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車輛行駛跑偏的原因及案例分析

 杜滿勝,王  勝

 (江鈴汽車股份有限公司整車工程開發(fā)部,江西  南昌  330000)

摘要:車輛直線行駛時,如果發(fā)生跑偏現(xiàn)象將會嚴重影響行車安全。通過對行駛跑偏的原因進行研究,系統(tǒng)地歸納出了解決行駛跑偏的方法。通過對實際案例的分析,得到某新款車型跑偏的根本原因,并提供相應的解決方案。

關(guān)鍵詞:行駛跑偏;轉(zhuǎn)向輪;原因中圖分類號:U4 61.6

0  引言

 為了保證行車安全,車輛在行駛過程中應該具有穩(wěn)定的直線駕駛性能。也就是說,汽車的轉(zhuǎn)向輪在保證轉(zhuǎn)向作用的同時,還應該具有自動回正的作用,轉(zhuǎn)向輪在外力作用下發(fā)生相應的偏轉(zhuǎn),而當外力消失后,它就會回正到原來的方向。

 車輛行駛跑偏就是指車輛在行駛過程中偏離了原來直線駕駛的狀態(tài),這會影響車輛的操縱穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向性能,加劇汽車零部件的損耗。車輛在高速行駛過程中出現(xiàn)跑偏是十分危險的,甚至會危及乘客的人身安全。因此,為了保證車輛的操縱性能和行駛安全,需要對車輛行駛跑偏的原因進行研究,并通過對實際案例的分析來驗證。

1  轉(zhuǎn)向輪結(jié)構(gòu)與定位參數(shù)

 根據(jù)車橋上車輪的作用,車橋可以分為轉(zhuǎn)向橋、驅(qū)動橋、轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋和支持橋4種類型。普通汽車大多以前橋為轉(zhuǎn)向橋.通過轉(zhuǎn)動方向盤使車輪發(fā)生偏轉(zhuǎn),從而實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向的功能。

 在設(shè)計汽車時,為了使其具有轉(zhuǎn)向輕便、準確和行駛穩(wěn)定的性能,在轉(zhuǎn)向輪上設(shè)定了相應的定位參數(shù)。這些參數(shù)包括主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、前輪外傾角和前輪前束,它們是影響轉(zhuǎn)向橋功能狀態(tài)的重要因素。轉(zhuǎn)向輪定位的準確性,不但影響汽車零部件的損耗,而且也影響車輛行駛的穩(wěn)定性、經(jīng)濟性和安全性。

1.1  主銷后傾角

 主銷后傾角τ是指主銷軸線向后傾斜,在汽車縱向平面內(nèi)與地面法線產(chǎn)生的夾角,如圖1所示。當汽車轉(zhuǎn)彎時,在離心力的作用下,會使地面在車輪接地點產(chǎn)生一個側(cè)向的反作用力,該反作用力會使車輪繞著主銷軸線產(chǎn)生相應的穩(wěn)定力矩。穩(wěn)定力矩的方向剛好與車輪偏轉(zhuǎn)方向相反,因此能使車輪回正,保持直線行駛狀態(tài)。主銷后傾角可以提高車輛直線行駛的穩(wěn)定性,但是它的范圍一般不超過30,否則會需要駕駛員在轉(zhuǎn)向時施加更大的力(容易引起駕駛疲勞)。

1.2  主銷內(nèi)傾角

 主銷內(nèi)傾角δ是指主銷軸線向內(nèi)傾斜,在汽車橫向平面內(nèi)與地面法線產(chǎn)生的夾角,如圖2所示。當轉(zhuǎn)向輪在外力的作用下產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)時,車輪的下邊緣會與路面發(fā)生接觸,使整車高度相應地向上移動,然后在汽車自身的重力作用下,會使車輪回正,保持直線行駛狀態(tài)。主銷內(nèi)傾角的范圍一般不超過80,否則會使輪胎與地面產(chǎn)生相對滑動,增加輪胎的磨損。

1.3前輪外傾角

 前輪外傾角y是指車輪平面向外傾斜,在車輪中心處與汽車橫向平面產(chǎn)生交線,該交線與地面法線產(chǎn)生的夾角,如圖3所示。由于汽車在加裝載荷時會使車橋發(fā)生變形,從而產(chǎn)生相應的車輪內(nèi)傾。車輪內(nèi)傾一方面會使輪胎產(chǎn)生偏磨,另一方面也會使輪轂軸承的受力不均,因此車輪在預裝時需要有一定的外傾角。前輪外傾角是由轉(zhuǎn)向節(jié)的設(shè)計來確定的,它不宜過大,一般為10左右。

