建立“四輪定位“的新理念

◆文/山東　吳際璋

在傳統結構的汽車上，轉向輪、轉向節、轉向橋三者之間的相關幾何角度位置稱“前輪定位”。它包括主銷后傾角、主銷內傾角、前輪外傾角、前輪前束等四個內容，而后輪無定位角度內容。其目的是保證汽車穩定直行、轉向輕便、減小輪胎的磨損和行駛的安全性。這種傳統的理念，流傳了幾十年。隨著高速公路的出現，汽車已進入高速化、電控化、高檔化的技術領域，先進的結構內容，日新月異的變化，車輪的定位內容和相關參數，發生了質的變化。乘用車率先突破舊傳統觀點，“反其道而行”的新理念，隨著行業的發展而刷新。為此，汽車界人士，知識必須更新，不能用“老皇歷“過日子了。

一、當代乘用車底盤的結構特點

當代乘用車除電控化的結構內容外，其底盤的結構內容和使用性能，有下述特點。

①車速高、輪速高——與地面間的相對運動速度高，存在急起步、急加速、急轉向、急制動等“四急工況”，對汽車的操縱性、穩定性和安全性要求高。不僅前輪有定位內容，后輪也有定位內容，要求“四輪定位”的差值應小于30′。

②輪胎寬而軟——橫向的、縱向的、徑向的彈性變形量大，對汽車的操縱性、穩定性、安全性影響力度大，輪胎的磨損量和偏磨損量也加大(如：前輪擺振等)。

③前輪多采用獨立懸架——“麥克弗遜式”(Mac Pherson)獨立懸架，它是依靠懸架系統中的桿件幾何形狀，來獲得合理的定位角度。因定位件和連接件及球關節多，在使用過程中磨損、松曠、變形量加大，正確的幾何定位角度易失準(如：行駛跑偏問題)。

④懸架彈簧軟——車橋和車身相對位置變化量大，因其間是轉向系統的桿件和球關節件連接，相互間的運動干涉量大，對使用性能的影響力度大(如：點剎車前輪擺振問題)。

⑤獨立懸架的主銷軸線不是實體——螺旋彈簧的上支點與下擺臂球頭銷的連線(圖1)，它是轉向輪的實際轉動中心線，與減振器的中心線不重合，但與萬向節的球心重合，以防運動干涉。

⑥有轉向助力系統——轉向輕便問題可保證。前輪定位參數可以打破常規，朝著更有利的功能要求方向發展(如：主銷大內傾問題)。

⑦多系前輪驅動——轉向加驅動合為一體后，可使汽車的操縱性和穩定性有較大的改善，轉而可使其他性能得到更合理的滿足(如：車輪負外傾問題)。

二、乘用車四輪定位參數

兩例乘用車四輪定位參數的對比如表1所示。

表1　兩例乘用車四輪定位參數對比

三、當代乘用車“四輪定位”的特點

1.主銷后傾角(γ)小，有的為負值

(1)定義

主銷后傾角(γ)如圖2所示，即主銷軸線與地面垂線的后傾角。

(2)目的

主銷后傾角(γ)的設計目的如下。

①直行穩定——由于主銷的后傾，輪胎的轉點A在前、力點B在后，行駛中，產生向后的拉力，若外力使車輪偏轉時，能自動回正。

②轉向后回正——車輪轉向后，由于離心力的作用，在力點處產生地面反作用力Y，進而產生回正力矩M=Y×L+ΔL ，方向盤即自動回到中立位置。

(3)原理分析

主銷后傾角(γ)的原理分析如下。

①轉向時車速愈高、離心力愈大，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，過大了會使方向盤回正過猛而打手，進而加大了前輪擺振。

③前輪驅動化后，穩定性己經提高。又因低壓胎彈性變化量大，附加力臂ΔL大，彈性穩定效應大，主銷后傾角可以減小或為負值。

④主銷后傾角的獲得，是依靠轉向節正確的安裝位置來保證，一般不能調整，只能換件維修。

2.主銷內傾角(β)大，有的阻力臂(e)為負值

(1)定義

主銷內傾角(β)如圖3所示，即主銷軸線與行駛垂面的內傾角。

(2)目的

主銷內傾角(β)的設計目的如下。

①直行穩定——由于主銷的內傾，轉向時前橋將被抬起，前橋車重的勢能作用，可使前輪復位回正，保證了低車速、小轉彎時前輪回正直行。

②轉向輕便——使阻力矩的力臂(e)減小，轉向輪呈錐體轉動，一般(e)為+30～40mm，轉點在垂線內為正值；轉點在垂線外為負值。力臂(e)又叫“揉搓半徑”Serub Radius，可見，加大內傾角使力臂(e)愈小愈好，即為錐體轉動。

