商用车前桥总成转向操纵能力提升分析与改善

商用车前桥总成转向操纵能力提升分析与改善

曹昆

安徽江淮汽车集团股份有限公司  安徽合肥  230601

【摘要】：前桥总成设计在整车工程中扮演着至关重要的角色，其性能直接影响着车辆的操纵稳定性，在车辆研发过程中，转向启动力指标是评价前桥总成性能的重要参数之一。因此，通过对前桥总成的结构部件进行深入的分析和优化，不仅需要工程师在设计阶段的精湛技术，还需要通过系统的测试和验证确保优化效果的可靠性，这样的综合优化方法对于汽车制造商来说，不仅能够提升车辆性能，还能提高车辆在市场上的竞争力。

【关键词】：桥总成；转向操纵能力；分析；改善

引言

车辆新能源化是当前汽车产业的发展趋势之一，而在这一趋势中，节能减排措施成为了关注的焦点之一。为了在新能源汽车领域取得更好的表现，营运货车的安全技术条件法规显得尤为重要。在这其中，操纵稳定性是一个至关重要的指标，而车辆布置参数、四轮定位参数、轮胎结构、车速等因素都直接影响着车辆的操纵稳定性。转向桥总成作为车辆操控系统的核心组成部分，其性能直接关系到车辆的操纵稳定性。启动力、自动回正能力、方向盘力等指标是评价转向桥总成性能的重要参数。通过对转向节启动力和球销转动力进行分析和优化，可以降低前桥总成的启动力，从而提升汽车的操纵稳定性。在这个过程中，台架模拟实验是不可或缺的一环。通过台架模拟实验，可以全面而系统地测试车辆在不同工况下的操纵性能，为优化设计提供有力的数据支持。同时，实车验证也是必不可少的步骤，只有在实际道路条件下进行验证，才能真正确保操控稳定性的提升是可行和有效的。

1车辆前桥组成部分

车辆前桥是汽车底盘系统的重要组成部分，它由多个关键部件构成，包括转向节、制动器总成、轮毂组合、节臂、横拉杆总成和前轴。这些组件共同协作，确保车辆能够稳定地行驶并实现有效的操控。

1.1 转向节

转向节是前桥上的主要转向件，承担着转向系统的关键功能。通过主销与前轴铰接，并通过一对轮毂轴承与轮毂组合连接。转向节的正常工作对车辆的操控性和稳定性至关重要，它决定了车辆转向的灵活性和准确性。

1.2 制动器总成

制动器总成在汽车中扮演着至关重要的角色，它是实现车轮制动的核心元件之一。当驾驶员发出制动命令时，制动器的摩擦片通过与制动鼓内加工面的扩张接触，产生摩擦力，从而实现车辆制动的功能。在这个过程中，前桥制动器的选择变得尤为关键，因为不当的选择可能导致一系列问题。首先，前桥制动器的选择直接影响到前后制动力的平衡。如果制动器的性能与车辆重心、动力分布不相匹配，就可能导致前后轮制动力不均衡。这会影响车辆的稳定性和制动效果，尤其在紧急制动或高速行驶时更为显著。其次，不恰当的前桥制动器选择可能使得整个制动系统的性能达不到设计要求。制动力不足可能导致制动距离过长，影响车辆的安全性能。反之，如果制动力过大，可能导致制动时的不稳定，影响驾驶舒适性。此外，制动器耐磨性直接关系到制动器的使用寿命，而良好的散热性能可以确保在制动时不会因为过热而失效。

1.3 轮毂组合

车辆的轮毂组合是车辆转向和制动系统中的关键组件。它主要由两个滚动轴承安装在转向节上构成，这两个轴承不仅支撑车轮的旋转运动，而且通过与摩擦片的配合形成摩擦副，实现车轮的制动功能。滚动轴承的作用在于降低车轮旋转时的摩擦阻力，使得车辆转向更为顺畅。与此同时，通过与摩擦片的协同作用，轮毂组合还能够有效地实现对车轮的制动控制，确保车辆在行驶过程中能够迅速而安全地停车。因此，轮毂组合不仅仅是车辆结构的一部分，更是整个驾驶系统中的重要环节，为车辆的操控性和安全性提供了关键支持。

1.4 节臂

车辆的转向系统由分直拉杆臂和横拉杆臂两部分组成，它们分别连接直拉杆总成和横拉杆总成，形成了复杂而协调的转向机构和转向梯形机构。转向机构是车辆实现转向的核心，通过这一系统完成精准的方向控制。而横拉杆总成的角度则由转向梯形机构决定，直接影响车辆的内外转角。这种设计不仅确保了车辆转向的可靠性和稳定性，还使得内外转角能够达到合理的比例。因此，这一精密的结构不仅在转向功能上发挥着关键作用，同时也决定了车辆在行驶过程中的操控性和安全性，为驾驶者提供了更加舒适和可靠的驾驶体验。

