輕型客車行駛跑偏研究與分析

吳 帥，張振東，郁 強(qiáng)2

（1.上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，上海200093；2.上汽集團(tuán)商用車技術(shù)中心，上海200438）

0 引 言

汽車行駛跑偏是指汽車在正常直線行駛時(shí)，駕駛員將轉(zhuǎn)向盤自由地置于中間位置，而汽車行駛方向總是有規(guī)則地向右或向左偏離汽車縱軸線方向的現(xiàn)象。

一般汽車行駛跑偏容易導(dǎo)致零部件和輪胎磨損加快，油耗增加，動力下降，轉(zhuǎn)向抖動發(fā)飄；嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致爆胎，甚至車輛失控。故對整車行駛跑偏進(jìn)行分析并采取相關(guān)措施降低跑偏發(fā)生概率是十分必要的。

Minitab（Mini+Tabulator=小型+計(jì)算機(jī)）是1972年美國賓夕法尼亞州立大學(xué)開發(fā)的產(chǎn)品，以菜單的方式構(gòu)成，無需學(xué)習(xí)難度較大的命令文，只需擁有基本的統(tǒng)計(jì)知識便可使用。其圖表支持良好，特別是與六西格瑪關(guān)聯(lián)，為持續(xù)質(zhì)量改善和概率應(yīng)用提供準(zhǔn)確、易用的工具［1］。采用Minitab尋找變量之間的關(guān)系，可以得到比較準(zhǔn)確的結(jié)果。

1 輕型客車行駛跑偏因素分析

目前，衡量汽車行駛跑偏沒有詳細(xì)的國家標(biāo)準(zhǔn)，通常測量的方法有兩種：一是汽車在平坦直路上制動或是行駛1 000 m，最大的偏差在4～5 m以內(nèi)可算正常；二是手力標(biāo)準(zhǔn)，為了維持車輛直線行駛需要施加的方向盤扭矩，一般小于0.45 N·m。

車輛行駛跑偏通常由車輛特性和外部因素構(gòu)成，其中，車輛特性包括轉(zhuǎn)向裝置、四輪定位、車輛結(jié)構(gòu)和輪胎四部分；外部因素包括輪胎氣壓、路面傾斜和風(fēng)向，如圖1所示。

1.1 輕型客車行駛跑偏特征

（1）以50～90 km／h速度行駛時(shí)跑偏比較明顯，即中高速時(shí)跑偏明顯；

（2）左右舵車型都跑偏，跟轉(zhuǎn)向系無關(guān)；

（3）隨車身生產(chǎn)精度變化而變化。

1.2 交換實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

根據(jù)整車跑偏問題反饋和統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行交換試驗(yàn)，縮小原因查找范圍，然后將不跑偏車輛和跑偏車輛進(jìn)行底盤件與車身的互換，包括副車架、后橋、懸架。先換副車架，再換懸架，然后是后橋。

交換實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1：交換副車架、懸架、后橋后，跑偏車輛依然跑偏；正常車身交換到跑偏車輛后，跑偏車輛恢復(fù)正常。由此確定車身為跑偏問題源頭。由于是剛下線的新車，尚未投入市場，故排除外部因素；由于左右舵車型都跑偏，排除轉(zhuǎn)向裝置因素；相同車型同時(shí)存在跑偏與不跑偏現(xiàn)象，與車輛結(jié)構(gòu)無關(guān)；問題車輛車身換上正常車輛底盤件之后依然跑偏，故車身是跑偏的問題來源。

表1 交換實(shí)驗(yàn)結(jié)果

車身零部件安裝尺寸最終會影響四輪定位參數(shù)，所以重點(diǎn)分析四輪定位對車輛行駛跑偏的影響；同時(shí)，基于邏輯常識，輪胎的狀況也是行駛跑偏的一個(gè)重要影響因素，因而也進(jìn)行了相應(yīng)分析。

2 四輪定位與輪胎對行駛跑偏的影響分析

2.1 前輪前束

前輪前束是指車輛幾何軸線與車輪中心線的夾角，作用是減小或消除因前輪外傾使前輪前端向外滾動所造成的不良后果。前束角與外傾角配合，可以降低車輛行進(jìn)時(shí)對輪胎的磨損，補(bǔ)償由于前輪外傾角的存在而使地面對輪胎產(chǎn)生的側(cè)向力，使駕駛穩(wěn)定［2］。前輪前束隨著前輪外傾角的增大而增大，隨其減小而減小。

