汽車前輪定位參數設計

孫飛豹，毋師平

(沈陽工學院，遼寧 沈陽 113122)

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汽車前輪定位參數設計

孫飛豹，毋師平

(沈陽工學院，遼寧 沈陽 113122)

本文通過對汽車前輪定位參數力學分析，論述了前輪定位結構參數對直線行駛穩定性和操縱輕便性作用原理，進而明確了設置前輪定位參數的必要性，并給出了前輪定位參數的設計原則及限值。

前輪外傾；主銷內傾；主銷后傾；前輪前束

1 前言

汽車前輪定位參數對汽車直線行駛穩定性、行駛安全性、操縱性、轉向輕便性及輪胎壽命影響極大，根據機動車相關標準,合理選擇前輪定位參數及其結構形式、是實現整車綜合性能設計優化的一個重要環節。

2 車輪外傾角α

車輪外傾角是車輪中心平面相對于垂直面的傾角。站在汽車前面向后看，如圖1所示，車輪外傾角有正、負之分。較早的車輛常具有較大的正外傾角，其目的是保證車輪垂直于當時的表面弧度較大的單車道路面。商用車空車時車輪有外傾角要求，而當滿載時由于前軸受載變形，車輪外傾角明顯減小。

圖1 汽車前輪定位參數示意圖

在現代汽車上，前輪外傾角通常為0°或+1°以內的小角度。具有外傾角的車輪趨向于向其傾斜的方向滾動，從而產生一個側向力(外傾側向力)，它對轉向車輪具有如下兩個有益的作用：

(1)趨向于抵消由路面不平而作用到車輪上的不大的側向力。

(2)在轉向連桿系中施加一個小的側向預加載荷，有利于消除其中的間隙。

因而，其總的作用是提高汽車直線行駛的穩定性。

3 主銷內傾角β

主銷內傾角β是前輪的旋轉軸線(主銷軸線)相對于垂直線的傾角，如圖1所示。在非獨立懸架前軸轉向系統中，確實有主銷存在，前輪在轉向時就繞著它旋轉，旋轉軸線與主銷的軸線重合。

但是在獨立懸架轉向系統中，不存在主銷這個零件。采用不等長雙橫臂式懸架中，主銷軸線是上、下球頭銷中心的連線；在麥弗遜懸架中，轉向時車輪的主銷軸線是減振器總成的上支點中心和懸架橫擺臂球銷中心的連線。

主銷內傾角對改善汽車的操縱性是有利的。當轉向輪繞傾斜的旋轉軸線旋轉時，汽車的前部被稍稍抬起，勢能增大，有降低高度的趨勢。這樣就對轉向輪施加一個回正力矩，而且這種趨勢在汽車向前和向后行駛中都存在。在現代汽車中，主銷內傾角的范圍在6°～12°之間。

4 主銷偏移距

主銷偏移距是主銷軸線與地面的交點和車輪中心線與地面的交點之間的距離，如圖1所示。主銷偏移距也有正負之分，如果偏移距在車輪中心線與地面交點的內側，為正；如果在外側，則為負。設計主銷偏移距的主要目的是減小停車轉向力。

在一些比較新型的汽車中采用負偏移距。其優點是在一個輪胎放氣或左、右車輪上制動力不相等時，具有抵抗汽車改變行駛方向的能力。但當偏移距為正時，不具有這種特性。

當主銷軸線與地面的交點和輪胎在地面上的印跡中心重合時，偏移距為零，這種轉向稱為中心點轉向(其主銷內傾角一般不小于10°而當偏移距為負時，主銷內傾角更大)。

中心點轉向的一個重要優點在于制動力和驅動力(在轉向驅動橋情況下)對主銷軸線均無轉矩作用，因為它們都通過輪胎在地面上的印跡中心。其缺點在于停車轉向阻力較大。

5 主銷后傾角γ

主銷后傾角γ是轉向車輪的旋轉軸線相對于垂直線(從汽車側面看，如圖1所示)的傾角。主銷后傾角也有正、負之分。正的主銷后傾角的作用是使主銷軸線與地面的交點位于輪胎接地印跡中心之前，二者之間的距離稱為機械拖距。汽車在轉向時，轉向車輪上作用有側向力，引起彈性輪胎出現側偏角。地面對輪胎作用的側向力的合力作用點位于輪胎的地面印跡中心之后。側向力合力作用點與輪胎的地面印跡中心的距離，稱為輪胎拖距。

在現代裝有子午線輪胎的車輛上，其主銷后傾角的范圍大致為-1°～+3°，也有采用+6°的。但在后置發動機的汽車中，由于前輪負荷較輕，輪胎拖距較小，為提供足夠的回正力矩，往往采用更大的主銷后傾角。

6 前束和反前束

在汽車的俯視圖上，如圖1所示；反前束使兩個前輪的中心線向汽車前方發散。在實際中，前束和反前束是用在車輪輪輞最前點和最后點之間的距離之差表示，一般為0～5mm。

在前輪不是驅動輪時，往往設置前束。

對前輪驅動汽車，當主銷偏移距為正時，往往設置反前束。

7 結束語

正確的前輪定位參數設計具有以下特點；保證可靠地承受車輪所受的各種力和力矩,使轉向輪受干擾后回正能力強、響應快速、運動穩定，操縱輕便并減輕輪胎的磨損。轉向輪的擺振應盡可能小，以保證汽車的正常、穩定行駛。對前輪驅動汽車，當主銷偏移距為正時，應設置反前束。

[1] 余志生主編.汽車理論(第5版)[M].北京：機械工業出版社，2000.

[2] 劉惟信主編.汽車設計[M].北京：清華大學出版杜，2001.

孫飛豹(1959.4-)，男，漢族，遼寧沈陽人，高級工程師(副教授)，本科，沈陽工學院，研究方向：汽車設計，汽車操縱穩定性研究，汽車理論教學 毋師平(1959.12-)，女，漢族，遼寧丹東，教授，本科，遼寧廣播電視大學丹東分校，研究方向:機械結構優化設計、機械設計理論教學。

TH122

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1671-1602(2016)20-0075-01