輕型客車行駛跑偏研究與分析

吳 帥，張振東，郁 強2

（1.上海理工大學機械工程學院，上海200093；2.上汽集團商用車技術中心，上海200438）

0 引 言

汽車行駛跑偏是指汽車在正常直線行駛時，駕駛員將轉向盤自由地置于中間位置，而汽車行駛方向總是有規(guī)則地向右或向左偏離汽車縱軸線方向的現(xiàn)象。

一般汽車行駛跑偏容易導致零部件和輪胎磨損加快，油耗增加，動力下降，轉向抖動發(fā)飄；嚴重時會導致爆胎，甚至車輛失控。故對整車行駛跑偏進行分析并采取相關措施降低跑偏發(fā)生概率是十分必要的。

Minitab（Mini+Tabulator=小型+計算機）是1972年美國賓夕法尼亞州立大學開發(fā)的產品，以菜單的方式構成，無需學習難度較大的命令文，只需擁有基本的統(tǒng)計知識便可使用。其圖表支持良好，特別是與六西格瑪關聯(lián)，為持續(xù)質量改善和概率應用提供準確、易用的工具［1］。采用Minitab尋找變量之間的關系，可以得到比較準確的結果。

1 輕型客車行駛跑偏因素分析

目前，衡量汽車行駛跑偏沒有詳細的國家標準，通常測量的方法有兩種：一是汽車在平坦直路上制動或是行駛1 000 m，最大的偏差在4～5 m以內可算正常；二是手力標準，為了維持車輛直線行駛需要施加的方向盤扭矩，一般小于0.45 N·m。

車輛行駛跑偏通常由車輛特性和外部因素構成，其中，車輛特性包括轉向裝置、四輪定位、車輛結構和輪胎四部分；外部因素包括輪胎氣壓、路面傾斜和風向，如圖1所示。

1.1 輕型客車行駛跑偏特征

（1）以50～90 km／h速度行駛時跑偏比較明顯，即中高速時跑偏明顯；

（2）左右舵車型都跑偏，跟轉向系無關；

（3）隨車身生產精度變化而變化。

1.2 交換實驗及結果分析

根據(jù)整車跑偏問題反饋和統(tǒng)計，進行交換試驗，縮小原因查找范圍，然后將不跑偏車輛和跑偏車輛進行底盤件與車身的互換，包括副車架、后橋、懸架。先換副車架，再換懸架，然后是后橋。

交換實驗結果如表1：交換副車架、懸架、后橋后，跑偏車輛依然跑偏；正常車身交換到跑偏車輛后，跑偏車輛恢復正常。由此確定車身為跑偏問題源頭。由于是剛下線的新車，尚未投入市場，故排除外部因素；由于左右舵車型都跑偏，排除轉向裝置因素；相同車型同時存在跑偏與不跑偏現(xiàn)象，與車輛結構無關；問題車輛車身換上正常車輛底盤件之后依然跑偏，故車身是跑偏的問題來源。

表1 交換實驗結果

車身零部件安裝尺寸最終會影響四輪定位參數(shù)，所以重點分析四輪定位對車輛行駛跑偏的影響；同時，基于邏輯常識，輪胎的狀況也是行駛跑偏的一個重要影響因素，因而也進行了相應分析。

2 四輪定位與輪胎對行駛跑偏的影響分析

2.1 前輪前束

前輪前束是指車輛幾何軸線與車輪中心線的夾角，作用是減小或消除因前輪外傾使前輪前端向外滾動所造成的不良后果。前束角與外傾角配合，可以降低車輛行進時對輪胎的磨損，補償由于前輪外傾角的存在而使地面對輪胎產生的側向力，使駕駛穩(wěn)定［2］。前輪前束隨著前輪外傾角的增大而增大，隨其減小而減小。

2.2 前輪外傾角

前輪外傾角是車輪中心平面與垂直面間的夾角。外傾角與主銷內傾角構成主銷偏距。合適的主銷偏距使車輛易于駕駛，既可以減小路面的沖擊，又可以使方向盤有很好的回正能力。如果車輪上端向外傾斜即為正外傾角，可以減少轉向時所需的力量，使轉彎較為輕松，如果車輪上端向內傾斜，為負傾角，可幫助汽車抵抗轉彎時的離心力。

2.3 主銷內傾角

主銷內傾角是指主銷裝在前軸略向內傾斜的角度，它的作用是使前輪自動回正。角度越大前輪自動回正的作用就越強烈，但轉向時也越費力，輪胎磨損增大；反之，角度越小前輪自動回正的作用就越弱，因此這個主銷內傾角有一個范圍，約5°～8°之間［3］。

2.4 主銷后傾角

主銷后傾角是轉向旋轉軸與車輪軸中垂線的夾角。它使車輛轉彎時產生的離心力所形成的力矩方向與車輪偏轉方向相反，迫使車輪偏轉后自動恢復到原來的中間位置上。由此，主銷后傾角越大，車速越高，前輪穩(wěn)定性愈好。但后傾角大也會令駕駛者轉動方向盤費力，因此主銷后傾角有一個范圍，一般不大于3°［3］。有些轎車的輪胎氣壓低彈性大，行駛時輪胎與地面接觸面中心向后移動，也會產生一種力矩，故后傾角可以減少，甚至變?yōu)樨撝担粗麂N前傾。

其中，主銷內傾和主銷后傾都可以使汽車轉向自動回正，并保持直線行駛。不同的是主銷內傾的回正作用與車速無關，而主銷后傾的回正作用與車速有關，所以高速時主銷后傾角的回正作用大，低速時主銷內傾角的回正作用大。

