汽車前輪側(cè)滑的原因分析與預(yù)防

鄭文源，劉晉麗（.陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 70043；.中北大學(xué)，山西 太原 03005）

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汽車前輪側(cè)滑的原因分析與預(yù)防

鄭文源1，劉晉麗2
（1.陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710043；2.中北大學(xué)，山西 太原 030051）

轉(zhuǎn)向輪側(cè)滑量是車輛性能檢測中的一個重要項(xiàng)目，其數(shù)值大小反映了轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)的準(zhǔn)確程度，以及汽車直線行駛的穩(wěn)定性。通過對汽車前輪在行駛中的受力分析，得出車輪定位參數(shù)中外傾角和前束值對汽車側(cè)滑量的影響關(guān)系，找出汽車前輪在行駛過程中側(cè)滑的原因以及調(diào)整前輪定位參數(shù)的方法。

前輪側(cè)滑；定位參數(shù)；車輪受力；側(cè)滑原因；外傾角；前束

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.051

CLC NO.: U472Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-155-03

1、前輪側(cè)滑

車輛在行駛過程中，由于前輪定位參數(shù)不合理，特別是車輪外傾角和前束值匹配不佳[1]，將導(dǎo)致每個定位參數(shù)產(chǎn)生的側(cè)向力不平衡（主要是外傾角產(chǎn)生的側(cè)向力和前束產(chǎn)生的側(cè)向力不平衡），使得汽車車輪在直線行駛時出現(xiàn)向左或者向右的偏移現(xiàn)象，即車輪側(cè)滑。它反映的是汽車直線行駛的穩(wěn)定性。

側(cè)滑量過大時，會出現(xiàn)轉(zhuǎn)向沉重，自動回正作用減弱，方向明顯跑偏，車頭搖擺等現(xiàn)象。在對側(cè)滑量與輪胎磨損關(guān)系的定量分析后，得出磨損量和磨損速度與側(cè)滑量成正比。另外側(cè)滑量過大使得行駛阻力隨之增大，導(dǎo)致了燃油消耗的增加。

GB 7258-2012《機(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件》中對前輪側(cè)滑量的合格范圍作出了明確規(guī)定，即不大于5m/Km[2]。車輛前輪側(cè)滑量的檢測是通過側(cè)滑檢測儀進(jìn)行的。

2、側(cè)滑檢測原理

側(cè)滑檢測臺滑板的側(cè)向移動僅受滑板與支撐滾輪間摩擦力和滑板回位彈簧拉力的約束，當(dāng)車輪通過滑板時，由前輪定位參數(shù)的偏差導(dǎo)致車輪自由滾動方向偏離實(shí)際行駛方向，只要所產(chǎn)生的側(cè)向力大于滑板與支撐滾輪間摩擦力和彈簧彈性恢復(fù)力之和，車輪向前滾動的同時便會帶動滑板側(cè)滑。輪胎與滑板間有足夠的側(cè)向附著力，因此輪胎不可能相對于滑板產(chǎn)生側(cè)向位移。側(cè)滑量大小則通過位移傳感器測出。

3、側(cè)滑原理

為了保證車輛在行駛過程中有靈敏的操縱性和可靠的穩(wěn)定性，減少輪胎磨損。車輛在設(shè)計(jì)時將轉(zhuǎn)向輪與車橋之間的相對位置形成一定的角度，從而形成了不同的定位參數(shù)，稱之為“前輪定位”，通常包括4個方面：前輪外傾、主銷內(nèi)傾、主銷后傾和前輪前束[3]。

由于前輪定位參數(shù)的存在，輪胎在行駛過程中并不是向正前方單純的滾動，而是邊滾動邊產(chǎn)生橫向滑移，進(jìn)而形成轉(zhuǎn)向輪側(cè)滑。其中起主要作用的有2個參數(shù)：一是前輪外傾角引起的外傾側(cè)滑量，二是前輪前束角引起的外傾側(cè)滑量[4]。

當(dāng)車輪具有正外傾角α0時，車輪會繞0點(diǎn)進(jìn)行錐面轉(zhuǎn)動。傳動軸傳來的扭矩T1在輪胎與地面接觸點(diǎn)產(chǎn)生相切于外傾圓弧的力F1，F(xiàn)1可分解為豎直向前的分力F11和水平向外的分力F12，其中F11對地面的反作用力使得車輛向前滾動，F(xiàn)12對地面的反作用力使得車輛輪胎向外側(cè)滾動。

