整車跑偏原理和問題解決

石 磊

（上海通用汽車有限公司，中國 上海 201206）

專題研究

整車跑偏原理和問題解決

石 磊

（上海通用汽車有限公司，中國 上海 201206）

影響整車跑偏的因素主要有: 輪胎性能、整車四輪定位、轉向助力不平衡及路面傾斜程度等。賽歐跑偏主要原因是整車四輪定位前輪主銷后傾差超過標準。為改善整車行駛向右跑偏的趨勢，需要調整前輪主銷后傾差（左側-右側）處于負值0.3度左右。為實現(xiàn)前輪主銷后傾調整目的，設計和改善主銷后傾調整裝配工裝，最終滿足了裝配工藝和整車四輪定位調整的要求，改善了賽歐跑偏性能，降低了客戶的抱怨，攻關小組因此獲得了上汽集團2002年技術創(chuàng)新一等獎。

四輪定位；輪胎錐度 Conicity；輪胎殘余回正力矩PRAT；輪胎滾動半徑RPK

CLC NO.:U463.3Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)11-07-05

1、研究背景

1.1 車輛跑偏定義Vehicle Pull

跑偏:車輛勻速直線行駛中向左或右偏離的現(xiàn)象。

1.2 跑偏測量標準

1.2.1 標準1：全球跑偏標準，車速勻速100km/h手握方向盤，保持車輛直線行駛時，施加在方向盤上扭力測量標準<=0.5Nm，測量工具：KEMKRAFT。

1.2.2 標準2：直線行駛80米，車速80km/h或者100km/h，偏離中心距離<1m.

1.3 跑偏按發(fā)生的時機分為行駛跑偏和制動跑偏

制動跑偏主要是由于制動系統(tǒng)故障引起的。行駛跑偏按其表現(xiàn)形式分為偶發(fā)性跑偏、固定跑偏；按跑偏方向分定向跑偏和不定向跑偏。JD POWER各品牌車輛對跑偏問題評價是對整車感知質量重要評價指標。

2、車輛跑偏原理及影響因素

車輛特性造成跑偏影響主要因素分為：

2.1 四輪定位影響

2.1.1 前束

2.1.2 外傾

2.1.3 主銷后傾

2.1.4 主銷內傾角不等

2.1.5 推力角

2.2 輪胎特性

2.2.1 輪胎錐度Conicity

2.2.2 殘余回正力矩PRAT

2.2.3 輪胎周長RPK

2.2.4 輪胎胎壓

2.3 轉向助力不平衡

2.4 外部因素

2.4.1 路面傾斜程度

中國車輛靠右行駛，正常情況下，左側車輪會高于右側車輪，產生的側向分力使車輛向右跑偏

2.4.2 左右側行駛阻力不一致

2.5 造成跑偏其他影響因素還有

2.5.1 側滑，多數(shù)由輪胎引起

2.5.2 剎車不對稱、打滑，制動鼓與制動片間隙調整不均勻。

2.5.3 懸掛零件磨損，變形，失調。例如：轉向節(jié)變形

2.5.4左右側軸距不一致，行駛方向將偏向軸距較小的一側。

2.5.5 輪轂軸承磨損，出現(xiàn)間隙，產生松曠，或者前輪輪轂軸承松緊度不一致。

2.5.6左右前輪懸架彈簧變形差異較大

2.5.7載荷分布不均，車身高度左右不一致

引起跑偏問題的因素可能受以上一個因素或者幾個綜合因素共同影響,尋找主要影響因素是一個復雜的分析過程.以下是詳細闡述影響跑偏的主要因素.

