汽车前轮定位及回正力矩和转向力的计算(2)

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主销后倾角的作用及其回正力矩和转向力的计算

如图1所示，在纵向平面内，汽车转向桥主销上

[4]

γ

ν

称为主销后倾角.主销后倾角端向后倾斜一个γ角，

是在转向桥设计中保证的，其主要作用是使转向轮形成自动回正力矩，保持汽车行驶的稳定性[3].因为，主其轴线与路面的交点a将位于转销具有后倾角γ时，

离心向轮与路面接触点b的前面.当汽车向右转弯时，力向左作用，在转向轮与路面接触点b处，路面对车轮作用着一个向右的侧向反作用力F0.F0使转向轮绕其方向正好与主销轴线形成一个向左的回转力矩Mγ，

转向轮偏转的方向相反.图中b点至主销轴线oa的距离为e，e=r·sinγ·cosθ，与转向轮的偏转角θ有关：当e=r·sinγ最大，回转力矩汽车刚转弯，偏转角θ=0时，Mγ也最大；当偏转角θ=π/2时，则e=0，Mγ=0.因转向故回转力矩Mγ总是存在.轮偏转角θ不可能达到π/2，

对于逆传动效率η2高的机械可逆式转向系，当驾驶员此施加的或偶然的转向力矩消失或小于力矩Mγ时，剩回转力矩Mγ除一部分用于克服转向系摩擦力外，余部分称为回正力矩Mγ2，将使转向轮回到原来的中间位置，保证汽车稳定的直线行驶.主销后倾角γ既可使转向轮偏转后形成回正力矩，使转向盘具有“手感”，也使转向盘需要转向力才能转向.汽车转向时，转向轮的侧向反作用力F0、主销后倾角γ使转向轮形成的回正力矩Mγ2以及使转向盘需要的转向力Fγ1的计算公式如下：

F0=L-l1m·a0=F1mν=F1ν.

122

2

2

Mγ2=η2·F0·e=η2F1νr·sinγ·cosθ.

0eaF0

bF1

l1

L

mg

L-l1

F2

图1主销后倾角及其形成转向轮自动回正力矩示意图Fig.1Sketchmapofkingpincasterangleandsteeringwheelaligningtorque

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主销内倾角的作用及其回正力矩和转向力的计算

如图2所示，在横向平面内，汽车转向桥主销上

端向内倾斜一个β角，称为主销内倾角[4].主销内倾角是在前轴设计中保证的，由机械加工来实现.其主要作用也是使转向轮形成自动回正力矩，保持汽车行驶当转向轮在转向外的稳定性.因为主销具有内倾角β，

力作用下由中间位置向右偏转一个角度θ时，转向轮连同整个汽车前部将向上抬起一个相应的高度，即转向外力通过转向系对汽车做了功，使汽车势能增加.对于逆传动效率η2高的机械可逆式转向系，当转向外力消失后，转向轮偏转过程中积蓄的汽车势能会通过回正力矩形式释放出来，使转向轮向中间位置回正.为了便于分析，假设转向轮向右偏转180°，转向轮连同整个汽车前部将向上抬起高度h=b·sin2β，积蓄的汽·h可使转向轮绕主销轴线形成一个向左的车势能F1

回转力矩Mβ.对于逆传动效率η2高的机械可逆式转向系，当转向力矩消失或小于力矩Mβ时，此回转力矩Mβ除克服转向系摩擦阻力外，剩下的可形成回正力矩Mβ2，使转向轮回到原来的中间位置，保证汽车稳定的直线行驶.此外，主销内倾还使主销偏距c减小，从而减小驾驶员的转向操纵力及转向轮传到方向盘的冲击力.同前，主销内倾角既可使转向轮偏转后形成回“手感”，也使转向盘需要转向正力矩，使转向盘具有力才能转向.汽车转向时，主销内倾角β使转向轮形成的回正力矩Mβ2以及使转向盘需要的转向力Fβ1的计算公式如下：

Mβ2=η2θF1·b·sin2β，

Fβ1=

2θF··sin2β.1bη1·d·iω180°

（4）（5）

（1）（2）

Fγ1=

2F1ν2rF0·e=2·sinγ·cosθ.（3）

1ω1ω

l1，汽车重心至前轴的距离，m；汽车转弯半径式中：

R=12m时，转向轮偏转角θ=θw=arcsin（L/R）=arcsin（3.95/12）=19°13′；汽车速度ν=10km/h=2.78m/s；其余技术参数如表1所示.

由式（2）和式（3）可知，在其他条件不变时，汽车主销后倾角γ、车轮直径r和汽车行驶速度ν愈大，转向轮所形成的回正力矩Mγ2和转向盘上所需要的转向一般不超过2°～力Fγ1愈大.故主销后倾角γ不宜过大，

3°，过大会造成转向盘沉重，特别是总质量和车轮直径大、车速高的汽车.

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