車輛行駛跑偏原因的探究

王云偉

【摘 要】通過對車輛行駛跑偏因素的全面分析，對四輪定位參數(shù)、推力角、輪胎錐度力、重心分布、車身的精度等因素在車輛行駛跑偏中影響的大小分析，制定針對性的改進(jìn)措施，提高車輛的駕駛舒適性和車輛的行駛穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】四輪定位；推力角；重心；錐度力

一、前言

車輛行駛跑偏是指汽車在正常直線行駛時(shí)，駕駛員將方向盤自由的至于中間位置，而行駛方向總是有規(guī)律的向右或向左偏離汽車縱軸線的現(xiàn)象。故障發(fā)生時(shí)，需要駕駛員時(shí)刻對方向盤施加一個(gè)矯正力，這樣增加駕駛員的操作，容易造成駕駛員的疲勞，加快零部件和輪胎的磨損。制動(dòng)時(shí)，容易造成制動(dòng)跑偏，導(dǎo)致車輛制動(dòng)時(shí)發(fā)生側(cè)滑現(xiàn)象。在高速公路上緊急制動(dòng)時(shí)，還可能引起嚴(yán)重的側(cè)滑，甚至釀成重大交通事故。

根據(jù)試驗(yàn)場采集試驗(yàn)車的驗(yàn)證數(shù)據(jù)，利用仿真模型，分析外傾角、前束角、主銷偏置距、主銷后傾角、重心分布、推力角、錐度力對車輛行駛跑偏的影響，對各個(gè)參數(shù)和行駛跑偏的關(guān)系進(jìn)行深入的分析和探討。

二、行駛跑偏

四輪定位的作用是使汽車轉(zhuǎn)向是能自動(dòng)回正，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向輕便，減少零部件的磨損和變形，減少輪胎的磨損，降低油耗，提高車輛行駛的穩(wěn)定性。四輪定位包括外傾角、前束、主銷后傾角和主銷內(nèi)傾角，推力角等參數(shù)。

引起車輛行駛跑偏的原因主要有：四輪定位參數(shù)不準(zhǔn)確或不匹配、左右輪胎氣壓不一致、車輪動(dòng)不平衡、行駛系零部件的制造誤差或變形、輪轂軸承左右間隙不一致、單邊制動(dòng)器制動(dòng)拖滯、兩側(cè)懸架彈性不等以及零部件安裝和磨損引起的誤差。上述許多原因又是通過影響四輪定位參數(shù)發(fā)揮作用，進(jìn)而引起車輛行駛跑偏。零部件的制造誤差和變形就會(huì)引起四輪定位參數(shù)的改變，四輪定位數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確將引起汽車的行駛跑偏。

三、四輪定位對跑偏的影響

在四輪定位的各參數(shù)中，參數(shù)的變化引起跑偏的因素主要有：車輪的外傾角、后傾角、主銷的內(nèi)傾角等。此外推力角以及重心的分布，對跑偏也有一定的影響。

圖1所示為利用軟件建立仿真模型，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證該模型的準(zhǔn)確性。下面對該模型進(jìn)行車輛的跑偏的仿真分析。實(shí)驗(yàn)車以速度為80KM/H進(jìn)行仿真，定義向左跑偏為負(fù)，向右跑偏為正。跑偏量為縱向行駛1000M時(shí)汽車側(cè)向跑偏的位移量，保持左前輪的定位參數(shù)不變，通過改變右前輪的定位參數(shù)來分析其對跑偏的影響。

（一）外傾角

從車輛前方看，輪胎的幾何中心線與地面的鉛垂線的夾角，稱為外傾角，圖2所示的角ɑ即為外傾角，總外傾角指車輪兩側(cè)外傾角之差。車輪在滾動(dòng)時(shí)，因?yàn)檐囕喭鈨A角，輪胎一個(gè)滾錐效應(yīng)，產(chǎn)生兩側(cè)車輪向外滾動(dòng)的趨勢。這樣即使兩側(cè)車輪的外傾角都符合要求，但如果總外傾角不等于零，車輪向兩側(cè)滾動(dòng)的效應(yīng)便不相等，汽車就可能出現(xiàn)行車跑偏?？偼鈨A角對跑偏的影響如圖3所示。

（二）前束角

從車輛的前正上方向下看，輪胎中心線與汽車縱向軸線的夾角稱為前束角。圖4所示的角β即為前束角。由于車輪存在外傾角，車輪在滾動(dòng)時(shí)將在地面上出現(xiàn)邊滾邊滑的現(xiàn)象，從而增加了輪胎的磨損。而前束角可以在很大程度上減輕和消除由于外傾而引起的磨損，但左右兩側(cè)的前束角不等時(shí)也會(huì)引起汽車的行駛跑偏，仿真結(jié)果如圖5所示。