1.4前輪前束

 根據(jù)滾錐效應,車輪在外傾角的作用下會有向車輛兩側(cè)滾動的趨勢,因此需要對其進行約束。左右兩側(cè)車輪在安裝時,它們的車輪平面是不平行的(車輪前、后兩端之間的距離不相等),車輪后端之間的距離B減去車輪前端之間的距離C,就是前輪前束V,如圖4所示。前輪前束可以使車輪近似地朝正前方滾動,從而減少了前輪外傾角的不良影響,其一般為0 mm~12mm。

2車輛行駛跑偏的原因

 車輛行駛跑偏很常見但也很復雜,其影響因素有很多,而且不同因素之間還存在相互作用,因此是一個系統(tǒng)性的問題。通常來說,車輛行駛跑偏主要受四輪定位參數(shù)、輪胎參數(shù)、結(jié)構(gòu)件與裝配工藝、道路與環(huán)境等因素的影響。

2.1  四輪定位參數(shù)的影響

 四輪定位參數(shù)對車輛的轉(zhuǎn)向性和操縱穩(wěn)定性具有重大影響,它們之間需要相互匹配和教調(diào),不同車型的四輪定位參數(shù)都是不同的,每個定位參數(shù)都會對車輛行駛跑偏產(chǎn)生影響。各定位參數(shù)對車輛行駛跑偏產(chǎn)生的影響如下:

 (1)主銷后傾角:主銷后傾角可以使轉(zhuǎn)向輪回正,其回正作用與車速有關(guān)。雖然兩側(cè)車輪的主銷后傾角都符合四輪定位標準,但是如果它們不相等,則總后傾角(兩個主銷后傾角之差)不為零,會使車輛在行駛過程中產(chǎn)生跑偏。在符合四輪定位標準的前提下,左、右兩側(cè)車輪的主銷后傾角之差不能大于10,否則車輛會向主銷后傾角偏小的那側(cè)跑偏。

 (2)主銷內(nèi)傾角:主銷內(nèi)傾角也可以使轉(zhuǎn)向輪回正,但它的回正作用與車速無關(guān)。雖然兩側(cè)車輪的主銷內(nèi)傾角都符合四輪定位標準,但是如果它們不相等,則車輪側(cè)向力的合力也不為零,會使車輛在行駛過程中產(chǎn)生跑偏。在符合四輪定位標準的前提下,左、右兩側(cè)車輪的主銷內(nèi)傾角之差不能大于30’,否則車輛會向主銷內(nèi)傾角偏大的那側(cè)跑偏。

 (3)車輪外傾角:汽車在行駛時,車輪外傾角會產(chǎn)生相應的滾錐效應。雖然兩側(cè)車輪的外傾角都符合四輪定位標準,但是如果它們不相等,則滾錐效應的作用也不同,會使車輛在行駛過程中產(chǎn)生跑偏。在符合四輪定位標準的前提下,左、右兩側(cè)車輪的外傾角之差不能大于30’,否則車輛會向車輪外傾角偏大的那側(cè)跑偏。

 (4)車輪前束:車輪前束主要是與外傾角配合,保證車輪與路面之間的滾動,減少輪胎的磨損。一般來說,前輪前束對車輛行駛跑偏的影響不大,而后輪前束對此影響很大。后輪總前束的角平分線(推進線)與車體中心線的夾角被稱為后輪推進角,如圖5所示。由于后輪推進角的存在,導致推進線與車體中心線不重合,車輛行駛跑偏。跑偏方向以推進線為基準,車體中心線向哪側(cè)偏移,車輛就向哪側(cè)跑偏。后輪推進角越大,車輛跑偏越嚴重。為了保證車輛的直線行駛,后輪推進角不能大于20’。

2.2輪胎參數(shù)的影響

 輪胎參數(shù)對車輛行駛跑偏產(chǎn)生的影響如下:

 (1)輪胎氣壓:輪胎氣壓越高,滾動半徑越大,在地面滾動一周的距離也越長。而且胎壓越高,輪胎與地面的接觸面積就越小,相應的滾動阻力也越小。因此,車輛在直線行駛時,會向輪胎氣壓低的那側(cè)跑偏。

 (2)輪胎錐度力:輪胎在制造過程中,由于尺寸、花紋和材質(zhì)等因素不會完全相同,而且輪胎與地面接觸時,內(nèi)、外兩側(cè)的剛度也不相同,因此,導致對地面的壓力也不同,使輪胎的橫截面類似于圓錐形,產(chǎn)生相應的錐形側(cè)向力(錐度力),如圖6所示。左、右兩側(cè)輪胎錐度力的合力決定車輛的跑偏方向。

