輪胎的錐度和殘留轉(zhuǎn)彎力對汽車直線跑偏的影響

邵明峰

摘 要：輪胎作為汽車行駛時影響其行駛狀況的重要部件之一，因為與路面直接接觸，對汽車的行駛性能具有極大的影響。這種影響是通過輪胎錐度和殘留轉(zhuǎn)彎力作用于汽車而產(chǎn)生的。文章對輪胎錐度和殘留轉(zhuǎn)彎力的產(chǎn)生原因進行了分析和探索，并探討了降低汽車直線跑偏幾率的可能性。

關(guān)鍵詞：輪胎；錐度；殘留轉(zhuǎn)彎力；直線跑偏

中圖分類號：U463.341 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）14-0075-02

當汽車在平直的道路上保持直線行駛時，駕駛員雙手離開方向盤后車輛無法繼續(xù)保持直線行駛，汽車自行偏向某側(cè)的行駛狀態(tài)，則被稱之為直線跑偏。存在直線跑偏問題的汽車，駕駛員只有按照一定方向操縱方向盤，方能保持直線駕駛。跑偏有可能引發(fā)多種后果，啃胎或輪胎報廢尚且在人們的接受范圍之內(nèi)，但嚴重跑偏的情況容易導致車輛失控等重大事故。

1 概述汽車直線跑偏現(xiàn)象

在車輛工程中，對于直線跑偏的定義，是指汽車前后軸的中心連線與其行駛軌跡的中心線存在差異因而使其偏離既定方向的現(xiàn)象。

造成汽車直線跑偏的因素有很多，排除其他因素之后，輪胎作為與路面直接接觸的重要部件，對其行駛性能影響最大。輪胎不但在為汽車提供驅(qū)動力、制動力和緩沖力方面具有最重要的作用，其性能的好壞還直接影響到整個汽車的行駛狀態(tài)。

一方面輪胎的充氣狀態(tài)、磨損度能對汽車的行駛狀態(tài)構(gòu)成影響，另一方面輪胎自身的品質(zhì)和性能也對汽車的行駛性能構(gòu)成巨大影響。

本文主要針對輪胎的錐度與殘留轉(zhuǎn)彎力對汽車直線跑偏的影響，做出了如下探討。

2 錐度效應(yīng)

2.1 錐度效應(yīng)概述

當汽車輪胎進行直線自由運動時，負荷半徑固定，速度恒定的情況下，每轉(zhuǎn)一周其側(cè)向力平均值被稱作側(cè)向力偏移。所謂錐度效應(yīng)，指的是不由輪胎旋轉(zhuǎn)方向的變化卻引發(fā)了側(cè)向力偏移的力學效果。

簡單來說，當輪胎在運行的整個過程中，錐形側(cè)向力Fk始終伴隨并產(chǎn)生作用，F(xiàn)k作用于輪胎會令其偏離原本的直線方向，新胎也會存在這種問題。

2.2 錐度效應(yīng)產(chǎn)生原因

因為工藝環(huán)境的差別，輪胎始終存在均勻性波動的情況，這里的均勻性包括幾何尺寸的均勻性、質(zhì)量的的均勻性、剛度的均勻性以及力的的均勻性，錐度效應(yīng)因此而產(chǎn)生。

輪胎與地面直接接觸，胎肩兩側(cè)會作用于路面上的壓力是不同的，在此過程中輪胎斷面呈現(xiàn)圓錐形變化趨勢，由此產(chǎn)生錐形側(cè)向力Fk。

2.2.1 制造因素所導致的輪胎剛度的不均勻性

現(xiàn)代輪胎制造工藝能夠?qū)⑾鹉z、簾布、鋼絲等材料通過多種工藝流程制作成為輪胎，這些復雜的橡膠制品卻無法保證所有的輪胎具有一致的特性，誤差和缺陷無法避免，因此致使輪胎的胎肩剛性呈現(xiàn)出不均勻性。這種因素導致的輪胎剛度不均勻，會使輪胎的斷面呈現(xiàn)不對稱的特征。

2.2.2 制造因素所導致的輪胎兩側(cè)胎肩厚度不一致

在制造輪胎的過程中，工藝的局限性促使輪胎兩側(cè)的胎肩厚度不一致，因此造成輪胎斷面形狀的不對稱，在輪胎進行直線運行時，就產(chǎn)生了錐形側(cè)向力Fk，輪胎的截面結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.3 錐度效應(yīng)對汽車直線跑偏的影響

當汽車的輪胎產(chǎn)生錐度效應(yīng)，意味著輪胎的斷面呈現(xiàn)圓錐形過程中，其外傾角等于0而引發(fā)了車輪外傾現(xiàn)象。輪胎保持某種速度進行直線運動時，錐形側(cè)向力Fk作用于車輪使其向某側(cè)偏擺，假設(shè)一輛車的左前輪與右前輪的錐形側(cè)向力分別是5 kgf與4.9 kgf，側(cè)向力的方向都向左，那么該車的的錐形側(cè)向力Fk值為9.9 kgf，跑偏的方向為左。假設(shè)該車的左前輪與右前輪存在相反的錐型側(cè)向力，兩者的錐形側(cè)向力都是5 kgf，那么該車的錐形側(cè)向力Fk值是零，引起跑偏的可能性也為零。因此，當一輛車兩個前輪具有方向一致的錐形側(cè)向力時，該車直線跑偏的可能性較大，反之，該車跑偏的可能性很小。一旦錐形側(cè)向力Fk超過定值，汽車跑偏就無可避免。此時，駕駛員能夠在控制方向盤時感受到錐形側(cè)向力Fk，必須不斷校正方向盤，按照一個方向行駛，才能保持汽車始終在直線行駛。

