摘要:随着90、00后加入卡车司机行业，司机对卡车的颜值、舒适性和驾乘感要求越来越高。但方向盘歪斜故障的频率越来越高，严重影响司机的驾乘感受。本文将对方向盘歪斜进行解析，并提出解决方案及预防措施，希望为商用车整车设计、防再发提供一点绵薄之力。
关键词: 商用车 方向盘 钢板弹簧
Abstract：With the personnel joining the truck driver industry after 90 and 00, the driver's requirements for truck comfort and driving feeling are getting higher and higher. However, steering wheel skew faults are becoming more and more frequent, which seriously affects drivers' feelings. This article will analyze the steering wheel deflection and propose solutions and preventive measures, hoping to provide a little help for commercial vehicle design and prevention of recurrence.
Keywords：commercial vehicle Steering wheel Leaf spring
引言
根据统计数据显示：卡车司机每天单次驾车的平均时间是7.8小时，有9.2%的卡车司机驾车平均时间在12小时以上[1]，可见车辆操控性的好坏对卡车司机的劳动强度有很大的影响。
近来，在网上各大论坛中都可以看到司机抱怨方向盘歪斜的帖子，而网友给的处理意见大部分是给车辆进行“四轮定位”。方向盘歪斜是指车辆正常直线行驶时，方向盘的中性面与车辆行驶的方向不一致，他们之间存在一个夹角θ（见图1）。根据国标7258要求：机动车方向盘的最大自由转动量不允许大于20°[2]，则θ应≤10°。当θ＞10°时，我们称为方向盘歪斜。
通过对方向盘歪斜进行的问题车辆跟踪落实，我们发现：卡车空车直线行驶时方向盘是对中的，但满载并直线行驶时方向盘是歪的；要么就是反过来。这也是造成众多卡车司机不解的地方。下面本文将对造成该问题的主要原因进行重点解析。
正文
通过前面介绍，我们知道：车辆空、满载时，主要变化的是前轴轴荷。轴荷变化致使板簧的弧高变化，出现转向-悬架运动干涉；由于地面对轮胎的阻力大，不会发生偏转，最终导致方向盘发生偏转而造成方向盘歪斜。
1.转向-悬架运动干涉分析
下面我们以某厂商的一款4x2载货车为例，分析其配多片簧和少片簧时，空、满载状态下方向盘的角度变化。经过测量：车辆空载时整车质量为6500kg，前桥簧上质量为3000kg；满载时整车质量为20000kg，前桥簧上质量为6400kg；与其匹配的多簧板簧刚度350N/mm，少片簧板簧刚度300N/mm。现在以空载状态为基准，同时要求此时方向盘对中。
表1 空-满载行程
如下表1所示：该车辆由空载加载到车货总重20000kg时，多片簧和少片簧弧高变化分别是43.3mm和55.5mm。
通过平面作图法，我们可知，该车加载到车货总重20000kg时，转向垂臂将会向前摆动α1=0.571度和α2=0.667度（如图2所示）。
可知，转向器的传动比K=21;
反馈到方向盘的转角为θ= K*α：
多片簧时：θ1=21x0.571=12°＞10°；
少片簧时：θ1=21x0.667=14°＞10°；
综上分析：不管是多片簧还是少片簧，车货总重达到20000kg后方向盘已经出现歪斜现象。如果转向器的传动比更大或转向-悬架协调性不合理时，空、满载反馈到方向盘的转角差更大，更加影响司机的驾乘感。
2.改善措施
结合本文分析，造成方向盘歪斜主要的因素是转向—悬架运动干涉了，但对于现有传统的转向系统布置，为了确保整车的舒适性，随着板簧的刚度降低后，满载时方向盘不对中的问题是难以避免的；为了降低该问题的影响，目前常见处理措施有：
2.1空载时，让方向盘向左偏转几度，以便抵消满载时方向盘偏转角，从而达到空、满载时，方向盘的偏转角θ≤10°；这样可以避免方向盘在空载或满载某一状态下方向盘明显歪斜的问题；
2.2加大板簧刚度，减少板簧从空载到满载状态下的变形，从而降低方向盘偏摆角度；但该措施不符合发展趋势，不建议采用；
2.3虽然前面两个措施可以降低方向盘歪斜的角度，但无法做到完全消除。为更好的解决该问题，建议转向器安装位置移到了前桥工字梁上，转向器与前桥之间是刚性连接，不存在弹性元件，转向器与前桥可视为一个整体，他们之间的相对运动将不会随着悬架的跳动而发生变化；另虽然角传动器（通过减震元件与车架连接）与转向器（通过前桥、板簧及板簧支架等零件与车间连接）之间存在板簧这个弹性元件，但是转向传动轴的长度是可变的，足以弥补转向悬架的运动干涉量，同时不会增加转向传递的虚位，有效的解决了转向悬架运动协调性校核中出现的运动干涉问题[3]；具体详见《一种新型商用车转向系统的研究》。通过本措施，可以有效的解决方向盘歪斜的问题。
3.小结
为解决方向盘歪斜而影响司机驾乘感的问题，本文研究了由于转向-悬架运动干涉的影响，通过上述分析，我们了解了方向盘歪斜的形成的原理和如何避免。VOLVO在2014年的汉诺威车展上展出的独有转向系统是采用分体式转向器，同时也将转向器移到了车桥上；该措施可以解决方向盘歪斜。
本文的研究内容对商用车系统设计提供了参考，具有实际的工程价值和意义，但由于作者水平的不足，在有限的时间和条件下，还有一些工作需要进一步探索和完善，例如：零件设计时，在图纸上关键尺寸是存在公差的，没有对影响方向盘歪斜进行尺寸链分析；另一方面也没有对转向器和拉杆球头的虚位移进行分析。
参考文献:
【1】传化公益慈善研究院“中国卡车司机调研课题组” 中国卡车司机调查报告 NO.1[M] 第1版 北京：社会科学文献出版社，2018
【2】GB7258-2017 机动车运行安全技术条件[S]
【3】李海碧.一种新型商用车转向系统的研究[D] 长沙：湖南大学，2017
论文作者:李海碧
论文发表刊物:《防护工程》2019年11期
论文发表时间:2019/9/4
标签：方向盘论文; 歪斜论文; 转向器论文; 时方论文; 前桥论文; 司机论文; 卡车论文; 《防护工程》2019年11期论文;