輪胎的錐度和殘留轉(zhuǎn)彎力對(duì)汽車(chē)直線(xiàn)跑偏的影響

邵明峰

摘 要：輪胎作為汽車(chē)行駛時(shí)影響其行駛狀況的重要部件之一，因?yàn)榕c路面直接接觸，對(duì)汽車(chē)的行駛性能具有極大的影響。這種影響是通過(guò)輪胎錐度和殘留轉(zhuǎn)彎力作用于汽車(chē)而產(chǎn)生的。文章對(duì)輪胎錐度和殘留轉(zhuǎn)彎力的產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析和探索，并探討了降低汽車(chē)直線(xiàn)跑偏幾率的可能性。

關(guān)鍵詞：輪胎；錐度；殘留轉(zhuǎn)彎力；直線(xiàn)跑偏

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.341 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）14-0075-02

當(dāng)汽車(chē)在平直的道路上保持直線(xiàn)行駛時(shí)，駕駛員雙手離開(kāi)方向盤(pán)后車(chē)輛無(wú)法繼續(xù)保持直線(xiàn)行駛，汽車(chē)自行偏向某側(cè)的行駛狀態(tài)，則被稱(chēng)之為直線(xiàn)跑偏。存在直線(xiàn)跑偏問(wèn)題的汽車(chē)，駕駛員只有按照一定方向操縱方向盤(pán)，方能保持直線(xiàn)駕駛。跑偏有可能引發(fā)多種后果，啃胎或輪胎報(bào)廢尚且在人們的接受范圍之內(nèi)，但嚴(yán)重跑偏的情況容易導(dǎo)致車(chē)輛失控等重大事故。

1 概述汽車(chē)直線(xiàn)跑偏現(xiàn)象

在車(chē)輛工程中，對(duì)于直線(xiàn)跑偏的定義，是指汽車(chē)前后軸的中心連線(xiàn)與其行駛軌跡的中心線(xiàn)存在差異因而使其偏離既定方向的現(xiàn)象。

造成汽車(chē)直線(xiàn)跑偏的因素有很多，排除其他因素之后，輪胎作為與路面直接接觸的重要部件，對(duì)其行駛性能影響最大。輪胎不但在為汽車(chē)提供驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力和緩沖力方面具有最重要的作用，其性能的好壞還直接影響到整個(gè)汽車(chē)的行駛狀態(tài)。

一方面輪胎的充氣狀態(tài)、磨損度能對(duì)汽車(chē)的行駛狀態(tài)構(gòu)成影響，另一方面輪胎自身的品質(zhì)和性能也對(duì)汽車(chē)的行駛性能構(gòu)成巨大影響。

本文主要針對(duì)輪胎的錐度與殘留轉(zhuǎn)彎力對(duì)汽車(chē)直線(xiàn)跑偏的影響，做出了如下探討。

2 錐度效應(yīng)

2.1 錐度效應(yīng)概述

當(dāng)汽車(chē)輪胎進(jìn)行直線(xiàn)自由運(yùn)動(dòng)時(shí)，負(fù)荷半徑固定，速度恒定的情況下，每轉(zhuǎn)一周其側(cè)向力平均值被稱(chēng)作側(cè)向力偏移。所謂錐度效應(yīng)，指的是不由輪胎旋轉(zhuǎn)方向的變化卻引發(fā)了側(cè)向力偏移的力學(xué)效果。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，當(dāng)輪胎在運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程中，錐形側(cè)向力Fk始終伴隨并產(chǎn)生作用，F(xiàn)k作用于輪胎會(huì)令其偏離原本的直線(xiàn)方向，新胎也會(huì)存在這種問(wèn)題。

2.2 錐度效應(yīng)產(chǎn)生原因

因?yàn)楣に嚟h(huán)境的差別，輪胎始終存在均勻性波動(dòng)的情況，這里的均勻性包括幾何尺寸的均勻性、質(zhì)量的的均勻性、剛度的均勻性以及力的的均勻性，錐度效應(yīng)因此而產(chǎn)生。

輪胎與地面直接接觸，胎肩兩側(cè)會(huì)作用于路面上的壓力是不同的，在此過(guò)程中輪胎斷面呈現(xiàn)圓錐形變化趨勢(shì)，由此產(chǎn)生錐形側(cè)向力Fk。