(3)原理分析

主銷內傾角(β)的原理分析如下。①內傾角加大，轉向輪的回正作用好。但會使前橋垂直位移量加大，在大轉角轉向時沉重，對于無轉向助力的汽車是不利的。“揉搓半徑”e的減小，還有利于減小輪胎的磨損，它們是相互矛盾的兩個方面，有利有弊。②當前乘用車多采用大內傾角(10°～15°)，其力臂多為負值(-e)，即轉點在垂線之外，-e多為-10mm。這是為了提高行駛安全性和制動效能，即保持前后橋制動力比值不變，和提高附著力的利用率，多采用雙管路對角排列的制動管路系統。為了防止一條制動管路損壞，不產生“制動跑偏”，和一側驅動輪滑轉或爆胎，失去了牽引能力，不產生“行駛跑偏”等危險事故。此時，完好車輪的一邊產生抗偏力矩M=Fb×(-e)；或M=Ft×(-e)。起到了方向盤不必轉動，自動保持直線行駛的功能。可見，-e的存在挽救了不少的生命，國外又叫它為“安全半徑”(Relief Radius)。如果發生了上述危險事故，應把握好方向盤，緩慢減速停車，保證安全無恙。主銷內傾角(β)的工作原理如圖4所示。

3.車輪外傾角(α)小，有的為負值

(1)定義

車輪外傾角(α)如圖5所示，即車輪的旋轉平面與縱向垂直平面之角。(2)目的

車輪外傾角(α)的設計目的如下。①提高車輪的安全性，使重力反力T的分力S壓向內軸承，減小了輪轂軸承鎖緊螺帽的軸向切割力，防止了車輪飛脫。②轉向輕便，減小了阻力臂(e，揉搓半徑)。③減小輪胎的偏磨損，提高了汽車的橫向穩定性。

(3)原理分析

車輪外傾角(α)的原理分析如下。①車輪外傾是依靠轉向節軸的下垂來獲得，不易過大，過大了會產生錐體滾動，橫向刮磨量加大(吃胎)；過小了，易產生負外傾，加重了鎖緊螺帽的負擔，車輪易飛脫。②乘用車高速轉向時離心力大，車身向外傾斜量大，使外側懸架和車輪超量變形，車輪瞬時產生更大的正外傾，即：“+”加“+”更外傾。又因為低壓偏平輪胎驅動加轉向的緣故，輪胎偏磨損量加大。即：r內＞r外，外側連滾帶拖；內側連滾帶揉，瞬時純滾動的轉向功能降低。當車輪外傾角為負值時，可使車輪在轉向時瞬時r內外相等，即：“－”加“+”=0，減小了輪胎的偏磨損量，還使車身的傾斜量減小，提高了橫向穩定性。③應該說明，當前乘用車前輪多用密封式雙排輪轂軸承，內外尺寸相同，受力均勻，定期更換，可靠性好，車輪飛脫之事很少發生。

4.車輪前束小，有的為負值

(1)定義

車輪前束，輪距前窄后寬，如圖6所示。A-B之差，用mm或角度表示。

(2)目的

車輪前束的設計目的如下：①消除車輪外傾所造成的向內刮磨現象；②減小輪轂軸承鎖緊螺帽的負擔，防止車輪飛脫；③減小輪胎磨損和燃油的消耗。

(3)原理分析

車輪前束的原理分析如下。①調節橫拉桿的長度，來獲得正確的前束，雙拉桿的應等量調節，以保證方向盤居中。②當前乘用車的前束多為0～5mm，前束過大會加大車輪外側的刮磨；前束過小會加大車輪內側的刮磨，并加大了鎖緊螺帽的負擔。同時，使行駛阻力加大，油耗增大。③車輪外傾和前束是“雙胞胎“，屬性應相同，外傾為正值時；前束應為正值。外傾為負值時；前束應為負值。以減輕動態的橫向刮磨量(側滑量)，它是車輪外傾和前束綜合抵消后的差值，是代數和的關系，要求在動態下通過側滑板時，側滑量每公尺應小于5mm(5mm/1m)。但應有正負值之分，屬性應相同，才能正確的反應抵消合理性。

5.乘用車后輪定位內容

乘用車后輪也有定位內容，即后輪也有外傾和前束值。這是由于汽車高速化后，要求前后輪的重合性好，即車轍相符，減小前后輪的橫向相對滑移量，防止搖擺行駛，提高車身的橫向穩定性。另外，可使后輪的輪轂軸承鎖緊螺帽減負，安全性得到提高。為此，乘用車就出現了“四輪定位”內容，四輪定位檢測儀器就應運而生。