3、四輪定位

3.1 四輪定位定義

為了汽車穩(wěn)定行駛、轉向輕便，必須用懸掛系統(tǒng)保證車身、車輪與地面之間有一定的相互關系，為了確保這三者之間應該具有的一定相互位置關系，稱之為“四輪定位”。

3.2 四輪定位作用

·減少輪胎磨損

·保持直行時轉向盤正直，維持直線行車

·轉向后轉向盤自動歸正

·減少燃燒消耗

·減低懸掛部件耗損

·補償車輪定位中的間隙

·減少車輪抖動的傾向

當車輛使用較長時間，用戶發(fā)現(xiàn)方向轉向沉重、發(fā)抖、方向盤不正，輪胎單邊磨損、波狀磨損、塊狀磨損、偏磨等不正常磨損，以及用戶駕駛發(fā)現(xiàn)整車跑偏，車感漂浮、顛簸、搖擺等現(xiàn)象時，就應該進行車輪四輪定位的檢查和調整。

3.3 影響跑偏的四輪定位包括以下幾個因素

3.3.1 前束角（Toe）

3.3.1.1 前束角的定義

從車輛的前方看，于兩輪軸高度相同處測量左右輪胎中心線之間的距離，車輪前端距離與后端距離的差值稱為前束角。前端距離大于后端距離為負前束，反之為正前束。相等為零前束。

3.3.1.2 前束作用

前束設計是為了補償輪胎轉離正常位置的偏差，是為了消除車輪外傾造成的不良后果。如果前束調整不正確，輪胎將轉向不足或者轉向過度，輪胎將不再直線行駛，進而引起輪胎羽狀或鋸齒狀磨損。

（1）防止外傾引起的外束化

（2）預防行駛阻力產生的外束化

3.3.1.3 癥狀判斷

正前束太大造成：

◆ 輪胎外側快速磨損

（1）對子午胎，會有類似正外傾角太大所形成的磨損形態(tài)。

（2）磨損形式為鋸齒狀或羽狀。

（3）當用手由輪胎之內側向外側撫摸，胎紋內緣有銳利的感覺。

◆ 轉向不穩(wěn)定

（1）直行性差。

（2）車輪發(fā)抖。

負前束太大造成：

◆ 輪胎內側快速磨損

（1）對子午胎，會有類似負外傾角太大所形成的磨損形態(tài)。

（2）磨損形式為鋸齒狀或塊狀。

（3）當用手由輪胎之外側向內側撫摸、胎紋內緣有銳利的感覺。

◆ 轉向不穩(wěn)定

（1）直行性差。

（2）車輪發(fā)抖。

3.3.2 外傾

3.3.2.1 車輪外傾角定義

輪胎的上沿偏向車輛內側（朝向引擎，負外傾角）或外側（偏離引擎，正外傾角）的角度。

外傾說明：車輪外傾指從車輛正前方觀察時，車輪偏離垂直方向的角度。當車輪頂部向外傾斜時，車輪外傾為正(+)。當車輪頂部向內傾斜時，車輪外傾為負(-)。傾斜程度以偏離垂直方向的角度來衡量。

3.3.2.2 外傾功能

調整車輛負載作用于輪胎的中心，消除跑偏，減少輪胎磨損。

（1）減輕方向盤的操作力

（2）減輕轉軸上的負擔

（3）預防車輪脫落

外傾角不正確：

正外傾角太大的影響：

（1）輪胎外側單邊磨損；

（2）懸掛系統(tǒng)零件磨損加速；

（3）車輛會朝著正外傾角較大的一側跑偏。

負外傾角太大的影響：

（1）輪胎里側單邊磨損

（2）懸掛系統(tǒng)零件磨損加速

3.3.2.3 外傾對跑偏的影響

前輪外傾影響：車輪單側外傾過大，會導致輪胎單側異常磨損，而前輪總外傾（左外傾-右外傾）過大，直接會導致車輛向外傾大的一側跑偏

案例：左前輪外傾角設定為1.0o，右前輪外傾角設定為0.5o,車輛向左跑偏。(左右輪外傾角相差0.5o,車輛就出現(xiàn)跑偏。)

