双前桥重型汽车轴间距及操纵稳定性分析
对双前桥汽车转向系统设计的探讨
《重型汽车》HE A V YT R U C K2004.4.20对双前桥汽车转向系统设计的探讨□文/孔宏伟段家全葛俊豪汽车转向系统在汽车设计中占据重要的地位,汽车转向系统性能的优劣影响着汽车的操纵性和稳定性,直接关系到汽车设计的成败。
在设计汽车转向系统时,为使汽车的每个轮胎均产生纯滚动,理论上汽车的每个轮胎的轴线应交于一点,转向连杆机构即为实现这一功能而设计的。
实际上,转向连杆机构并不能使每个轮胎的轴线交于一点,车轮在转动时总是要产生滑动,并磨损轮胎。
但合理的设计可以减小车轮滑动,并使滑动控制在允许范围内。
传统的转向系统设计是先按汽车的转向机构的空间位置大致设计出转向系统的各个构件,然后在平面图上进行校核、调整、优化,计算出前后轮在转向时的关系,定出最小转弯半径。
在经过大量的设计与实践中发现,对于一般的单桥转向汽车,由于其转向系统结构相对简单,用此方法较易达到设计要求,而对于具有双前桥转向系统的重型汽车来说,用这种方法设计计算出的转向数据与实际相差很大,直接导致设计失败。
经过认真研究发现,双前桥转向系统结构复杂,在系统工作时,部件的相对位置存在空间变化,如果用平面校核,难度很大,并且结果误差大。
要想设计出性能理想的双前桥转向系统,就必须在空间中进行校核、调整、优化。
PARAMET RICTECHNOLOGE CORPORATI ON 公司的PRO/MECH ANICA 软件中的M O 2TI ON 具有真三维空间运动模拟功能。
在国外,许多公司在很多方面都使用此软件对运动进行模拟,使产品设计越来越方便、简单,而且产品性能越来越好;在国内,使用该软件的人还不很多,很多人还不了解M OTI ON 软件功能。
在此,笔者用此软件对EQ3300G 8×4汽车双前桥转向系统进行模拟设计,并简要地介绍以下M OTI ON 的主要功能。
EQ3300G 8×4的转向系统如图1(经优化)所示。
由阿可曼原理可知:前一桥节臂的转动角度与前二桥节臂的转动角度有一定代数关系,可以通过设置前一桥节臂间隔5度的一系列角度,计算前二桥节臂相对应的角度,即得到理论计算数据。
汽车操纵稳定性分析与评价指标
35
重心[centre of gravity]
1、物体各部分所受重力的合力作用点。
2、规则而密度均匀物体的重心就是它的几何中心。
3、一个物体的各部分都要受到重力的作用。从效果 上看，我们可以认为各部分受到的重力作用集中 于一点，这一点叫做物体的重心。
4、物体的重心位置，质量均匀分布的物体，重心的 位置只跟物体的形状有关。例如，均匀球体的重 心在球心。
5、质量分布不均匀的物体，重心的位置除跟物体的 形状有关外，还跟物体内质量的分布有关。载重 汽车的重心随着装货多少和装载位置而变化。
汽车的操纵稳定性分析和评价指标
36
力矩 (torque)
➢ 物理学上指使物体转动的力乘以到转轴的距离。 ➢ 力对物体产生转动效应的量度 ➢ 力对物体产生转动作用的物理量。可分为力对轴
α
u
汽车的操纵稳定性分析和评价指标
12
3.FY－α曲线
FY k
k—侧偏刚度。
FY一定时希望侧 偏角越小越好，所 以 |k| 越大越好。
汽车的操纵稳定性分析和评价指标
13
二、轮胎结构、工作条件对侧偏特性的影响
轮胎的尺寸、型式和结构参数对侧偏刚度有显著影响。
大尺寸轮胎
大尺寸轮胎
子午线轮胎
侧偏刚度大
钢丝子午线轮胎
奔驰CLK跑车：前轮205/55R16，后轮225/50R16。
前205、后225的轮胎组合，使得前轮的侧偏刚度小于后轮，
有利于营造不足转向特性。
汽车的操纵稳定性分析和评价指标
52
四、转向操作轻便性
➢路试检测
