建立“四轮定位“的新理念

◆文/山东　吴际璋

在传统结构的汽车上，转向轮、转向节、转向桥三者之间的相关几何角度位置称“前轮定位”。它包括主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角、前轮前束等四个内容，而后轮无定位角度内容。其目的是保证汽车稳定直行、转向轻便、减小轮胎的磨损和行驶的安全性。这种传统的理念，流传了几十年。随着高速公路的出现，汽车已进入高速化、电控化、高档化的技术领域，先进的结构内容，日新月异的变化，车轮的定位内容和相关参数，发生了质的变化。乘用车率先突破旧传统观点，“反其道而行”的新理念，随着行业的发展而刷新。为此，汽车界人士，知识必须更新，不能用“老皇历“过日子了。

一、当代乘用车底盘的结构特点

当代乘用车除电控化的结构内容外，其底盘的结构内容和使用性能，有下述特点。

①车速高、轮速高——与地面间的相对运动速度高，存在急起步、急加速、急转向、急制动等“四急工况”，对汽车的操纵性、稳定性和安全性要求高。不仅前轮有定位内容，后轮也有定位内容，要求“四轮定位”的差值应小于30′。

②轮胎宽而软——横向的、纵向的、径向的弹性变形量大，对汽车的操纵性、稳定性、安全性影响力度大，轮胎的磨损量和偏磨损量也加大(如：前轮摆振等)。

③前轮多采用独立悬架——“麦克弗逊式”(Mac Pherson)独立悬架，它是依靠悬架系统中的杆件几何形状，来获得合理的定位角度。因定位件和连接件及球关节多，在使用过程中磨损、松旷、变形量加大，正确的几何定位角度易失准(如：行驶跑偏问题)。

④悬架弹簧软——车桥和车身相对位置变化量大，因其间是转向系统的杆件和球关节件连接，相互间的运动干涉量大，对使用性能的影响力度大(如：点刹车前轮摆振问题)。

⑤独立悬架的主销轴线不是实体——螺旋弹簧的上支点与下摆臂球头销的连线(图1)，它是转向轮的实际转动中心线，与减振器的中心线不重合，但与万向节的球心重合，以防运动干涉。

⑥有转向助力系统——转向轻便问题可保证。前轮定位参数可以打破常规，朝着更有利的功能要求方向发展(如：主销大内倾问题)。

⑦多系前轮驱动——转向加驱动合为一体后，可使汽车的操纵性和稳定性有较大的改善，转而可使其他性能得到更合理的满足(如：车轮负外倾问题)。

二、乘用车四轮定位参数

两例乘用车四轮定位参数的对比如表1所示。

表1　两例乘用车四轮定位参数对比

三、当代乘用车“四轮定位”的特点

1.主销后倾角(γ)小，有的为负值

(1)定义

主销后倾角(γ)如图2所示，即主销轴线与地面垂线的后倾角。

(2)目的

主销后倾角(γ)的设计目的如下。

①直行稳定——由于主销的后倾，轮胎的转点A在前、力点B在后，行驶中，产生向后的拉力，若外力使车轮偏转时，能自动回正。

②转向后回正——车轮转向后，由于离心力的作用，在力点处产生地面反作用力Y，进而产生回正力矩M=Y×L+ΔL ，方向盘即自动回到中立位置。

(3)原理分析

主销后倾角(γ)的原理分析如下。

①转向时车速愈高、离心力愈大，地面反作用力Y愈大，附加力臂ΔL愈大，回正力矩M也愈大。

②回正力矩M不是愈大愈好，过大了会使方向盘回正过猛而打手，进而加大了前轮摆振。

③前轮驱动化后，稳定性己经提高。又因低压胎弹性变化量大，附加力臂ΔL大，弹性稳定效应大，主销后倾角可以减小或为负值。

④主销后倾角的获得，是依靠转向节正确的安装位置来保证，一般不能调整，只能换件维修。

2.主销内倾角(β)大，有的阻力臂(e)为负值

(1)定义

主销内倾角(β)如图3所示，即主销轴线与行驶垂面的内倾角。

(2)目的

主销内倾角(β)的设计目的如下。

①直行稳定——由于主销的内倾，转向时前桥将被抬起，前桥车重的势能作用，可使前轮复位回正，保证了低车速、小转弯时前轮回正直行。

②转向轻便——使阻力矩的力臂(e)减小，转向轮呈锥体转动，一般(e)为+30～40mm，转点在垂线内为正值；转点在垂线外为负值。力臂(e)又叫“揉搓半径”Serub Radius，可见，加大内倾角使力臂(e)愈小愈好，即为锥体转动。