2.4 控制錐度效應(yīng)的措施

要控制錐度效應(yīng)，減少其對于汽車直線跑偏的影響，有以下幾點措施可以嘗試。

2.4.1 嚴格控制輪胎的錐度值

不論使用哪種工藝制造輪胎，輪胎的錐度效應(yīng)都無法消除，但我們能夠通過嚴格的標準明確錐度值，以此達到降低錐度效應(yīng)。目前，根據(jù)我國的輪胎制作相關(guān)標準，建議輪胎達到這樣的標準：

外直徑≤648 mm對應(yīng)錐度—CON—≤5 kgf；

外直徑≥648 hm對應(yīng)錐度—CON—≤6 kgf。

2.4.2 子午線輪胎工藝控制

通過控制子午線輪胎的三角膠、胎側(cè)膠、胎冠膠以及密封層，嚴格把握帶束層的質(zhì)量、斷面形狀以及胎胚的寬度，能夠在一定程度上將輪胎的錐度值保持在有效范圍內(nèi)。要掌握好胎冠膠的擠出工藝，噴涂對稱線，保證帶束層的寬度符合標準要求，對于帶束層的簾線角度、寬度也要進行嚴格把關(guān)，還應(yīng)注意簾線角度的偏差不能超過既定范圍。在胎胚硫化的過程中，要使胎冠膠的接頭朝向固定位置，并將帶束層中心固定到位，確保輪胎在成型時盡可能均勻。

2.4.3 測試輪胎的錐度側(cè)向力，調(diào)整裝配策略

通過提高標準和加嚴生產(chǎn)工藝的方法，會增大制造成本，為了在現(xiàn)行的標準下，降低錐形側(cè)向力對車輛直行性能的影響，部分汽車制造商在進行生產(chǎn)控制時，采用了輪胎分組標示并裝配的方法，即在輪胎的錐度效應(yīng)力標準范圍內(nèi)，確認每個輪胎的錐形側(cè)向力的大小和方向，將具有相反側(cè)向力，且力值大小相近的輪胎進行分組標示，在生產(chǎn)線上保證將同一組的輪胎安裝在同一軸上，這樣，同一軸兩側(cè)的輪胎錐形側(cè)向力方向相反、大小相近，則形成的錐形側(cè)向力合力趨近于0，達到了抵消錐形側(cè)向力的目的。以國內(nèi)某家一線制造商為例，對輪胎實施以下的分組策略，收到了良好的效果，見表1。

3 殘留轉(zhuǎn)彎力

3.1 殘留轉(zhuǎn)彎力的概念

當汽車靠右行駛在拱形的路面上時，車輛事實上感受到的是左高右低的行駛狀態(tài)，該車會產(chǎn)生向后推的橫力，并作用于汽車使其向右側(cè)跑偏。當輪胎需要對抗傾斜的路面所產(chǎn)生的橫力時，其自身結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生向左推的力。這就是說，當汽車在這種傾斜的路面上行駛時，駕駛員松開手后，輪胎依然會產(chǎn)生向左推的力，也就是殘留轉(zhuǎn)彎力，以此來對抗因路面傾斜而造成的自然橫力。

3.2 殘留轉(zhuǎn)彎力產(chǎn)生原因

以子午線輪胎為例，其殘留轉(zhuǎn)彎力是因為鋼絲帶束層的特性所引發(fā)的。在安裝有子午線輪胎的汽車行駛過程中，輪胎因為其功能差異存在角度不同的鋼絲束帶，鋼絲束帶的朝向決定了該車會向右還是向左運行。對于左舵車來說，子午線輪胎的鋼絲束帶下側(cè)部分的朝向是右，產(chǎn)生的殘留側(cè)向反力的方向是左，以此能夠?qū)箖A斜路面向右推的橫力；對于右舵車來說，輪胎鋼絲束帶下側(cè)部分的朝向是左，產(chǎn)生的殘留側(cè)向反力是右，能夠?qū)箖A斜路面向右左的橫力。

3.3 控制殘留轉(zhuǎn)彎力的具體措施

殘留轉(zhuǎn)彎力作為輪胎本身的動態(tài)特性之一，只能夠通過嚴格控制標準來實現(xiàn)有效控制。根據(jù)我國當前的相關(guān)規(guī)定，輪胎的殘留側(cè)向反力無法明確標準，只能夠依據(jù)經(jīng)驗來確定范圍值。比較適合汽車現(xiàn)實駕駛情況的標準值是：左舵車的輪胎殘留轉(zhuǎn)彎力保持在—60±20 N的范圍內(nèi)；右舵車的輪胎殘留轉(zhuǎn)彎力保持在+60±20 N的范圍內(nèi)。

4 結(jié) 語

輪胎因為其制作工藝的不同，在質(zhì)量和剛性上具有不均勻性，其產(chǎn)生的錐度效應(yīng)也大不同。又因為輪胎殘留轉(zhuǎn)彎力的影響，使得汽車在平臺路面和傾斜路面上會出現(xiàn)直線跑偏的情況。要解決汽車跑偏的現(xiàn)象有賴于提高輪胎本身的性能，并在制作工藝中降低錐度值，嚴格控制殘留轉(zhuǎn)彎力，才能最大限度地降低汽車的跑偏率。

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