等速圆周行驶，用转向力测试仪测试转向盘 外缘的最大切向力不得大于150N。
➢原地检测
汽车起重机双前桥转向系统的匹配计算及验证
ｏ）
Ｋｆ ｍｍ
Ｒ／ｒａｍ
ｌ５００＋４０７５＋ｌ３５０
５
２０７６
５１６
主销偏移 距 最小转 弯半 径
ａ／ｍｍ
Ｒ ． ／ｍｍ
ｌ１６
１２０００
２０１６．０２建设机械技术与管理 ７９
面滑 动而产生 附加 阻力，减 轻轮胎磨 损，要 求转 向系统
一 最小转 弯半径 ／ｍｍ 。
摘 要 ：在汽车 转向系统 的设 计中，各 机构运动关系和力学关系的协调是保证转 向安 全和操纵轻便 的前提 。本文 通过 对汽 车起 重机双 前桥转 向系统进行分析 计算 ，并利用 ＡＤＡＭＳ仿真 软件对 转向机构进行 了仿真分析，同时对转 向系统进行 了试验验 证 ，为多轴汽车起重机专用底盘转 向系统 的设 计提供了一种有效 的方 法和参考依据。
转 向系统 用来保 持 或者 改 变 车辆 行 驶方 向，在 车 辆行 驶时，各 机构间需要有协调 的运 动关系和力学关系 ：
７
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图１ 前 转向轮 示意图
（１）在 转 弯 行 驶 过 程 中，为 避 免 车 轮横 向滑 移 ， ２ 转 向系统的相关参数和 匹配计算
汽 车 起 重 机 双 前 桥 转 向 系 统 的 匹配 计 算 及 验 证
Ｍ ａｔｃｈｉｎｇ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｄ ｏｕｂｌｅ Ｆｒｏｎｔ Ａ ｘｌｅ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｒｕｃｋ Ｃｒａｎｅ
豳安徽 柳工起 重机有 限公司 鲍时超 ／ＢＡＯ Ｓｈｉｃｈａｏ 莫思剑 ／ＭＯ Ｓｉｊｉａｎ
要有 好 的起 重性 能 ，同时还 需要 有 良好 的机 动性 及行 进行 了仿真优 化，得 出了合 理 的转 向运 动机 构，以保证
双前桥
“双前桥”台架检测制动性能不合格原因分析图1 “双前桥”汽车结构示意图笔者长期从事汽车检测工作，这种车型普及后不久就注意到一个问题：凡是这种车型，在检测制动性能时，双前桥的第一轴、第二轴的制动力和有一个共性，就是所测制动力和都偏低，很难达到国家标准。
《GB7258-2004机动车运行安全技术条件》及《营运车辆综合性能要求和检验方法（18565-2001）》中规定：用汽车制动试验台检验车辆的制动性能，车辆空载时，第一轴的左右轮制动力和应大于或等于该轴轴荷的60%，整车的制动力总和应大于或等于整车重量的60%。
而双前桥的第一轴、第二轴制动力和一般只能达到轴荷的50%左右。
注意到这个问题后，笔者专门进行了一段时间的观察和粗略统计，发现该车型的第一轴和第二轴制动力和在轴荷的50%左右成正态分布，甚至更低。
国标中虽然对总质量大于3500kg货车的第一轴以外的后轴制动力和没有直接作出要求，但第二轴的制动力和必定影响着整车总制动力和的评价。
笔者随机跟踪几个该车型的检测过程，在发出检测指令后，引车员在规定的时间内正确操作，踩下制动踏板，制动性能检测系统工位机获取左右车轮的制动力增长曲线，并且取得了整个过程中的最大值，同时本人也注意到制动过程中左右轮胎都能够抱死。
在仔细观察了该车型的车架结构之后，初步判断是制动试验台台架结构对于检测这种车型的双前桥存在缺陷。
由于制动台举升器的下落，改变了被测轴的垂直轴荷，从而导致所测数据不准确。
理论上说，任何多轴车辆的全部车轮如果都是单独地刚性悬挂在车架上，则在不平的道路上行驶时将不能保证所有车轮同时接触地面。
当有弹性悬架而道路不平度较小时，虽然不一定出现车轮悬空的现象，但各个车轮间的垂直载荷分配比例会有很大改变。