2.3  結(jié)構(gòu)件尺寸與裝配的影響

 底盤是汽車的基礎(chǔ),而結(jié)構(gòu)件又是懸架的基礎(chǔ),因此懸架結(jié)構(gòu)件尺寸和底盤裝配工藝對車輛行駛跑偏的影響十分明顯。如果副車架、擺臂和轉(zhuǎn)向節(jié)等結(jié)構(gòu)件的尺寸超差,就有可能導致車輛兩側(cè)的軸距不相等,并使懸架產(chǎn)生變形和磨損。底盤上面裝有傳動、行駛、轉(zhuǎn)向和制動系,并且最后還要與車身進行裝配,如果其裝配工藝出現(xiàn)偏差,也會導致車輛行駛跑偏,

2.4道路與環(huán)境的影響

 道路在設(shè)計時會有一定的排水坡度(從中間向兩側(cè)傾斜),因此車輛在道路上靠右行駛時,在重力的作用下會有向右跑偏的趨勢。因此,在設(shè)計交通法規(guī)靠右行駛的車輛時,需要具有輕微的向左行駛跑偏,用來抵消路面不平而產(chǎn)生的向右跑偏趨勢。此外,如果汽車在強風或其他惡劣環(huán)境的作用下,也可能會產(chǎn)生行駛跑偏。

3  實際案例分析

 某新款車型在動態(tài)駕評的過程中,試驗樣車總是會向左跑偏,因此,需要產(chǎn)品研發(fā)人員對樣車跑偏進行分析,找到問題的根本原因,并在新車型量產(chǎn)之前提供解決方案。

3.1  判定標準

 國標GB7258 - 2012規(guī)定:機動車在平坦、硬實、干燥和清潔的道路上行駛不應跑偏,其方向盤不應有擺振、路感不靈或其他異,F(xiàn)象。在符合國標的前提下,每個主機廠針對行駛跑偏也都有自己的標準。該新車型的駕評判定標準是“車輛以100 km/h勻速直線行駛時,駕駛員雙手離開方向盤,車輛在10 s內(nèi)的偏移距離不得超過2.7 m”。

3.2  分析方法

 車輛行駛跑偏可以由多種原因?qū)е拢瑢儆谙到y(tǒng)性問題,如果不采用科學的研究方法,就會浪費大量的人力物力,并且還不容易找到根本原因。通過實踐經(jīng)驗,本文總結(jié)出一個從簡到繁的分析方法:首先,對樣車的輪胎胎壓進行檢測;其次,對樣車的輪胎進行左、右互換,調(diào)整錐度力的合力;再次,檢查底盤結(jié)構(gòu)件的尺寸和裝配;最后,校準四輪定位參數(shù)。

 通過對樣車的胎壓進行檢測.發(fā)現(xiàn)符合標準,調(diào)整輪胎錐度力的合力后,行駛跑偏依然存在。檢查結(jié)構(gòu)件的尺寸,沒有超差,符合設(shè)計標準,底盤的裝配也沒有出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。最后對樣車進行了四輪定位,發(fā)現(xiàn)右輪外傾角偏小,不符合設(shè)計標準。樣車四輪定位的設(shè)計要求和實測結(jié)果分別如表1和表2所示。

 在左、右兩側(cè)車輪的外傾角相差很大時,車輛會向外傾角偏大那側(cè)跑偏。樣車的左輪外傾角大于右輪外傾角,因此車輛會向左跑偏。

3.3解決措施

 該新款車型的前懸為麥弗遜式獨立懸架,可以對前束值進行調(diào)整,但是車輪外傾角不屬于正常調(diào)整范圍,因此,需要對懸架的結(jié)構(gòu)件進行調(diào)整,使右輪外傾角增大。樣車右前懸的減震器和轉(zhuǎn)向節(jié)是用兩個螺栓相連,通過調(diào)整上連接螺栓的墊片厚度,可以調(diào)整右輪外傾角的大小,如圖7所示。

 考慮到四輪定位參數(shù)的設(shè)計要求,最后決定把上連接螺栓的墊片增厚4.5 mm,使右輪外傾角符合設(shè)計標準,調(diào)整后的四輪定位結(jié)果如表3所示。

3.4  駕評驗證

 在調(diào)整四輪定位參數(shù)后,對樣車重新進行動態(tài)駕評,發(fā)現(xiàn)它已經(jīng)完全符合判定標準,沒有再出現(xiàn)向左跑偏。

4結(jié)論

 車輛行駛跑偏的主要原因是四輪定位參數(shù)、輪胎參數(shù)、結(jié)構(gòu)件尺寸和道路環(huán)境等。研究車輛行駛跑偏問題要采用從簡到繁的分析方法,先檢查輪胎的胎壓和錐度力合力,再檢查懸架結(jié)構(gòu)件尺寸和底盤裝配工藝,最后檢查四輪定位參數(shù),從而可以找到問題的根本并提出相應的解決措施。

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