车辆行驶跑偏原因的探究

王云伟

【摘 要】通过对车辆行驶跑偏因素的全面分析，对四轮定位参数、推力角、轮胎锥度力、重心分布、车身的精度等因素在车辆行驶跑偏中影响的大小分析，制定针对性的改进措施，提高车辆的驾驶舒适性和车辆的行驶稳定性。

【关键词】四轮定位；推力角；重心；锥度力

一、前言

车辆行驶跑偏是指汽车在正常直线行驶时，驾驶员将方向盘自由的至于中间位置，而行驶方向总是有规律的向右或向左偏离汽车纵轴线的现象。故障发生时，需要驾驶员时刻对方向盘施加一个矫正力，这样增加驾驶员的操作，容易造成驾驶员的疲劳，加快零部件和轮胎的磨损。制动时，容易造成制动跑偏，导致车辆制动时发生侧滑现象。在高速公路上紧急制动时，还可能引起严重的侧滑，甚至酿成重大交通事故。

根据试验场采集试验车的验证数据，利用仿真模型，分析外倾角、前束角、主销偏置距、主销后倾角、重心分布、推力角、锥度力对车辆行驶跑偏的影响，对各个参数和行驶跑偏的关系进行深入的分析和探讨。

二、行驶跑偏

四轮定位的作用是使汽车转向是能自动回正，实现转向轻便，减少零部件的磨损和变形，减少轮胎的磨损，降低油耗，提高车辆行驶的稳定性。四轮定位包括外倾角、前束、主销后倾角和主销内倾角，推力角等参数。

引起车辆行驶跑偏的原因主要有：四轮定位参数不准确或不匹配、左右轮胎气压不一致、车轮动不平衡、行驶系零部件的制造误差或变形、轮毂轴承左右间隙不一致、单边制动器制动拖滞、两侧悬架弹性不等以及零部件安装和磨损引起的误差。上述许多原因又是通过影响四轮定位参数发挥作用，进而引起车辆行驶跑偏。零部件的制造误差和变形就会引起四轮定位参数的改变，四轮定位数据的不准确将引起汽车的行驶跑偏。

三、四轮定位对跑偏的影响

在四轮定位的各参数中，参数的变化引起跑偏的因素主要有：车轮的外倾角、后倾角、主销的内倾角等。此外推力角以及重心的分布，对跑偏也有一定的影响。

图1所示为利用软件建立仿真模型，根据实验数据验证该模型的准确性。下面对该模型进行车辆的跑偏的仿真分析。实验车以速度为80KM/H进行仿真，定义向左跑偏为负，向右跑偏为正。跑偏量为纵向行驶1000M时汽车侧向跑偏的位移量，保持左前轮的定位参数不变，通过改变右前轮的定位参数来分析其对跑偏的影响。

（一）外倾角

从车辆前方看，轮胎的几何中心线与地面的铅垂线的夹角，称为外倾角，图2所示的角ɑ即为外倾角，总外倾角指车轮两侧外倾角之差。车轮在滚动时，因为车轮外倾角，轮胎一个滚锥效应，产生两侧车轮向外滚动的趋势。这样即使两侧车轮的外倾角都符合要求，但如果总外倾角不等于零，车轮向两侧滚动的效应便不相等，汽车就可能出现行车跑偏。总外倾角对跑偏的影响如图3所示。

（二）前束角

从车辆的前正上方向下看，轮胎中心线与汽车纵向轴线的夹角称为前束角。图4所示的角β即为前束角。由于车轮存在外倾角，车轮在滚动时将在地面上出现边滚边滑的现象，从而增加了轮胎的磨损。而前束角可以在很大程度上减轻和消除由于外倾而引起的磨损，但左右两侧的前束角不等时也会引起汽车的行驶跑偏，仿真结果如图5所示。

（三）主销后倾角

从车辆的侧面看，上球头或支柱顶端与下球头之连线（假设的转向轴线）向前或向后倾斜，即转向轴线与地面的垂线之间的夹角，称为主销后倾角，如图6所示角γ。在转向轮上，轮胎接地中心A和转向主销与地面的交点B之间的距离即为后倾拖距，如图6所示。后拖距可以形成回正的稳定力矩，若后倾拖距较大，有利于提高转向轮的回正能力和直行稳定性，但转动转向盘时的转向力及保持力会加大。因此，后倾拖距的设计应有一定限度。如果后倾拖距都在要求的范围内，但左右两侧的后侧拖距不同，则汽车两侧车轮所受的侧向力不等，汽车就可能会跑偏，后倾拖距变化对跑偏的影响，如图7所示。

（四）主销内倾角

车辆正前方看，在转向轮上转向主销轴线与铅垂线的夹角，称为主销内倾角。如图8中的角δ；从转向轮接地点A到转向主销轴与路面的交点B之间左右方向的距离即为主销偏置距，如图8所示。主销内倾可以起车轮自动回正作用，并且使转向轻便。如果左右主销内倾角都在要求的范围内但不相等，则汽车两侧车轮所受的侧向力也不相等，会导致车辆行驶跑偏。主销偏置距变化对跑偏的影响，如图9所示。

（五）推力角

从车辆上方看，车辆俯视平面的纵向轴线和推力线（是一条假想的线，从后轴中心向前延伸，由两后轮共同确定的后轴行驶方向线）的夹角，如图10所示。推力线相对纵向轴线向左侧偏斜为正，向右侧偏斜为负。运行状况良好的汽车是不应该有推力角的，但由于悬架制造精度原因，会使后轴推力线偏斜，后轮沿推力线产生沿汽车质心的力矩，推力角对跑偏的影响如图11。

（六）重心的影响

车辆的重心分布对整车的操纵性、转向特性有一定的影响。重心在纵向上靠前时会增加不足转向特性，靠后时会逐渐出现过度转向现象，重心左移为负，右移为正。而重心在侧向上的位置变化对车辆行驶跑偏的影响如图12所示。

（七）轮胎锥度力

轮胎因生产的原因，轮胎在刚度、尺寸形状、质量等方面存在较大的差异。轮胎在滚动过程中产生锥形的侧向力，就是轮胎的锥度力，如图13。使其偏离原来的直线的运动方向，侧向力向左为正，向右为负，轮胎锥度力对跑偏的影响如图14所示。

四、结论

通过以上分析，可总结以下结论

（一）车辆四轮定位是引起汽车跑偏的重要原因，即使四轮定位参数都在要求的范围内，但如果各参数不匹配，也会引起汽车的行驶跑偏；

（二）汽车车架和车身的悬架安装点的尺寸和位置精度，以及相关零部件的制造精度决定了汽车生产过程的通过率。车辆在使用过程中，对这些关键零件的维护直接关系到车辆性能的发挥。因此，必须定期做轮胎定位性能的检测与校准；

（三）对轮胎侧向力进行细化分类标识至关重要，将侧向力接近但方向相反的轮胎装在同一辆车的同轴上，将有效降低车辆的行驶跑偏；

（四）重心分布对汽车的行驶跑偏、汽车转向特性都有一定的影响。在设计时，可以通过调整油箱、蓄电池等附件的位置来确保整车质量分布均衡，已达到提高整车操作稳定性能的目的。

【参考文献】

[1]余志生.汽车理论[J].北京：机械工业出版社，2004.

[2]魏春源.BOSCH汽车工程师手册[J].北京理工大学出版社.