在车轮垂直载荷变小甚至为零时，则车轮对地面的附着力随之变小，甚至等于零。
这也正是双前桥之所以设计成都具有转向功能的原因之一。
为了更清晰详细地剖析这个问题，笔者做了1次细致有序的研究工作。
车辆操纵稳定性(整理版)
2
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B0 0 02
Ce0tsin t
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在达到稳态的之前，（r t）是衰
r
r0 3
4
由于正常的汽车都具有小阻尼的瞬态响应，当ζ<1时
r
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令 0 1 2
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t
B0 0 02
A1e0t cos t
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由运动起始条件确定积分常数C、A1、A2
t
0时，wr
0, v
0,
0 , wr
ak10
IZ
B1 0
R/R0>1，K>0 ， 不足转向；
R/R0<1， K<0， 过多转向。
几个表征稳态响应的参数
3）静态储备系数S.M. 1）前、后轮侧偏角绝对值之差α1-α2 2）转向半径的比FRY/1R0
汽 静态储备系数 S.M.：中性
车
质 转向点到前轮的距离a与
心
汽车质心到前轴距离 a 之
中 差与轴距L之比。
mv
ur
ak1
bk2
重型卡车双前桥转向系统开发计算说明书
编号北奔威驰8×4宽体矿用车1950轴距转向系统开发计算说明书编制审查审定标准化审查批准包头北奔重型汽车有限公司研发中心2010年7月22日1 计算目的双前桥四轴车在转向过程中，理论上要求所有车轮都处于纯滚动，或只有极小滑动，为达到这一目的，要求所有车轮绕一瞬时转动中心作圆周运动。
每个转向桥的梯形角匹配设计，是为满足车轮的理论内外转角特性曲线与实际内外转角特性曲线尽可能的接近；第一、二转向前桥转向摇臂机构设计是为了让第一、二转向前桥最大内转角与轴距之间的理论关系与实际关系尽可能的相匹配。
本次计算是为新开发的8×4宽体车XC3700KZ 匹配北奔高位宽体前桥的转向系统中转向传动机构和转向动力机构中各元件的选型及尺寸提供理论依据。
2 采用的计算方法、公式来源和公式符号说明符号定义及赋值如下：1α为第一转向前桥外转角，1β为第一转向前桥内转角 2α为第二转向前桥外转角，2β为第二转向前桥内转角1L 为第一转向前桥主销中心线与地面的交点到第三桥轴线的距离 2L 为第二转向前桥主销中心线与地面的交点到第三桥轴线的距离3 计算过程及结果 3.1 转向动力系统参数计算3.1.1 原地转向阻力矩计算① 状态一：第一、二转向桥载荷按标准载荷13T 计算 已知参数如下：第一转向桥、第二转向桥的轴荷为1G =2G =13000×9.8=127400 N 轮胎气压1P =0.77Mpa滑动摩擦系数μ=0.6（干燥土路）滚动摩擦系数f =0.035（干燥压紧土路推荐0.025-0.035） 轮胎自由半径0r =685mm 轮胎静力半径1r =670mm 侧偏距a =204mm内轮最大转角max α=35.74°[借用现有一桥拉杆及垂臂W3400112AE 极限内转角]（新设计垂臂936 463 00 01使转角能达到车轮极限转角38度）轮胎宽度1B =375mm轮胎接地面积8212BK ==175782mm ，K=132.6mm主销内倾角Φ=6°对于单桥的原地转向阻力矩，有如下计算方式： A.