3.3.3 主銷后傾

3.3.3.1 主銷后傾角定義

上球頭或支柱頂端與下球頭的連線（轉向時，車輪圍繞其進行轉向運動的轉向軸）向前或向后傾斜的角度。向前傾斜稱為負主銷后傾角，向后傾斜稱為正主銷后傾角。

3.3.3.2 功能

影響轉向穩(wěn)定性及轉向后方向盤自動回正能力。

（1）通過后傾角提供恢復力，恢復車輛直線行駛狀態(tài)；

（2）通過主銷縱傾移距提供恢復力。

3.3.3.3 注銷后傾對跑偏影響

（1）主銷后傾角太小造成不穩(wěn)定：

轉向后缺乏方向盤自動回正能力；車速高時發(fā)飄（車輛在高速公路上行使時應對此項予以充分重視）。

（2）主銷后傾角不對稱造成跑偏：

左右兩輪之主銷后傾角不相等超過30’（0.5o）時車輛出現(xiàn)跑偏。跑偏方向朝向主銷后傾角較小的一側。

例如：左前輪主銷后傾角設定為+0.50，右前輪主銷后傾角設定為+1.50，則這輛車向左跑偏。

3.3.4 退縮角（Setback）

3.3.4.1 定義

退縮角表示前后車軸的平行度，前后軸完全平行，稱為零退縮角，低于30’沒有明顯異常。

退縮角形成的原因：

（1）造廠（特別的設計，主要是為了抵消路拱的影響）

（2）撞擊

3.3.4.2 退縮角對跑偏影響

退縮角事實上反映了車輛軸距的變化。退縮角達到某種程度，車輛將出現(xiàn)跑偏、跑偏方向朝向軸距較小一側。

3.3.5 主銷內傾角

3.3.5.1 定義

從汽車的前方觀察主銷軸，其上部傾向于車輛的內側，與和路面的鉛直線形成的夾角。

主銷內傾角既有自動回正作用，又有轉向輕便作用。會導致地面切向反力對主銷的力矩不一致。

3.3.5.2 作用

（1）減輕方向盤操作力

（2）減輕車輛行駛和制動時的沖力

（3）對方向盤具有恢復力

3.3.5.3主銷內傾角對跑偏影響

對于后輪驅動車輛，前輪切向力向后，有促使向主銷內傾角較小的一邊跑偏的傾向。對于前輪驅動的車輛，驅動力向前，有促使向主銷內傾角較大一邊跑偏的傾向。

前輪驅動車輛，受到制動力作用，切向力方向向后，汽車向主銷內傾角較小的一邊跑偏。

3.4 四輪定位測量方法

測試設備有二種：

（1）FORI四輪定位測量設備，100%測量

（2）Hunter四輪定位測量設備，抽檢設備

3.5 四輪定位影響因素

3.5.1 車身定位尺寸

3.5.1.1 副車架安裝定位孔

3.5.1.2 后橋安裝定位孔

3.5.1.3 前后避震孔

3.5.2 副車架底盤安裝工裝

3.5.3 底盤零件

3.5.3.1 輪胎尺寸和氣壓

3.5.3.2 副車架尺寸或四輪定位預調數(shù)據(jù)

3.5.3.3 后橋尺寸或四輪定位預調數(shù)據(jù)

3.5.3.4 避震器尺寸和避震器彈簧剛度

3.5.4 整車重量分布(內飾高度)

4、輪胎性能

4.1 輪胎錐度 Conicity

4.1.1 定義：輪胎制造時因尺寸的差異產生輪胎似錐體狀,造成車輛向一邊作用的橫向力，產生車輛跑偏，跑偏方向沿左右輪胎橫向力總和方向。

4.1.2 輪胎錐度管理

4.1.2.1 輪胎錐度方向管理

輪胎錐度通過出廠前設備自動檢測確定錐度方向，并在輪胎側邊打點，裝配左右輪胎時，保證輪胎打點方向向外側，從而左右錐度產生的橫向力互相抵消。

4.1.2.2 輪胎錐度分級管理

輪胎在制造過程中由于工藝波動造成Conicity數(shù)據(jù)差異較大，針對前輪對Conicity敏感性強的特點，對輪胎錐度進行分級，Conicity數(shù)據(jù)較小的輪胎裝配在前輪，有效降低跑偏可能。