在實(shí)際運(yùn)動中，由于有車橋的約束，車輪不可能向外滾動，那么向前運(yùn)動的車輪就有向外側(cè)滾動的趨勢。當(dāng)車輪通過滑動板時，存在于車輪與滑板之間的彈性附著力就會推動滑動板向內(nèi)產(chǎn)生距離為L1的位移，即為正外傾角所引起的側(cè)滑分量。

由于存在前輪前束，因此形成了前束角β。由于前束角的存在，傳動軸傳來的扭矩T2在輪胎與地面接觸點(diǎn)產(chǎn)生平行于輪胎前進(jìn)方向的力F2，F(xiàn)2可分解為豎直向前的分力F21和水平向外的分力F22，其中F21對地面的反作用力使得車輛向前滾動，F(xiàn)22對地面的反作用力使得車輛輪胎向內(nèi)側(cè)滾動。

具有正前束角的車輪在前進(jìn)時，車輪有向內(nèi)滾動的趨勢，但因受到車橋的約束，在實(shí)際前進(jìn)時，車輪不可能向內(nèi)側(cè)滾動，但在通過滑動板時，由于車輪與滑動板問的附著作用，車輪就會推動滑動板產(chǎn)生向外側(cè)的距離為L2的位移，即為正前束角引起的側(cè)滑分量。

4、導(dǎo)致側(cè)滑的原因

汽車前輪定位參數(shù)失準(zhǔn)是是導(dǎo)致側(cè)滑主要原因。前輪定位的作用就是保證汽車行駛的穩(wěn)定性，其參數(shù)變化必然引起汽車跑偏、側(cè)滑。在路試過程中可以發(fā)現(xiàn)跑偏的方向不是固定不變的，而是時左時右的。造成的主要原因是：車架變形、懸掛系統(tǒng)損壞變形、前軸變形、轉(zhuǎn)向節(jié)松曠及前束調(diào)整不當(dāng)?shù)?。另外在車輛嚴(yán)重超載的情況下，使車架變形、彈簧鋼板的弧度發(fā)生較大變化，也將造成前輪定位不正確，引起側(cè)滑[5]。

車輪與地面附著條件的差異也是導(dǎo)致側(cè)滑的原因。車輛行駛要求車輪與路面要有足夠的附著系數(shù)由于輪胎氣壓、輪胎不對稱磨損、輪胎單邊濕滑、路面泥濘、凹凸不平、偏斜等因素，汽車行駛時也將出現(xiàn)側(cè)滑[6]，這就要求我們在進(jìn)行道路試驗(yàn)時必須在平直、干燥、清潔、附著系數(shù)較高的水泥或?yàn)r青路面上進(jìn)行，以排除道路因素對汽車行駛側(cè)滑的影響。車輛胎壓過高、磨損過度，在道路路面不平、彎道、坡道或越過路拱時速度過快，在低附著系數(shù)路面上行駛時車輛與路面附著力大大減小，車輪承受側(cè)向力的能力急劇下降，此時只要很小的側(cè)向力就可能引起側(cè)滑。

5、故障處理

當(dāng)側(cè)滑初檢超過規(guī)定值時，維修人員習(xí)慣把車開至車槽，然后調(diào)節(jié)橫拉桿，通過改變前束使側(cè)滑量達(dá)到要求。這種做法忽視了車輪外傾角對車輛性能的影響[7]。轉(zhuǎn)向輪側(cè)滑，實(shí)際上是轉(zhuǎn)向輪外傾角與轉(zhuǎn)向輪前束綜合作用的結(jié)果。如果只調(diào)整前束，而外傾角達(dá)不到原車設(shè)計(jì)要求。那么車輛滿載時前軸將因承載變形和各部間隙增大而出現(xiàn)車輪內(nèi)傾。地面垂直反力使產(chǎn)生一沿轉(zhuǎn)向節(jié)軸向處的橫向分力，將使輪轂壓向輪轂外端的小軸承，降低了外端小軸承及輪轂緊固螺母的使用壽命，嚴(yán)重時還會使車輪脫出。因此，當(dāng)車輛側(cè)滑量超過規(guī)定值時正確的調(diào)校步驟應(yīng)是：

a.使輪胎氣壓符合規(guī)定值，保證輪胎花紋完整、左右輪胎磨損量正常。

b.檢查輪轂軸承、懸架、連接襯套是否松動。

c.檢查車輪外傾角、主銷內(nèi)傾角及后傾角是否滿足設(shè)計(jì)初始要求。

d.檢查并調(diào)整前束，通過改變轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)中的橫拉桿長度來實(shí)現(xiàn)。