2.2 前輪外傾角

前輪外傾角是車輪中心平面與垂直面間的夾角。外傾角與主銷內(nèi)傾角構(gòu)成主銷偏距。合適的主銷偏距使車輛易于駕駛，既可以減小路面的沖擊，又可以使方向盤有很好的回正能力。如果車輪上端向外傾斜即為正外傾角，可以減少轉(zhuǎn)向時(shí)所需的力量，使轉(zhuǎn)彎較為輕松，如果車輪上端向內(nèi)傾斜，為負(fù)傾角，可幫助汽車抵抗轉(zhuǎn)彎時(shí)的離心力。

2.3 主銷內(nèi)傾角

主銷內(nèi)傾角是指主銷裝在前軸略向內(nèi)傾斜的角度，它的作用是使前輪自動回正。角度越大前輪自動回正的作用就越強(qiáng)烈，但轉(zhuǎn)向時(shí)也越費(fèi)力，輪胎磨損增大；反之，角度越小前輪自動回正的作用就越弱，因此這個(gè)主銷內(nèi)傾角有一個(gè)范圍，約5°～8°之間［3］。

2.4 主銷后傾角

主銷后傾角是轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)軸與車輪軸中垂線的夾角。它使車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生的離心力所形成的力矩方向與車輪偏轉(zhuǎn)方向相反，迫使車輪偏轉(zhuǎn)后自動恢復(fù)到原來的中間位置上。由此，主銷后傾角越大，車速越高，前輪穩(wěn)定性愈好。但后傾角大也會令駕駛者轉(zhuǎn)動方向盤費(fèi)力，因此主銷后傾角有一個(gè)范圍，一般不大于3°［3］。有些轎車的輪胎氣壓低彈性大，行駛時(shí)輪胎與地面接觸面中心向后移動，也會產(chǎn)生一種力矩，故后傾角可以減少，甚至變?yōu)樨?fù)值，即主銷前傾。

其中，主銷內(nèi)傾和主銷后傾都可以使汽車轉(zhuǎn)向自動回正，并保持直線行駛。不同的是主銷內(nèi)傾的回正作用與車速無關(guān)，而主銷后傾的回正作用與車速有關(guān)，所以高速時(shí)主銷后傾角的回正作用大，低速時(shí)主銷內(nèi)傾角的回正作用大。

2.5 輪胎錐度對跑偏的影響

錐度效應(yīng)指在輪胎的滾動過程中，總有作用于其上的側(cè)向力Fk使其偏離原來行駛方向的現(xiàn)象，新胎也有這種情況。

當(dāng)車輪以一定的速度直線行駛時(shí)，錐形側(cè)向力Fk力圖使車輪向左或向右偏擺，超過一定值時(shí)，車輛就開始跑偏。駕駛員通過方向盤可以感覺到錐形側(cè)向力Fk的存在，并需要始終校正方向盤，才能保持車輛直線行駛［4］。

輪胎供應(yīng)商可以通過對輪胎進(jìn)行錐度大小和錐度方向分級，在輪胎大頭方向打空心或?qū)嵭募t色標(biāo)，進(jìn)行錐度區(qū)分，將相同錐度等級的輪胎裝到同一輛車上，減少左右輪錐度的差異［5］。

2.6 輪胎殘留轉(zhuǎn)彎力對跑偏的影響

（1）殘留轉(zhuǎn)彎力：為了對抗路面傾斜而產(chǎn)生的橫力，輪胎本身的結(jié)構(gòu)必須能產(chǎn)生向左推的力，是對抗路面斜度唯一的力，這個(gè)力稱為殘留轉(zhuǎn)彎力［4］。

（2）控制殘留轉(zhuǎn)彎力的方案：一款輪胎一旦設(shè)計(jì)完成，殘留轉(zhuǎn)彎力基本穩(wěn)定。因此，每一種車型在批量投產(chǎn)以前，要根據(jù)車輛自身的特性和跑偏趨勢，確定使用輪胎的殘留轉(zhuǎn)彎力。生產(chǎn)中車輛輪胎的殘留轉(zhuǎn)彎力已經(jīng)確定，無法調(diào)整，為保證生產(chǎn)，必須通過控制前輪外傾差和后輪推進(jìn)角，進(jìn)行糾偏［6］。

