車輛行駛跑偏的原因及案例分析
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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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