e.對側(cè)滑進(jìn)行復(fù)檢。直至符合標(biāo)準(zhǔn)。

6、根據(jù)已定的前輪內(nèi)傾角計(jì)算前束值

汽車在平直的公路上直線行駛時，由于外傾角的存在使輪胎產(chǎn)生向外側(cè)偏移，前束的存在使輪胎向內(nèi)側(cè)偏移。對同一車而言，若能選取適當(dāng)?shù)耐鈨A角與前束角，即可使外傾角產(chǎn)生的側(cè)偏與前束角產(chǎn)生的側(cè)偏相互抵消，或者部分抵消，以達(dá)到較小的輪胎側(cè)向滑移，降低輪胎磨損的目的。

a.根據(jù)輪胎的特性合理地選擇前束[8-9]

這種選擇最佳前束方法的原理在于，當(dāng)輪胎外傾存在所產(chǎn)生的外傾側(cè)向力與前束角存在所產(chǎn)生的內(nèi)傾側(cè)向力相等時，即輪胎不產(chǎn)生橫向滑移，輪胎磨損最小。根據(jù)輪胎的特性，可用下式來計(jì)算前束角：

β——前束角；α0——外傾角；Kα——輪胎外傾剛度；Kβ——輪胎內(nèi)傾剛度

該方法僅考慮輪胎的特性，沒有考慮使用條件，可供參考。

b.根據(jù)輪胎無橫向滑移量確定前束角與外傾角的合理匹配[8-9]

根據(jù)車輪定位參數(shù)與輪胎運(yùn)動關(guān)系的理論分析知道，當(dāng)輪胎只有外傾角α0，而前束角為零時，輪胎橫向滑移量為δα0，當(dāng)輪胎只有前束角β0，外傾角為零時，輪胎橫向偏移量δβ0。

不同的輪胎特性具有不同的K值。當(dāng)K值確定后,就可以計(jì)算出外傾角與前束的合理匹配關(guān)系。

c.根據(jù)輪胎接地印跡長度選擇前束值[10]

當(dāng)輪胎的外傾剛度和內(nèi)傾剛度未知時，也可用輪胎接地印跡長度來計(jì)算出外傾角與前束的合理匹配關(guān)系。該計(jì)算方法的原理是由于前束和外傾角是一對相互制約的因素，其正確取值應(yīng)能保證汽車沿直線滾動向前行駛而無橫向滑移，通過幾何關(guān)系計(jì)算，得出下式：

式中：δ——前束值；γ——外傾角；D——輪胎直徑；rr——輪胎滾動半徑；L0——輪胎接地印跡長度。

7、結(jié)束語

汽車前輪定位參數(shù)中的前輪外傾角和前束值的調(diào)整對前輪側(cè)滑起著至關(guān)重要的作用。本文從受力角度分析導(dǎo)致側(cè)滑的原因以及正確的調(diào)整方法。最后，根據(jù)前輪外傾角和前束值相互制約的理論，從三個角度出發(fā)，得出前束值（或前束角）與前輪外傾角的關(guān)系公式，通過此公式可以簡單估算前束值，在實(shí)際設(shè)計(jì)和調(diào)整過程中起到一定的參考作用，簡化了調(diào)整前束的過程。

[1]劉陳光等.汽車前輪側(cè)滑量計(jì)算方法的研究[J].機(jī)械工程師，2015(1)：121-122.

[2]GB/7258-2012.機(jī)動車安全運(yùn)行技術(shù)條件[S].

[3]余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械出版社，2009.

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[7]張小蘭.汽車側(cè)滑的檢測及故障處理[J].交通世界，2011(8):116-117.

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Analysis and Prevention of Automobile Steering Wheels Skid

Zheng Wenyuan1,Liu Jinli2
（1.Shaaxi Heavy Duty Automobile Co.,Ltd,Shaanxi Xi'an 710043; 2.University of north,Shaanxi Taiyuan 030051）

The steering wheels skid testing is an important project of vehicle performance,its numerical size reflects the accuracy of the steering wheel alignment parameters ,as well as car straight running stability.By analysis of car driving the front wheels in stress ,obtained wheels alignment parameters including camber angle and toe-in affect the relationship between cars skidding and found car front wheels slip reason during driving and adjusting method of front wheels positioning parameter.

front-wheels skid; targeting parameters; wheels force; slip reasons; toe-in; camber angle

U472

A

1671-7988（2016）08-155-03

鄭文源（1989-），男，助理工程師，就職于陜西重型汽車有限公司，從事工藝技術(shù)工作。