4.2 PRAT

4.2.1 PRAT定義:

PRAT全稱: plysteer residual aligning torque殘余回正力矩

4.2.2 PRAT由輪胎設計時決定, 由輪胎花紋和帶束層角度及簾線角度而產生PRAT, 造成設計時已經決定的橫向力矩. 它能用來幫助取消駕駛中由于其他原因諸如公路邊坡等產生的轉矩

4.2.3 PRAT是輪胎設計的殘余回正力矩，如果所有方案均無法改進跑偏趨勢，可以通過改變輪胎的設計結構，改善PRAT，但需要重新做相關的工程試驗。

4.3 輪胎滾動半徑RPK

4.3.1 輪胎制造時因輪胎左右周長尺寸的差異，造成車輛向一邊作用的橫向力，車輛發(fā)生跑偏，車輛向輪胎滾動半徑尺寸較小的方向跑偏。

4.3.2 針對RPK的改善：某車型輪胎設置專用硫化機PCI管線生產，改善后在測試的一批輪胎結果，輪胎RPK控制情況良好，極差基本控制在+/-1mm內。

4.4 輪胎氣壓

左右前輪的氣壓差異將直接影響車輛跑偏，車輛將會朝方向氣壓低的方向跑偏。

5、跑偏綜合問題解決

5.1 四輪定位改進

5.1.1 前輪外傾改進.

某型號車輛有向右行駛跑偏問題，左右前輪外傾差大于0.5度，并右輪外傾偏大，通過調節(jié)前避震與轉向節(jié)裝配工裝，降低右外傾的數(shù)值，提高左外傾數(shù)據(jù), 使前輪外傾差接近0，有效降低跑偏趨勢。

避震安裝孔單個孔的間隙最大可達到0.25mm，那么對總的外傾影響的理論值約為0.5Deg左右?？梢酝ㄟ^制作避震與轉向節(jié)裝配工裝，調節(jié)避震與轉向節(jié)相對角度α，從而達到調節(jié)外傾差的目的。

5.1.2 車身安裝孔改進

某車型售后有向左跑偏趨勢，四輪定位測量結果左右外傾差在+0.5至0范圍內，通過對車身前輪罩避震孔調整，及副車架安裝孔調整，使總外傾控制在+0.2～-0.5范圍內，有效改進了向左跑偏的趨勢。售后IPTV明顯下降。

以下是某車型通過調整車身孔位使總外傾最終控制在+0.2～-0.5范圍內。

5.2 輪胎改進

跑偏故障的定位前工作：如果車輛癥狀是車輛跑偏，則在定位前應首先確定此種跑偏是否由側滑引起。具體的方法為：

如果是真空胎（子午胎），將前輪左右兩車輪進行互換對調，然后試車。如果車輪左右對調后跑偏方向朝向對調前的相反方向，可以確定前輪側滑是影響因素之一。解決的辦法有兩個：

辦法一：四車輪全面對調，直至找到消除跑偏的組合；

辦法二：將前軸兩車輪中任一車輪的輪胎拆下，翻面（180 o）后再裝上。輪胎翻面后大多數(shù)情況下可以大幅度降低側滑引起的跑偏。如果效果不明顯則建議更換新輪胎。

某車型有向右行駛跑偏的趨勢，經過左右輪胎互換，跑偏趨勢有改善或者向相反方向跑偏。測量左右Conicity數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)前輪Conicity過大，需要加強對前輪Conicity分級控制。

