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AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计
1　引言
双前桥载货汽车因具有良好的行驶操作稳定性和制动稳定性，在快寄物流业大力发展的当下，成本低适宜拉飘货的双前桥载货汽车越来越被用户青睐。
为避免拖磨吃胎、降低油耗，寻求一种方法来提高双前桥载货汽车第一前桥总成和
第二前桥总成同步协调转向，成为车桥研发工程师和整车设计工程师持续改善的课题。
本文首先对双前桥内轮转向角关系进行了分析、说明，然后通过分析各轮转向角影
响因素，确定第二前桥总成转向角精度的保证措施，并予以说明。最后通过实例对6X2载货汽车匹配的双前桥内轮转角与保证措施的
最优匹配进行计算说明，达到减小第二前桥实际内轮转向角与理论转向角误差的目的。
2　双前桥内轮转角关系
根据双前桥内轮转角与整车结构关系图1可知。
杨万杰　孙艳　孔德利　王海澎
诸城市义和车桥有限公司　山东省诸城市　262200
摘 要： 理论分析双前桥载货汽车第一前桥总成、第二前桥总成转向关系，确定双前桥内轮转角的总传动比的
定义，然后计算各转向角理论状态下的总传动比，与车辆转向系统设计的总传动比进行比对，明确在各转向状态下的最优传动比。达到在任一转向状态下，第一前桥、第二前桥可最大限度绕同一旋转中心协调转向，避免了前桥总成拖磨吃胎，降低了油耗。
关键词：双前桥总成　内轮转角　优化设计　传动比
Optimization Design for Second Front Axle Inner Steering Angle of Double Front Axles Truck
Yang Wanjie ，Sun yan ，Kong Deli ，Wang Haipeng
Abstract ：
T he steering relationship between the first front axle assembly and the second front axle assembly of the double front axle truck is analyzed theoretically, the definition of the total transmission ratio of the wheel angle in the double front axle is determined, and then the total transmission ratio of each steering angle in the theoretical state is calculated and compared with the total transmission ratio of the vehicle steering system design, so as to clarify the optimal transmission ratio in each steering state. In any steering state, the first front axle and the second front axle can coordinate the steering around the same rotation center to the greatest extent, avoiding the front axle assembly from dragging and eating tires, and reducing fuel consumption.
Key words ：
d oubl
e front axle assembly, inner wheel corner, optimization design, ratio o
f transition 双前桥载货汽车第二前桥内轮转角优化设计
图1　双前桥内轮转向角关系图
β2
β2
L 1B2B1第一前桥中心
第二前桥中心
B M
Rn
R n
R n
a
b
L
β1
β1
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如不考虑弹性轮胎侧偏，四轮理论转向角每一瞬时都应绕同一中心点旋转，且存在
如下关系：
    （1）
    （2）
式中：β1—第一桥内轮转角；β2—第二桥内轮转角；
a—第一桥转β1至时，转向臂球头中心到前桥中心线距离；
b—第二桥转β2至时，转向臂球头中心到前桥中心线距离；
β1的每个瞬时转向角都有一个对应的a；β2的每个瞬时转向角都有一个对应的b。
将（1）式、（2）式合并，得：
    （3）
定义（3）式为前一、前二前桥总成内轮转角的总传动比i 。
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∵
∴
；
确定i
桥两前桥内轮每一瞬时都绕同一中心旋转。
3　双前桥转向时车轮转向角精度保证措施
双前桥汽车转向时，第一轮内轮转角β1由方向盘控制，第一桥外轮转角α1由第一桥内轮转角β1及第一桥转向梯形共同控制；第二桥内轮转角β2由第一桥内轮转角β1及双前桥内轮转角总传动比i 共同控制，第二桥外轮转角α2由第二桥内轮转角β2和第二桥转向梯形共同控制。
可见，双前桥汽车转向时，只有第一桥内轮转角β1由司机控制，是主动的。其余三个车轮都要跟随第一桥内轮做被动地转动，刚性的绕着一个共同的转向中心做不拖滑、纯滚动地转弯，达到减少轮胎磨损，减少汽车油耗的目的。
第二桥内轮转角β2的精确度直接影响第二桥两个轮的转向效果。提高第二桥内轮转角β2精度的保证措施就是精确地选择双前桥内轮转角的总传动比i 。
目前，国内外采用的双前桥设计软件可以实现第二桥内轮实际转向角与理论转向角误差保证在2°以内，但受车辆其它因素影
响，仍存在第二桥拖磨吃胎的问题。为优化前桥转向机构，需要尽可能小的减小第二桥内轮实际转向角与理论转向角误差。用此方法可以将实际转角与理论转角误差控制在0.6°以内。
4　双前桥内轮转角总传动比影响因素及初选原则
根据汽车构造及转向原理，双前桥内轮转角总传动比i 有i 1、i 2、i 3三部分组成，如图2所示。
双前桥内轮转角总传动比i 分配、初选有以下原则：
分配原则：    （4）
其中：
；
；
；
增大i 1，可降低中间纵拉杆受力；初选原则：
i 位置；
约初选在
位置。
i min —第一桥内轮转角1°时转角总传动比；
i max —第一桥内轮转角最大时转角总传动比。
5　某6X2载货汽车内轮转角校验、优化
已知某品牌6X 2载货汽车，轴距L=5600mm ，L 1=3800mm
，
转向系统总传动比；校验
二桥实际内轮转角与理论转角的误差，评估i 值并优化。
通过公式
内转角：
（5）
式中：β2T —第二桥理论内轮转角；将前一桥不同转角带入（5）式，得出第二前桥理论内转角及对应的双前桥内轮转角理论总传动比i T 。如表（1）所示。
.