2.2.1 制造因素所導(dǎo)致的輪胎剛度的不均勻性

現(xiàn)代輪胎制造工藝能夠?qū)⑾鹉z、簾布、鋼絲等材料通過(guò)多種工藝流程制作成為輪胎，這些復(fù)雜的橡膠制品卻無(wú)法保證所有的輪胎具有一致的特性，誤差和缺陷無(wú)法避免，因此致使輪胎的胎肩剛性呈現(xiàn)出不均勻性。這種因素導(dǎo)致的輪胎剛度不均勻，會(huì)使輪胎的斷面呈現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)的特征。

2.2.2 制造因素所導(dǎo)致的輪胎兩側(cè)胎肩厚度不一致

在制造輪胎的過(guò)程中，工藝的局限性促使輪胎兩側(cè)的胎肩厚度不一致，因此造成輪胎斷面形狀的不對(duì)稱(chēng)，在輪胎進(jìn)行直線(xiàn)運(yùn)行時(shí)，就產(chǎn)生了錐形側(cè)向力Fk，輪胎的截面結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.3 錐度效應(yīng)對(duì)汽車(chē)直線(xiàn)跑偏的影響

當(dāng)汽車(chē)的輪胎產(chǎn)生錐度效應(yīng)，意味著輪胎的斷面呈現(xiàn)圓錐形過(guò)程中，其外傾角等于0而引發(fā)了車(chē)輪外傾現(xiàn)象。輪胎保持某種速度進(jìn)行直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，錐形側(cè)向力Fk作用于車(chē)輪使其向某側(cè)偏擺，假設(shè)一輛車(chē)的左前輪與右前輪的錐形側(cè)向力分別是5 kgf與4.9 kgf，側(cè)向力的方向都向左，那么該車(chē)的的錐形側(cè)向力Fk值為9.9 kgf，跑偏的方向?yàn)樽蟆＜僭O(shè)該車(chē)的左前輪與右前輪存在相反的錐型側(cè)向力，兩者的錐形側(cè)向力都是5 kgf，那么該車(chē)的錐形側(cè)向力Fk值是零，引起跑偏的可能性也為零。因此，當(dāng)一輛車(chē)兩個(gè)前輪具有方向一致的錐形側(cè)向力時(shí)，該車(chē)直線(xiàn)跑偏的可能性較大，反之，該車(chē)跑偏的可能性很小。一旦錐形側(cè)向力Fk超過(guò)定值，汽車(chē)跑偏就無(wú)可避免。此時(shí)，駕駛員能夠在控制方向盤(pán)時(shí)感受到錐形側(cè)向力Fk，必須不斷校正方向盤(pán)，按照一個(gè)方向行駛，才能保持汽車(chē)始終在直線(xiàn)行駛。

2.4 控制錐度效應(yīng)的措施

要控制錐度效應(yīng)，減少其對(duì)于汽車(chē)直線(xiàn)跑偏的影響，有以下幾點(diǎn)措施可以嘗試。

2.4.1 嚴(yán)格控制輪胎的錐度值

不論使用哪種工藝制造輪胎，輪胎的錐度效應(yīng)都無(wú)法消除，但我們能夠通過(guò)嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)明確錐度值，以此達(dá)到降低錐度效應(yīng)。目前，根據(jù)我國(guó)的輪胎制作相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，建議輪胎達(dá)到這樣的標(biāo)準(zhǔn)：

外直徑≤648 mm對(duì)應(yīng)錐度—CON—≤5 kgf；

外直徑≥648 hm對(duì)應(yīng)錐度—CON—≤6 kgf。

2.4.2 子午線(xiàn)輪胎工藝控制

通過(guò)控制子午線(xiàn)輪胎的三角膠、胎側(cè)膠、胎冠膠以及密封層，嚴(yán)格把握帶束層的質(zhì)量、斷面形狀以及胎胚的寬度，能夠在一定程度上將輪胎的錐度值保持在有效范圍內(nèi)。要掌握好胎冠膠的擠出工藝，噴涂對(duì)稱(chēng)線(xiàn)，保證帶束層的寬度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)于帶束層的簾線(xiàn)角度、寬度也要進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，還應(yīng)注意簾線(xiàn)角度的偏差不能超過(guò)既定范圍。在胎胚硫化的過(guò)程中，要使胎冠膠的接頭朝向固定位置，并將帶束層中心固定到位，確保輪胎在成型時(shí)盡可能均勻。