2.5 輪胎錐度對跑偏的影響

錐度效應指在輪胎的滾動過程中，總有作用于其上的側向力Fk使其偏離原來行駛方向的現(xiàn)象，新胎也有這種情況。

當車輪以一定的速度直線行駛時，錐形側向力Fk力圖使車輪向左或向右偏擺，超過一定值時，車輛就開始跑偏。駕駛員通過方向盤可以感覺到錐形側向力Fk的存在，并需要始終校正方向盤，才能保持車輛直線行駛［4］。

輪胎供應商可以通過對輪胎進行錐度大小和錐度方向分級，在輪胎大頭方向打空心或實心紅色標，進行錐度區(qū)分，將相同錐度等級的輪胎裝到同一輛車上，減少左右輪錐度的差異［5］。

2.6 輪胎殘留轉彎力對跑偏的影響

（1）殘留轉彎力：為了對抗路面傾斜而產生的橫力，輪胎本身的結構必須能產生向左推的力，是對抗路面斜度唯一的力，這個力稱為殘留轉彎力［4］。

（2）控制殘留轉彎力的方案：一款輪胎一旦設計完成，殘留轉彎力基本穩(wěn)定。因此，每一種車型在批量投產以前，要根據(jù)車輛自身的特性和跑偏趨勢，確定使用輪胎的殘留轉彎力。生產中車輛輪胎的殘留轉彎力已經確定，無法調整，為保證生產，必須通過控制前輪外傾差和后輪推進角，進行糾偏［6］。

3 某輕型客車行駛跑偏分析

3.1 車輛四輪定位設計參數(shù)

輕客四輪定位設計參數(shù)如表2所示。

表2 輕客四輪定位原設計參數(shù)

3.2 綜合分析

輕型客車主要是在中高速時跑偏，通過對四輪定位各角度的分析，中高速時主銷后傾角的回正作用較大，確定主銷后傾角偏小是本次跑偏核心原因；加大主銷后傾角，可以提高車輛高速行駛時的穩(wěn)定性，但不宜過大，不然會使轉向困難。

由于車輛設計過程是在引進車型消化吸收的基礎上進行，有不少參數(shù)沿用原車設計，包括四輪定位角度。原版車設計時，主銷后傾角較小，以滿足轉向輕便的要求。且原版車型所處生產環(huán)境、工裝、設備、人員整體狀況較好，可以保證生產精度，故原版車很少出現(xiàn)行駛跑偏現(xiàn)象。重新設計投產后，由于制造部門設備老化、維護保養(yǎng)不及時，很難保證生產精度，使主銷后傾角原本被制造能力掩蓋的設計偏小缺陷暴露。

輪胎錐度和殘留轉彎力，結合此次分析和抽檢結果，并不存在問題，不作為整改對象。

主銷后傾角設計偏小，加上制造精度不能滿足設計要求，導致了車輛行駛跑偏的發(fā)生。

4 改進措施

經過分析，可以通過調整車身下球銷中心點來改變主銷后傾角。調整量與主銷后傾角變化規(guī)律如表3所示。

表3 調整量與主銷后傾角的關系

利用Minitab統(tǒng)計分析軟件擬合散點，得到主銷后傾角與車身下球銷中心點變化量之間的關系，如圖2所示。

圖2 調整量與主銷后傾角關系

車身下球銷中心點調整量與主銷后傾角之間是線性關系，通過調整其X方向位置來調整主銷后傾角大小。最后，將右側下球銷中心點沿X方向調整3.5 mm，主銷后傾角增加到1.75°。

更換生產線核心工位焊接工裝，調整設備保養(yǎng)要求，加強員工培訓。

經過以上措施之后，輕型客車跑偏概率降低到1%以內，達到生產要求。

5 結 論

（1）較小的主銷后傾角，可以提升汽車轉向輕便性和操縱穩(wěn)定性，避免一部分轉向不足，但會影響直線行駛穩(wěn)定性；增大主銷后傾角，可以提高車輪自動回正能力，提升高速行駛穩(wěn)定性，但會使轉向沉重。適當提高主銷后傾角，可以減輕行駛跑偏；

（2）制造設備老化、維護不當影響制造精度，進而影響四輪定位參數(shù)，故在日常生產中，應該十分注意設備維護保養(yǎng)并做好定期檢查；

（3）采用Minitab軟件尋找變量之間的關系，可以為后續(xù)的參數(shù)調整、改進提供準確依據(jù)。

［1］何曉群，王作成.六西格瑪管理與MINITAB軟件［J］.中國統(tǒng)計，2005，（9）：41-42.

［2］柳 楊，劉紅領，陳 偉，等.影響汽車跑偏的因素［J］.計算機輔助工程，2006，（9）：165-168.

［3］李秀玲，王東鳳，賈玉芬.汽車行駛跑偏的原因探析［J］.制造業(yè)自動化，2011，33（2）：119-121.

［4］段曉靜，崔 杰.輪胎的錐度和殘留轉彎力對汽車直線跑偏的影響［C］.鄭州：第十屆河南省汽車工程技術研討會論文集，2013：385-386.

［5］李及春，王秀冰.汽車行駛跑偏與輪胎生產［J］.中外企業(yè)家，2013，（19）：173-174.

［6］沈逸敏.輪胎對汽車行駛跑偏的影響［J］.輪胎工業(yè)，2005，25（8）：498-499.