.....
1010°  6.82303°0.68415911111°7.51399°0.685335912
12°
8.20744°
0.686625
......
2020°13.87326°0.701054921
21°
14.59993°
0.7033781
......
2525°17.55857°0.7138372626°18.31255°0.716745127
27°
19.07279°
0.7197707
......
3131°
22.18204°0.7330536
......
3535°25.4143°0.7482158
表1　一桥内转角与二桥理论外转角、理论总传动比关系
图2　双前桥转向系统关系图
r2
r1
i1=r2/r1r3r4
r5
r6
第一桥第二桥
i2=r4/r3
i3=r6/r5
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已知车辆设计i=0.78863，验证此传动比状态下一桥内轮转向后对应的二桥实际内轮转角（为简化计算过程，对β1=1°、β1=10°、β1=25°、β1=35°四种转角情况进行校验）。
∵sinβ2R=i·sinβ1    （6）
式中：β2R—第二桥实际内轮转角
通过（6）式可求得：
当β1=1°时，；
当β1=10°时，；
当β1=25°时，；
当β1=35°时，；
将以上计算结果与表（1）对比可知，在一桥大转角状态下二桥理论内转角与实际内转角差较大，约为2°，需要重新选择内轮转角总传动比i。
根据双前桥内轮转角总传动比i的初选原则及表（1）。初选β1=26°状态下的i值为优化后的内轮转角总传动比，即i=0.7167451，通过公式（6）计算四种转角情况下的二桥实际内轮转角。
当β1=1°时，；
当β1=10°时，；
当β1=25°时，；
当β1=35°时，；
与表（1）对比，在一桥大转角状态下二桥理论内转角与实际内转角仍存在偏差，约为1.2°，可进一步重新选择内轮转角总传动比i。
通过多次校验，选β1=31°状态下的i值为优化后的内轮转角总传动比，即i=0.7330536，通过公式（6）计算四种转角情况下的二桥实际内轮转角。
当β1=1°时，；
当β1=10°时，；
当β1=25°时，；
当β1=35°时，。
统计三种内轮转角总传动比值i选择结果
列入表（2），为便于计算，β2T、β2R统计时取
计算结果的小数点后两位。
表2　各总传动比状态下二桥理论与实际
统计表
经校验，双前桥内轮转角总传动比
i=0.7330536状态下，一桥内轮转向时二桥理
论内转角与实际内转角误差最小，可保证在
通过以上方法可知，选取合适的值，第
≤0.6。可最大限度的保证双前桥车辆在转向
全过程中，双前桥能基本绕同一瞬时中心点
旋转。
6　结论
通过分析双前桥总成转向关系，可以得
出前一、前二前桥总成内轮转角的总传动
比i，通过与车辆设计的转向系统总传动比
进行比对，可以评估、确定最优内轮转角的
总传动比，以保证双前桥在任意转向状态下
前一、前二前桥总成可基本绕同一中心点旋
转，以减少拖磨、降低油耗。
改过该方法，将批产的某品牌6X2载货汽
车转向机构进行了结构优化，实现了一桥内
轮转向时二桥理论内转角与实际内转角误差
0.55°的最优匹配。该技术可推广至其它需
具备同步转向的机构设计中，同时可作为解
决轮胎拖磨吃胎、降低商用车油耗的一种解
决方案。
参考文献：
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学出版社，
2010.
作者简介
（1984—），男，山东诸城人，机械设
计制造及其自动化本科生，现主要从事
商用汽车前桥总成及相关零部件的设计
研发工作。
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