1.5 横拉杆总成

前束调整杆是汽车悬挂系统中的关键部件，其设计和构造影响着车辆行驶稳定性和操控性。该调整杆的主要零部件包括杆身和接头总成。杆身采用高质量无缝钢管制造，确保其强度和耐久性。两端装有球形铰接结构的接头总成，通过精密的螺纹配合安装在横拉杆臂上，形成可靠的连接。这种球形铰接结构使得调整杆能够在车辆行驶过程中灵活转动，有助于保持车轮与地面的良好接触。调整杆的杆身可调，这为调节前束提供了便利，使得驾驶者可以根据需要调整车辆的前轮定位。

1.6前轴

前桥在汽车结构中扮演着重要的角色，主要负责承受汽车前部的重量和传递前进推力至车轮。通过与转向装置相关的机件建立关节式联系，前桥能够实现汽车的转向功能。其结构设计独特，通过两端与主销和转向节连接，充分利用转向节的摆动来调整汽车的方向。这种设计使得前桥成为汽车操控的核心组件之一。在行驶过程中，前桥不仅要承担车辆前部的负重任务，还需要灵活应对各种路况，确保汽车转向的稳定性和准确性。因此，前桥的设计与性能直接影响着整个汽车的操控性和驾驶舒适度，体现了工程师们在汽车制造中的精湛技艺。

2 影响车桥转向操控因素分析

当车辆执行转向操作时，其运动涉及到多个关键因素，其中包括前桥启动力矩、转向轮与地面之间的滑动摩擦阻力矩以及自动回正力矩。这些力矩的协同作用影响着车辆的转向性能和行驶稳定性。首先，前桥启动力矩是指在转向时车辆需要克服的初始力矩，这涉及到转向系统的机械部件和传动系统的协同作用。克服这一力矩需要足够的动力和机械支持，以确保转向操作的顺畅进行。其次，转向轮与地面之间的滑动摩擦阻力矩是由轮胎与路面之间的物理摩擦引起的。这种阻力矩对于确保车辆稳定性至关重要，但它同时也增加了转向的难度。优化轮胎的材料和设计，以减小滚动阻力系数，可以有效减小前桥启动力矩，从而改善转向的灵活性和效果。最后，自动回正力矩是一种在车辆完成转向后产生的力矩，它有助于车轮迅速回到直行位置。然而，在这一过程中，车辆必须克服前桥启动力矩和转向轮与地面间的滑动摩擦阻力矩之和。因此，在设计转向系统时，需要确保自动回正力矩足够强大，以应对这些挑战。

3  台架测试

在福田欧曼工厂进行的转向桥液压伺服试验台实车验证表明，在模拟整车工作状态下，对于某商用车匹配的5吨前桥总成，经过改善后的状态相较改善前状态呈现显著提升。在前桥总成板簧拖面固定的情况下，垂直载荷下轮端匀速转动，通过转向角和转向力曲线的数据曲线展示，改善后状态的启动力值降低了25%，最大阻滞力更是降低了30%。该试验台的研究对象是一辆GTL品牌的49吨6X4牵引车，根据GB/T 17675-2021《汽车转向系统基本要求》的标准，转向系统失效时转向操纵力应保持在450N以下。改善后的前桥总成表现出色，其转向操纵力远低于标准值，为450N的限定提供了充分保障。这项改善不仅在实验室环境中得到验证，而且在实际商用车辆中也经受住了考验。商用车改善后状态的前桥总成表现出启动力降低、最大阻滞力降低的显著优势，不仅满足了额定载荷状态下的要求，而且在车辆实际运行中，改善后的状态仍然能够保持出色的性能。这一成果为商用车辆的安全性和稳定性提供了有力支持，为液压助力和机械转向等技术的应用奠定了基础。

经测试，具体数据如表1，改善后状态可满足法规要求。表1实车验证最大操纵力的法规符合性。

表1 实车验证最大操纵力的法规符合性

结论

综上所述，通过匹配一体式组合轴承，成功降低了前桥总成上、下轴承的滚动阻力系数，使得转向启动力降低并最大阻滞力降低。这一技术创新在不改变整车配置的前提下，显著提升了车辆的操控能力，不仅可以在前桥总成中推广应用，还有望在汽车底盘的其他部件上提升整体操控性能，为重型商用车的技术进步做出了积极贡献。这也符合国家标准对商用车辆性能的要求，为行业的发展提供了有力的支持。

参考文献：

[1] 陈家瑞 . 汽车构造 [ 下 ]. 人民交通出版社 ,2002.

[2] 国家机械工业局 . 汽车转向系基 本 要 求 :GB/T 17675-2021[S]. 北

图 6 5 吨前桥总成不同加载状态下启动力曲线图 京 : 中国标准出版社 ,2021.