3 某輕型客車行駛跑偏分析

3.1 車輛四輪定位設(shè)計(jì)參數(shù)

輕客四輪定位設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

表2 輕客四輪定位原設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 綜合分析

輕型客車主要是在中高速時(shí)跑偏，通過對四輪定位各角度的分析，中高速時(shí)主銷后傾角的回正作用較大，確定主銷后傾角偏小是本次跑偏核心原因；加大主銷后傾角，可以提高車輛高速行駛時(shí)的穩(wěn)定性，但不宜過大，不然會使轉(zhuǎn)向困難。

由于車輛設(shè)計(jì)過程是在引進(jìn)車型消化吸收的基礎(chǔ)上進(jìn)行，有不少參數(shù)沿用原車設(shè)計(jì)，包括四輪定位角度。原版車設(shè)計(jì)時(shí)，主銷后傾角較小，以滿足轉(zhuǎn)向輕便的要求。且原版車型所處生產(chǎn)環(huán)境、工裝、設(shè)備、人員整體狀況較好，可以保證生產(chǎn)精度，故原版車很少出現(xiàn)行駛跑偏現(xiàn)象。重新設(shè)計(jì)投產(chǎn)后，由于制造部門設(shè)備老化、維護(hù)保養(yǎng)不及時(shí)，很難保證生產(chǎn)精度，使主銷后傾角原本被制造能力掩蓋的設(shè)計(jì)偏小缺陷暴露。

輪胎錐度和殘留轉(zhuǎn)彎力，結(jié)合此次分析和抽檢結(jié)果，并不存在問題，不作為整改對象。

主銷后傾角設(shè)計(jì)偏小，加上制造精度不能滿足設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致了車輛行駛跑偏的發(fā)生。

4 改進(jìn)措施

經(jīng)過分析，可以通過調(diào)整車身下球銷中心點(diǎn)來改變主銷后傾角。調(diào)整量與主銷后傾角變化規(guī)律如表3所示。

表3 調(diào)整量與主銷后傾角的關(guān)系

利用Minitab統(tǒng)計(jì)分析軟件擬合散點(diǎn)，得到主銷后傾角與車身下球銷中心點(diǎn)變化量之間的關(guān)系，如圖2所示。

圖2 調(diào)整量與主銷后傾角關(guān)系

車身下球銷中心點(diǎn)調(diào)整量與主銷后傾角之間是線性關(guān)系，通過調(diào)整其X方向位置來調(diào)整主銷后傾角大小。最后，將右側(cè)下球銷中心點(diǎn)沿X方向調(diào)整3.5 mm，主銷后傾角增加到1.75°。

更換生產(chǎn)線核心工位焊接工裝，調(diào)整設(shè)備保養(yǎng)要求，加強(qiáng)員工培訓(xùn)。

經(jīng)過以上措施之后，輕型客車跑偏概率降低到1%以內(nèi)，達(dá)到生產(chǎn)要求。

5 結(jié) 論

（1）較小的主銷后傾角，可以提升汽車轉(zhuǎn)向輕便性和操縱穩(wěn)定性，避免一部分轉(zhuǎn)向不足，但會影響直線行駛穩(wěn)定性；增大主銷后傾角，可以提高車輪自動回正能力，提升高速行駛穩(wěn)定性，但會使轉(zhuǎn)向沉重。適當(dāng)提高主銷后傾角，可以減輕行駛跑偏；

（2）制造設(shè)備老化、維護(hù)不當(dāng)影響制造精度，進(jìn)而影響四輪定位參數(shù)，故在日常生產(chǎn)中，應(yīng)該十分注意設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)并做好定期檢查；

（3）采用Minitab軟件尋找變量之間的關(guān)系，可以為后續(xù)的參數(shù)調(diào)整、改進(jìn)提供準(zhǔn)確依據(jù)。

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［4］段曉靜，崔 杰.輪胎的錐度和殘留轉(zhuǎn)彎力對汽車直線跑偏的影響［C］.鄭州：第十屆河南省汽車工程技術(shù)研討會論文集，2013：385-386.

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