車輛勻速跑偏的影響因素分析

李建坤 姜國彬 戴銳 張春秋

摘要：在乘用車日常的生產檢查中，有時整車檢查員會發(fā)現一些車輛勻速直行時發(fā)生跑偏的問題。日常的市場調查中，有時也會得到一些顧客反應這類駕駛經歷。本文分析了影響車輛跑偏的可能因素，并對主要影響因素提出控制的建議，希望通過此文能夠給開發(fā)、生產和質量管理人員提供一些解決跑偏問題的實踐經驗，對今后處理相關問題帶來借鑒或幫助。

關鍵詞：跑偏;勻速

一、引言

跑偏是人們日常的生產、生活中比較容易發(fā)現的現象，它一般分為方向盤不對中導致的跑偏、勻速直線行駛跑偏、加速跑偏、制動跑偏等幾類。市場調查發(fā)現，顧客的抱怨大多為方向盤不對中跑偏和勻速跑偏（圖1）。對于方向盤不對中導致的跑偏問題，主要是四輪定位時方向盤沒有擺正造成的，人們比較容易理解和維修，這里就不作為討論的主要內容。而車輛勻速直線行駛跑偏由于涉及因素較多，人們很難控制和理解，學術圈也比較鮮見詳細的論述，所以這里將結合實踐經驗和定性分析，淺談一下這類跑偏問題的影響要素和機理，以供同行參考。由于需要對研究數據進行保密，所以這里將主要從定性的角度進行說明。

二、勻速跑偏的定義

日常的駕駛中，人們在相對平直的高速公路上勻速行駛時，有時雙手放開方向盤一會兒，發(fā)現車輛會慢慢向左或向右駛出偏離原來的車道。如果這種偏離原來車道的現象在幾秒內就會發(fā)生，顧客往往就會抱怨，對于顧客抱怨的這種現象我們稱為勻速跑偏。

三、跑偏影響因素分析

車輛跑偏是由于輪胎偏離原來的行駛軌道發(fā)生的現象，分析導致輪胎偏離的因素，就可以理解車輛跑偏的原因。從原理上說，跑偏發(fā)現的根本原因，是駕駛員放手方向盤后，作用于輪胎上的轉動力矩，克服懸架和轉向系統的抑制力矩，使車輪發(fā)生了輕微的轉向。盡管影響跑偏的因素十分復雜，但理論上講，四輪定位參數的左右差異以及凡是和輪胎直接或間接聯接的零部件，如輪胎、輪輞、制動、轉向節(jié)、驅動軸、轉向機、減振器、減振器軸承、懸架彈簧等都可能造成輪胎偏離軌道從而導致車輛跑偏。研究人員經過實踐經驗證明，四輪定位參數左右差異、輪胎殘余轉向力、轉向摩擦力、減振器軸承摩擦力、懸架彈簧的荷重軸角度等是影響車輛跑偏的主要因素。圖4是各種因素變化對跑偏的影響分析，這里僅對顯著因素進行了標注。下面我們就逐個分析一下。

（一）四輪定位左右差

車輛下線的時候都要通過四輪定位儀對車輛的四輪定位參數外傾角（CAMBER ANGLE）、主銷后傾角（CASTER ANGLE）進行確認和調整，以保證車輛的直行性能和其它動態(tài)性能。如果車輛左右輪外傾角差異（CROSS CAMBER）過大，

實踐表明，將四輪定位參數左右差控制在一定范圍內，可以有效抑制跑偏的發(fā)生。對于有的懸架形式不可調整的定位參數如外傾角、主銷傾角，一般只能通過控制車體上懸架相應的安裝平面或安裝孔精度來間接保證車輛定位參數滿足要求。

（二）輪胎殘余轉向力RCF

輪胎由于結構和制造偏差的原因，其自由滾動時會發(fā)生一個側向橫力LFD。如果不對其行駛方向進行干預，輪胎在這個側向力LFD的作用下就會偏離原來的行駛方向發(fā)生跑偏，業(yè)界把這個力稱為殘余轉向力RCF。研究表明，輪胎自身RCF可以分解為兩部分：胎體結構造成的橫向力和制造偏差造成的橫向力。如圖6所示，胎體結構發(fā)生橫力多與輪胎外層鋼帶寬度、排列方向、角度有著密切的關系，這個是輪胎結構設計決定的輪胎天生就有且不可避免的，如圖7所示，胎體結構橫向力與輪胎滾動方向之間沒有一定的依存關系。輪胎制造偏差如左右鋼帶周長差、上下層鋼帶中心不一致等會造成輪胎的“錐體效應”產生錐度橫力CONICITY，錐度橫力的大小是由制造精度決定的，其橫力方向與輪胎滾動方向有關但總是指向輪胎錐體的頂端。