按半经验公式计算131P G 3μ＝半M =77.012740036.03 =10364271 N.mm =10364 N.mB.按采用雷索夫公式()2s 201r r 0.5a f G -+⋅⨯μ＝雷M=127400×（0.035×204+0.5 ×0.6×22670685-）=6358499 N.mm =6358 N.mC.采用经验公式max11sin sin a G a G αφμ＝经⋅⋅⋅+⋅⋅M=127400×204×0.6+127400×204×sin6°×sin35.74° =17181 N.mD.算术平均求阻力矩为了使计算更趋合理，避免上述四种公式单独使用时与实际工造成的误差，故用以上三种方式求得的阻力矩的算术平均值作为静态原地转向阻力矩0s M 。
汽车操控稳定性研究
汽车操控稳定性研究概述操控稳定性的影响因素操控稳定性主要受到以下因素的影响：1.车辆动力系统：包括发动机、变速器和传动系统的设计和性能。
发动机输出的动力大小和变速器的挡位比以及传动系统的传动效率直接影响汽车的加速性和动力响应能力。
2.车辆悬挂系统：悬挂系统是保证车辆行驶稳定性的关键部件之一、悬挂系统的设计和调校直接影响车辆的操控稳定性。
合理的悬挂系统可以减小车身侧倾和俯仰，提高汽车的操控性和行驶稳定性。
3.刹车系统：刹车系统对汽车的操控稳定性影响很大。
一个正常工作的刹车系统保证了驾驶者在紧急情况下的制动能力，避免汽车失去控制。
4.车辆结构刚度：车辆的结构刚度直接影响汽车的操控稳定性。
较高的车身刚度可以减小车身变形，在高速行驶时提高车辆的稳定性。
5.轮胎性能：轮胎是汽车与地面直接接触的部分，轮胎的性能直接影响汽车的操控稳定性。
质量不合格或磨损严重的轮胎会影响车辆的抓地力和行驶稳定性。
研究方法和技术针对汽车操控稳定性的研究，常用的方法和技术包括：1.汽车动力学仿真：通过建立车辆动力学模型，可以模拟汽车在不同驾驶情况下的操控稳定性。
通过调整模型参数，可以分析不同因素对操控稳定性的影响，并优化设计。
2.实车测试：通过在实车上进行测试，可以获取真实的操控稳定性数据。
通过在不同驾驶条件下进行测试，可以对汽车的操控稳定性进行评估，并分析其影响因素。
3.环路测试：环路测试是评估汽车操控稳定性的一种常用方法。
在封闭环形道路上进行驾驶，通过测量车辆的偏航角和滚动角等参数，可以评估车辆的操控稳定性。
4.电子稳定控制系统：电子稳定控制系统是一种现代汽车安全系统，可以通过感应车辆操纵情况，自动调节刹车力和动力输出，以提高汽车的操控稳定性。
操控稳定性研究的意义研究汽车操控稳定性对于改善汽车的操控性和驾驶安全性具有重要意义。
通过优化车辆设计和改进制造工艺，可以提高汽车的操控稳定性，减少驾驶操作的难度和驾驶疲劳感，提高驾乘舒适性。
双前桥转向车辆操纵稳定性分析
相 当小 。取车辆 行 驶方 向为 Ｘ轴 正 方 向 ，垂直 地面
双前 桥 转 向的车 辆 ，在 轴荷 、轴 距等 确 定 的情 况 下 ， 向上方 向为 Ｚ轴 正方 向， Ｙ轴 方 向根 据右 手 定则确
稳态 响应 和瞬 态 响应 的影 响 。 关键 词 ：双前桥 转 向 ；二 自由度 ；转 向瞬心 ；稳 态响应 ；瞬态 响应
中图分 类号 ：Ｕ ４ ６ １ ． ６ 文 献标 识码 ：Ａ 文章 编号 ：１ ６ ７ １ — ７ ９ ８ ８ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ５ － ９ ５ － ０ ４ Ｈａ ｎｄｌ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｔ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ Ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｄｏ ｕ ｂｌ ｅ － ｆ ｒ ｏ ｎ ｔ Ａｘ ｌ ｅ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ Ｖｅ ｈｉ ｃ ｌ ｅ