5.2.1 輪胎錐度方向控制

將原錐度方向同向控制，更改為錐度方向相向控制。

5.2.2 輪胎錐度分級控制

原前輪Conicity分級控制0～5kgf標準，加嚴控制0～2.5kgf標準。

后輪控制2.5～5.5kgf標準內。

以下是某車型通過控制Conicity方向和提高分級控制方法有效控制了跑偏趨勢：

5.3 動力轉向機性能

5.3.1 液壓動力轉向機控制左右方向助力的性能要求必須對稱，否則車輛行駛將向助力較大的方向跑偏。

5.3.1.1 油液臟污、轉向控制閥回位彈簧變軟，不能及時回位。

5.3.1.2 轉向控制閥閥芯偏離中間位置造成左右助力不對稱，或者閥芯與閥體臺肩的間隙大小不一致，正?；y在中間位置間隙0.1～0.2mm。

5.3.1.3 流量控制閥卡滯，使動力缸左右腔壓力不一致。

5.3.1.4 轉向控制閥扭力桿彎曲，由于工作狀態(tài)承受較高的背壓，致使扭力桿承受較高的扭轉力而變形，使閥套與控制閥不能處于中間位置。

5.3.2 電子轉向助力器也需要控制左右移動力對稱性能，有些電子轉向機能夠根據(jù)整車跑偏趨勢進行自動調節(jié)，將跑偏趨勢通過電子轉向助力器性能進行糾偏，保持直線行駛狀態(tài)。

6、結論

解決跑偏問題步驟：

6.1 確定輪胎影響因素

6.1.1 檢查輪胎氣壓和型號

6.1.2 左右輪胎互換和輪胎翻面，大多數(shù)跑偏問題得到解決和改善

6.1.3 可以通過錐度方向相向控制和提高前輪輪胎分級精度降低輪胎的影響

6.2 確定底盤零件間隙和變形

6.2.1 檢查左右前輪軸承調整間隙是否一致, 檢查方法用手摸制動鼓和輪轂軸承部位是否過熱，若溫度較高，說明輪轂軸承單邊過緊，跑偏方向往軸承過緊的一側。

6.2.2 檢查四輪懸架彈簧、轉向節(jié)、穩(wěn)定桿和前擺臂等底盤零件是否變形和斷裂。

6.2.3 測量左右軸距是否相等。

6.3 車體傾斜

如以上檢查均正常, 下一步應對四輪定位進行檢查和調整。

6.4 四輪定位影響

6.4.1 前輪主銷后傾角左右不對稱，偏差超過0.5o。車輛朝主銷后傾角小的一側跑偏。

6.4.2 前輪外傾角左右不對稱，偏差超過0.5o。車輛朝前輪外傾角正值最大的一側跑偏。

6.4.3 后輪外傾角左右不對稱，偏差超過0.5o。車輛朝后輪外傾角最小的一側跑偏。

6.4.4 根據(jù)前后軸的退縮角可以觀察到車輛軸距的變化。前后退縮角之和超過0.2o,就會出現(xiàn)可感覺到的跑偏，跑偏朝向軸距小的一側。

6.4.5 消除四輪定位影響，可以通過改善底盤零件的裝配工裝和零件尺寸，以及車身裝配孔位尺寸，使四輪定位數(shù)據(jù)向有利于跑偏改善的方向調整。

6.5 轉向機影響

6.5.1 檢查橫拉桿球頭配合磨損情況

6.5.2 左右橫拉桿尺寸調整一致性

6.5.3 轉向液清潔度情況

以上確定無異常，更換轉向機測量轉向性能特性

6.6 如果以上解決方案仍然無法解決跑偏趨勢，可以通過改進輪胎的設計，改進PRAT殘余回正力矩，此參數(shù)是設計初期根據(jù)整車綜合表現(xiàn)加以試驗確定的，如果需要改進，需要做相關的試驗，改進周期較長。

Vehicle deviation principles and problem solving

Shi Lei
（Shanghai General Motors Co., Ltd., China Shanghai 201206）

The main factors affecting vehicle deviation mainly include: tyre performance、vehicle wheel alignment、steering power imbalance and inclination degree of road surface.The main reason for sail deviation is that the difference of front wheel Kingpin Caster is out of spec. In order to improve the right-deviation trend, front wheel Kingpin Caster difference(left-right) needs to be adjusted around -0.3 degree. In order to achieve Kingpin Caster improvement, the assembling tooling was designed and improved. Finally, the requirement of assembling process and vehicle alignment adjustment was achieved. Sail deviation performance was improved whereas the customer complaint decreased. Therefore, the task force was awarded with the first prize of SAIC 2002 technology innovation.

wheel alignment; tire conicity; tire residual self-aligning torque PRAT; tire rolling perimeter RPK

U463.3

A

1671-7988(2014)11-07-05

石磊，就職于上海通用汽車有限公司。