2.4.3 測(cè)試輪胎的錐度側(cè)向力，調(diào)整裝配策略

通過(guò)提高標(biāo)準(zhǔn)和加嚴(yán)生產(chǎn)工藝的方法，會(huì)增大制造成本，為了在現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)下，降低錐形側(cè)向力對(duì)車(chē)輛直行性能的影響，部分汽車(chē)制造商在進(jìn)行生產(chǎn)控制時(shí)，采用了輪胎分組標(biāo)示并裝配的方法，即在輪胎的錐度效應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，確認(rèn)每個(gè)輪胎的錐形側(cè)向力的大小和方向，將具有相反側(cè)向力，且力值大小相近的輪胎進(jìn)行分組標(biāo)示，在生產(chǎn)線(xiàn)上保證將同一組的輪胎安裝在同一軸上，這樣，同一軸兩側(cè)的輪胎錐形側(cè)向力方向相反、大小相近，則形成的錐形側(cè)向力合力趨近于0，達(dá)到了抵消錐形側(cè)向力的目的。以國(guó)內(nèi)某家一線(xiàn)制造商為例，對(duì)輪胎實(shí)施以下的分組策略，收到了良好的效果，見(jiàn)表1。

3 殘留轉(zhuǎn)彎力

3.1 殘留轉(zhuǎn)彎力的概念

當(dāng)汽車(chē)靠右行駛在拱形的路面上時(shí)，車(chē)輛事實(shí)上感受到的是左高右低的行駛狀態(tài)，該車(chē)會(huì)產(chǎn)生向后推的橫力，并作用于汽車(chē)使其向右側(cè)跑偏。當(dāng)輪胎需要對(duì)抗傾斜的路面所產(chǎn)生的橫力時(shí)，其自身結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生向左推的力。這就是說(shuō)，當(dāng)汽車(chē)在這種傾斜的路面上行駛時(shí)，駕駛員松開(kāi)手后，輪胎依然會(huì)產(chǎn)生向左推的力，也就是殘留轉(zhuǎn)彎力，以此來(lái)對(duì)抗因路面傾斜而造成的自然橫力。

3.2 殘留轉(zhuǎn)彎力產(chǎn)生原因

以子午線(xiàn)輪胎為例，其殘留轉(zhuǎn)彎力是因?yàn)殇摻z帶束層的特性所引發(fā)的。在安裝有子午線(xiàn)輪胎的汽車(chē)行駛過(guò)程中，輪胎因?yàn)槠涔δ懿町惔嬖诮嵌炔煌匿摻z束帶，鋼絲束帶的朝向決定了該車(chē)會(huì)向右還是向左運(yùn)行。對(duì)于左舵車(chē)來(lái)說(shuō)，子午線(xiàn)輪胎的鋼絲束帶下側(cè)部分的朝向是右，產(chǎn)生的殘留側(cè)向反力的方向是左，以此能夠?qū)箖A斜路面向右推的橫力；對(duì)于右舵車(chē)來(lái)說(shuō)，輪胎鋼絲束帶下側(cè)部分的朝向是左，產(chǎn)生的殘留側(cè)向反力是右，能夠?qū)箖A斜路面向右左的橫力。

3.3 控制殘留轉(zhuǎn)彎力的具體措施

殘留轉(zhuǎn)彎力作為輪胎本身的動(dòng)態(tài)特性之一，只能夠通過(guò)嚴(yán)格控制標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)有效控制。根據(jù)我國(guó)當(dāng)前的相關(guān)規(guī)定，輪胎的殘留側(cè)向反力無(wú)法明確標(biāo)準(zhǔn)，只能夠依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定范圍值。比較適合汽車(chē)現(xiàn)實(shí)駕駛情況的標(biāo)準(zhǔn)值是：左舵車(chē)的輪胎殘留轉(zhuǎn)彎力保持在—60±20 N的范圍內(nèi)；右舵車(chē)的輪胎殘留轉(zhuǎn)彎力保持在+60±20 N的范圍內(nèi)。

4 結(jié) 語(yǔ)

輪胎因?yàn)槠渲谱鞴に嚨牟煌谫|(zhì)量和剛性上具有不均勻性，其產(chǎn)生的錐度效應(yīng)也大不同。又因?yàn)檩喬埩艮D(zhuǎn)彎力的影響，使得汽車(chē)在平臺(tái)路面和傾斜路面上會(huì)出現(xiàn)直線(xiàn)跑偏的情況。要解決汽車(chē)跑偏的現(xiàn)象有賴(lài)于提高輪胎本身的性能，并在制作工藝中降低錐度值，嚴(yán)格控制殘留轉(zhuǎn)彎力，才能最大限度地降低汽車(chē)的跑偏率。

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