輪胎自由跑偏與輪胎自身橫力即殘余轉向力RCF有關，而輪胎RCF又是其設計結構和制造精度決定的。研究表明，抑制車輛勻速跑偏，需要從輪胎結構設計和輪胎制造精度兩方面入手加以控制。輪胎結構設計定型后，胎體橫力也就確定了，基本上是相對比較穩(wěn)定的定值。而制造波動產生的錐體橫力CONICITY確可以通過提升制造精度的手段加以抑制。盡管如此，要完全消除制造CONICITY則是不可能的。所以在設計初期階段先對車輛跑偏因素綜合分析預測車輛跑偏水平，如果必要，對于輪胎可以通過利用CONICITY正負區(qū)分的方式對輪胎進行選別裝車，使得左右兩側的輪胎RCF指向相反，從而抵消大部分的橫向分力，改善車輛跑偏。

（三）轉向摩擦力

轉向機構是用來通過齒輪齒條將方向盤的轉動轉化為車輪轉向擺角而實現控制車輛行駛方向的機構，其齒輪齒條之間的接觸嚙合摩擦，以及齒條與塑膠襯套之間的摩擦往往表現會車輛轉向后的回復阻力，摩擦力越大，抵抗車輪轉動的能力越強，對跑偏是有利的，但是對復原性和轉向手感不利。因此在跑偏設計和制造管理上，通常會將轉向摩擦力矩控制在一定的范圍內。

（四）減振器軸承摩擦力

車輪通過轉向節(jié)、減振器、彈簧、減振器軸承、安裝支座與車體聯接起來，下面的圖9可以看出減振器軸承的具體安裝位置。當轉向帶動車輪轉向時，車輪會圍繞減振器這根“主銷”發(fā)生旋轉，其中減振器軸承的作用是減小這種旋轉的摩擦力的作用。軸承的摩擦力如果過大，也會造成車輛轉向復原性變差，從而影響車輛直行性能。

（五）彈簧荷重軸角

在大量的跑偏分析驗證中，研究人員發(fā)現，將不跑偏車輛的彈簧和跑偏車輛的彈簧對調可以改善車輛的跑偏現象。進一步研究發(fā)現，彈簧裝配后的荷重軸并不與主銷中心線重合，而是存在一定的夾角，這個夾角姑且稱為荷重軸角。根據牛頓力學矢量原理，這個夾角會使彈簧沿主銷與地面的交點產生一個繞主銷旋轉的力矩。彈簧產生的旋轉力矩作用在車輪上就會使車輪有自動轉向的趨勢。測量發(fā)現，不跑偏的車輛彈簧荷重軸角相對跑偏車輛的荷重軸角小，故產生的旋轉力矩也相對較小，因而該車輛也較容易保持直行。

通過大量的調查數據分析，研究人員還發(fā)現，彈簧的荷重軸角基本與其產生的旋轉力矩有線性關系，這為控制旋轉力矩提供了很好的方法。

（六）其它影響因素

前面也提到，影響跑偏的因素十分復雜。在現實生活中，除了前面3.1–3.5提到的這些影響因素外，還有其它的一些影響因素，比如路面的粗糙程度、路面相對水平面的角度、側向橫風速度等，這些都是設計者和生產者很難控制的自然因素。這些自然因素雖然不能控制，車輛的設計者和生產者卻可以根據顧客在這些因素處于什么水平下能理解這是自然因素造成的車輛跑偏，而不會歸咎于車輛本身的問題，這樣設計者和生產者就能在一定的自然要素前提條件下設計和生產汽車保證車輛跑偏的性能。

四、對策建議

上面對影響跑偏的因素進行了簡單分析說明，實際上跑偏是多因素綜合作用的結果，車輛跑偏設計和開發(fā)中，應對這些因素進行調查并做出相應的偏差波動管理。日常的實踐經驗表明，對上述跑偏要素進行管理后，對車輛跑偏的改善有很明顯的效果。下圖13是跑偏要素波動管理前的跑偏比率推移圖例子，圖中11月4日減振器軸承由滾珠軸承設變?yōu)樽詽櫥Σ凛S承后，由于軸承內部摩擦扭矩大大增加，車輛轉向回復性變差，導致跑偏率高達40%，11月10日再次恢復原來的滾珠軸承后，跑偏比率雖然有所下降，但仍然處于高發(fā)態(tài)勢。進一步交叉層別發(fā)現，彈簧荷重軸角過大也是導致跑偏的主要原因。次年，在綜合導入四輪定位、輪胎CONICITY、轉向摩擦力、減振器軸承摩擦力和彈簧荷重軸回轉扭矩等跑偏要因波動管理對策后，車輛跑偏基本達到了零化的水平，使得車輛大幅跑偏的現象得到了有效的抑制。各要因部品相應的跑偏參數管理值的大小，需要設計人員和生產品質管理人員一起在試做期間調查明確，這里就不再贅述了。

五、結語

本文從勻速跑偏現象入手，分別簡單分析了四輪定位、輪胎RCF、轉向摩擦力矩、減振器軸承摩擦力矩和彈簧荷重軸角造成的回轉力矩對跑偏的影響，并說明應對這些因素進行充分調查，制定相應的偏差波動管理規(guī)格。實踐經驗證明，對上述因素偏差波動的工程能力進行管理對勻速跑偏問題改善效果十分顯著。希望本文能為以后的設計參數制定、生產偏差特性參數管理提供一些相關借鑒經驗。

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