转 向瞬 心位 置 的选 取 对车 辆 的操 纵稳 定 性具 有 重要 定 。 Ｏ 为 车辆 的质 心 ，同时也 是车辆 自身坐 标系 （ ｘ ｙ
汽 车 实 用 技术
设 训‘ 研 究
ＡＵＴＯＭＯＢ Ｉ ＬＥ ＡＰＰＬ Ｉ ＥＤ ＴＥＣＨＮＯＬ０ＧＹ
２ ０ ｌ ４ 年 第５ 期
２Ｏ１４ Ｎ０．５
双前桥转 向车辆 操纵稳定性分析
张垄 ，郑宇龙
（ 陕西汽车 集 团有 限责任 公 司 ，陕西 西 安 ７ １ ０ ２ ０ ０ ） 摘 要 ：建 立 了双前 桥转 向车辆 的线 性 二 自由度 车 辆模 型 ，进 行 了理 论分 析和 数 学 公式 推 导 。 以 某８ Ｘ ４载货 车 为例 ，基于 最 小转弯 直径 范 围确 定转 向瞬 心位 置区 间 ，讨 论 了转 向瞬心位 置 对车 辆
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中 图 分 类 号 ： ７ ． Ｕ２ ０ ２ 文献 标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ３５６ （０ ７ ０ —１ ６０ １０ —０ ０ ２ ０ ）２０ ５ ４
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２０２ ； ． ３ ０ ２ ３ 东风 日产乘用车公
摘
要 ：ｔ 了双前桥重 型汽车轴 间距 与轮胎载荷的关系 ， Ｙ析 建立了双前桥重型汽车平面运动微分方程 ， 得到该
车型稳态横摆角速度增 益和稳定性 因素表达式 ； 出了保证 轮胎 均载 和整车具有 不足 转 向特性 应满 足的条 提
件； 分析结果为双前桥重型汽车轴距合理布 置提供 了理论 依据 。
（ ． ｃ ｏ ｌ ｆＭａ ｈｎ ｒ ｎ ｔ ｍ０ ｉ ｇｎ ｅｉｇ １ Ｓ ｈ ｏ ｏ ｃ ｉｅ ｙａ ｄ Ａｕ ｏ ｂｌ Ｅｎ ｉｅ ｒ ，Ｈｅｅ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｆ ｃ ｎ ｌｇ ｅ ｎ ｒ ｉ ｉ ｓ ｙ ｏ ｈ ｏｏ ｙ，Ｈｅｅ ２ ０ ０ ，Ｃ ｉａ ． ｎ ｕ ｉｎ ｈ ａ ｔ — ｅ ｔ Ｔｅ ｆｉ ３ ０ ９ ｈｎ ；２ Ａ ｈ ｉ ａ ｇ ｕ ｉ ｊ Ａｕ ｏ
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维普资讯
第３ ０卷 第 ２期
２０ ０ ７年 ２月
合肥 工 业 大 学 学报 （ 自然科 学版）
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＨＥＦＥＩＵＮＩ ＯＦ ＶＥＲＳ ＴＹ Ｉ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬ ＯＧＹ
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双 前 桥 重 型 汽 车 轴 间距 及 操 纵 稳 定 性 分 析
张代 胜 肖海 萍 周 福 庚 梁 文芝 温 占高。 ， ， ， ，
（． １合肥 工业 大学 机械与汽车工程学院 ， 安徽 合肥
司， 东 广州 广 ５００） １ ８ ０
２００ ； ． ３ ０ ９ ２ 安徽江淮汽车股份有 限公司 ， 安徽 合肥