设有倾角传感器17。
参见图5，使用时，一对调整机构上的两个电机10分别固定安装于车辆的车架11上。
本发明的工作原理详细说明如下：
(1)车辆行驶过程中，当倾角传感器17检测到车轮外倾角变大时，将电信号传送至控制器19，控制器19进行内部计算前束值相对应的变化量以及步进电机10输出力的大小，将信号传送至步进电机10，步进电机10输出力，左侧齿轮开始在力的作用下顺时针旋转，带动齿条向左移动；右侧车轮开始在力的作用下逆时针旋转，带动齿条向右移动，实现增大前轮前束值。当前束值增大到合适位置时，MR位移传感器将信号传送至控制器19，控制器传送离合信号至电磁离合器18，中断动力传输。前束值增大后的示意图如图2所示。
(2)车辆行驶过程中，当倾角传感器17检测到车轮外倾角变小时，将电信号传送至控制器19，控制器19进行内部计算前束值相对应的变化量以及步进电机10输出力的大小，将信号传送至步进电机10，步进电机10输出力，左侧齿轮开始在力的作用下逆时针旋转，带动齿条向右移动；右侧车轮开始在力的作用下顺时针旋转，带动齿条向左移动，实现减小前轮前束值。当前束值减小到合适位置时，MR位移传感器将信号传送至控制器19，控制器传送离合信号至电磁离合器18，中断动力传输。前束值减小后的示意图如图3所示。
前轮前束外倾匹配公式
其中，T为前束值(mm)、d轮辋直径(mm)、L为轴距、γ为外倾角,α为偏离角，l为轮胎接地面积的长度，当我们计算样车前束时，我们可以采用半经验公式，如下：
其中，D为轮胎直径，Δ为前轴垂直载荷对转向轮胎径向变形的影响，根据如下方程：
其中C为系数，K为另一个系数。
k＝0.0015b+0.42 (4)
G1为前轴的负载(n)，b为轮胎截面宽度(mm)，p为胎压(MPa)。
外倾角的变化量与横拉杆长度调整长度匹配
其中，Δl0为横拉杆的调整长度、ΔT为前束值变化量、l0为车前轴的长度、D为轮胎直径。
本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种具有前束值调整机构的车辆前桥总成，包括前桥(7)和一对车轮(1)，其特征在于：还包括前束值调整机构，前束值调整机构包括一对调整机构和直拉杆机构；
一对调整机构的结构相同；所述调整机构包括电机(10)、传动杆(9)和齿轮(5)，所述传动杆(9)的一端通过电磁离合器(18)连接着电机(10)的输出轴；传动杆(9)的另一端通过万向节连接着齿轮(5)的轮轴；
所述直拉杆机构包括花键轴(6)和一对直拉杆(3)；所述花键轴(6)的两端分别设有齿条(16)；所述直拉杆(3)为空心管，花键轴(6)的两端分别位于对应的直拉杆(3)的一端内，一对直拉杆(3)的另一端分别通过车前轴(2)固定连接着前桥(7)的两端；
一对调整机构上的两个齿轮(5)分别与花键轴(6)两端的齿条(16)啮合；
花键轴(6)两端的齿条(16)上分别设有位移传感器(20)；一对车轮(1)上分别设有倾角传感器(17)；
所述前束值调整机构，涉及一种前束外倾匹配算法，实现精确的控制前束值的调整大小；汽车行进过程中外倾角发生变化，所述倾角传感器(17)检测到变化值并发送信号到所述电机(10)，所述电机(10)工作调整前束值，从而达到动态调整前束值；前束外倾通过匹配公式能够实现调节的精准性；当调整值达到前束外倾匹配值后，所述电磁离合器(18)阻断所述电机(10)动力传输，从而实现精准控制前束值调整大小；所述前束外倾匹配算法如下：
式(1)中，T为前束值(mm)、d为轮辋直径(mm)、L为轴距、γ为外倾角、α为偏离角、l为轮胎接地面积的长度。
2.根据权利要求1所述的一种具有前束值调整机构的车辆前桥总成，其特征在于：所述齿条(16)和齿轮(5)的模数为1，配合移动精度为0.1mm。
3.根据权利要求1所述的一种具有前束值调整机构的车辆前桥总成，其特征在于：所述花键轴(6)两端的齿条齿轮配合处外部分别套设有保护套(4)。
4.根据权利要求1所述的一种具有前束值调整机构的车辆前桥总成，其特征在于：所述电机(10)为步进电机。
5.根据权利要求1所述的一种具有前束值调整机构的车辆前桥总成，其特征在于：一对调整机构上的两个电机(10)分别固定设于车辆的车架上。
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