（三）主銷后傾角

從車輛的側(cè)面看，上球頭或支柱頂端與下球頭之連線（假設(shè)的轉(zhuǎn)向軸線）向前或向后傾斜，即轉(zhuǎn)向軸線與地面的垂線之間的夾角，稱為主銷后傾角，如圖6所示角γ。在轉(zhuǎn)向輪上，輪胎接地中心A和轉(zhuǎn)向主銷與地面的交點(diǎn)B之間的距離即為后傾拖距，如圖6所示。后拖距可以形成回正的穩(wěn)定力矩，若后傾拖距較大，有利于提高轉(zhuǎn)向輪的回正能力和直行穩(wěn)定性，但轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)的轉(zhuǎn)向力及保持力會(huì)加大。因此，后傾拖距的設(shè)計(jì)應(yīng)有一定限度。如果后傾拖距都在要求的范圍內(nèi)，但左右兩側(cè)的后側(cè)拖距不同，則汽車兩側(cè)車輪所受的側(cè)向力不等，汽車就可能會(huì)跑偏，后傾拖距變化對跑偏的影響，如圖7所示。

（四）主銷內(nèi)傾角

車輛正前方看，在轉(zhuǎn)向輪上轉(zhuǎn)向主銷軸線與鉛垂線的夾角，稱為主銷內(nèi)傾角。如圖8中的角δ；從轉(zhuǎn)向輪接地點(diǎn)A到轉(zhuǎn)向主銷軸與路面的交點(diǎn)B之間左右方向的距離即為主銷偏置距，如圖8所示。主銷內(nèi)傾可以起車輪自動(dòng)回正作用，并且使轉(zhuǎn)向輕便。如果左右主銷內(nèi)傾角都在要求的范圍內(nèi)但不相等，則汽車兩側(cè)車輪所受的側(cè)向力也不相等，會(huì)導(dǎo)致車輛行駛跑偏。主銷偏置距變化對跑偏的影響，如圖9所示。

（五）推力角

從車輛上方看，車輛俯視平面的縱向軸線和推力線（是一條假想的線，從后軸中心向前延伸，由兩后輪共同確定的后軸行駛方向線）的夾角，如圖10所示。推力線相對縱向軸線向左側(cè)偏斜為正，向右側(cè)偏斜為負(fù)。運(yùn)行狀況良好的汽車是不應(yīng)該有推力角的，但由于懸架制造精度原因，會(huì)使后軸推力線偏斜，后輪沿推力線產(chǎn)生沿汽車質(zhì)心的力矩，推力角對跑偏的影響如圖11。

（六）重心的影響

車輛的重心分布對整車的操縱性、轉(zhuǎn)向特性有一定的影響。重心在縱向上靠前時(shí)會(huì)增加不足轉(zhuǎn)向特性，靠后時(shí)會(huì)逐漸出現(xiàn)過度轉(zhuǎn)向現(xiàn)象，重心左移為負(fù)，右移為正。而重心在側(cè)向上的位置變化對車輛行駛跑偏的影響如圖12所示。

（七）輪胎錐度力

輪胎因生產(chǎn)的原因，輪胎在剛度、尺寸形狀、質(zhì)量等方面存在較大的差異。輪胎在滾動(dòng)過程中產(chǎn)生錐形的側(cè)向力，就是輪胎的錐度力，如圖13。使其偏離原來的直線的運(yùn)動(dòng)方向，側(cè)向力向左為正，向右為負(fù)，輪胎錐度力對跑偏的影響如圖14所示。

四、結(jié)論

通過以上分析，可總結(jié)以下結(jié)論

（一）車輛四輪定位是引起汽車跑偏的重要原因，即使四輪定位參數(shù)都在要求的范圍內(nèi)，但如果各參數(shù)不匹配，也會(huì)引起汽車的行駛跑偏；

（二）汽車車架和車身的懸架安裝點(diǎn)的尺寸和位置精度，以及相關(guān)零部件的制造精度決定了汽車生產(chǎn)過程的通過率。車輛在使用過程中，對這些關(guān)鍵零件的維護(hù)直接關(guān)系到車輛性能的發(fā)揮。因此，必須定期做輪胎定位性能的檢測與校準(zhǔn)；

（三）對輪胎側(cè)向力進(jìn)行細(xì)化分類標(biāo)識(shí)至關(guān)重要，將側(cè)向力接近但方向相反的輪胎裝在同一輛車的同軸上，將有效降低車輛的行駛跑偏；

（四）重心分布對汽車的行駛跑偏、汽車轉(zhuǎn)向特性都有一定的影響。在設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過調(diào)整油箱、蓄電池等附件的位置來確保整車質(zhì)量分布均衡，已達(dá)到提高整車操作穩(wěn)定性能的目的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]余志生.汽車?yán)碚揫J].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2]魏春源.BOSCH汽車工程師手冊[J].北京理工大學(xué)出版社.