(3)原理分析

主销内倾角(β)的原理分析如下。①内倾角加大，转向轮的回正作用好。但会使前桥垂直位移量加大，在大转角转向时沉重，对于无转向助力的汽车是不利的。“揉搓半径”e的减小，还有利于减小轮胎的磨损，它们是相互矛盾的两个方面，有利有弊。②当前乘用车多采用大内倾角(10°～15°)，其力臂多为负值(-e)，即转点在垂线之外，-e多为-10mm。这是为了提高行驶安全性和制动效能，即保持前后桥制动力比值不变，和提高附着力的利用率，多采用双管路对角排列的制动管路系统。为了防止一条制动管路损坏，不产生“制动跑偏”，和一侧驱动轮滑转或爆胎，失去了牵引能力，不产生“行驶跑偏”等危险事故。此时，完好车轮的一边产生抗偏力矩M=Fb×(-e)；或M=Ft×(-e)。起到了方向盘不必转动，自动保持直线行驶的功能。可见，-e的存在挽救了不少的生命，国外又叫它为“安全半径”(Relief Radius)。如果发生了上述危险事故，应把握好方向盘，缓慢减速停车，保证安全无恙。主销内倾角(β)的工作原理如图4所示。

3.车轮外倾角(α)小，有的为负值

(1)定义

车轮外倾角(α)如图5所示，即车轮的旋转平面与纵向垂直平面之角。(2)目的

车轮外倾角(α)的设计目的如下。①提高车轮的安全性，使重力反力T的分力S压向内轴承，减小了轮毂轴承锁紧螺帽的轴向切割力，防止了车轮飞脱。②转向轻便，减小了阻力臂(e，揉搓半径)。③减小轮胎的偏磨损，提高了汽车的横向稳定性。

(3)原理分析

车轮外倾角(α)的原理分析如下。①车轮外倾是依靠转向节轴的下垂来获得，不易过大，过大了会产生锥体滚动，横向刮磨量加大(吃胎)；过小了，易产生负外倾，加重了锁紧螺帽的负担，车轮易飞脱。②乘用车高速转向时离心力大，车身向外倾斜量大，使外侧悬架和车轮超量变形，车轮瞬时产生更大的正外倾，即：“+”加“+”更外倾。又因为低压偏平轮胎驱动加转向的缘故，轮胎偏磨损量加大。即：r内＞r外，外侧连滚带拖；内侧连滚带揉，瞬时纯滚动的转向功能降低。当车轮外倾角为负值时，可使车轮在转向时瞬时r内外相等，即：“－”加“+”=0，减小了轮胎的偏磨损量，还使车身的倾斜量减小，提高了横向稳定性。③应该说明，当前乘用车前轮多用密封式双排轮毂轴承，内外尺寸相同，受力均匀，定期更换，可靠性好，车轮飞脱之事很少发生。

4.车轮前束小，有的为负值

(1)定义

车轮前束，轮距前窄后宽，如图6所示。A-B之差，用mm或角度表示。

(2)目的

车轮前束的设计目的如下：①消除车轮外倾所造成的向内刮磨现象；②减小轮毂轴承锁紧螺帽的负担，防止车轮飞脱；③减小轮胎磨损和燃油的消耗。

(3)原理分析

车轮前束的原理分析如下。①调节横拉杆的长度，来获得正确的前束，双拉杆的应等量调节，以保证方向盘居中。②当前乘用车的前束多为0～5mm，前束过大会加大车轮外侧的刮磨；前束过小会加大车轮内侧的刮磨，并加大了锁紧螺帽的负担。同时，使行驶阻力加大，油耗增大。③车轮外倾和前束是“双胞胎“，属性应相同，外倾为正值时；前束应为正值。外倾为负值时；前束应为负值。以减轻动态的横向刮磨量(侧滑量)，它是车轮外倾和前束综合抵消后的差值，是代数和的关系，要求在动态下通过侧滑板时，侧滑量每公尺应小于5mm(5mm/1m)。但应有正负值之分，属性应相同，才能正确的反应抵消合理性。

5.乘用车后轮定位内容

乘用车后轮也有定位内容，即后轮也有外倾和前束值。这是由于汽车高速化后，要求前后轮的重合性好，即车辙相符，减小前后轮的横向相对滑移量，防止摇摆行驶，提高车身的横向稳定性。另外，可使后轮的轮毂轴承锁紧螺帽减负，安全性得到提高。为此，乘用车就出现了“四轮定位”内容，四轮定位检测仪器就应运而生。