淺談前輪定位角對汽車直線行駛性能的影響及其控制

徐勇

摘要：汽車前輪定位角主要包括車輪外傾角、主銷內傾角、主銷后傾角和車輪前束，相應角度的變化會引起行駛汽車輪胎的受力狀態發生變化，進一步引起汽車車輪的側滑，從而改變車輛的性能。因此有效保證汽車直線行駛需要針對前輪定位角進行有效的控制，本研究探索潛能定位對汽車直線行駛性能所產生的影響，并研究相應的控制措施對于科學合理的設計前輪定位角，進而提高汽車行駛的性能有非常重要的現實意義。

關鍵詞：汽車;前輪定位角;直線行駛;影響;控制

中圖分類號：U463.3文獻標識碼：A文章編號：1672-9129（2020）14-0088-01

引言：在進行汽車設計建造的過程中為了使汽車擁有良好的行駛性能和操縱穩定性，通過設計前束角和外傾角來來針對車輪角度進行調節可有效達到相應的目標。前束角和外傾角是改變汽車輪胎受力情況的重要影響因素，而輪胎變形產生偏移角以后進一步會影響汽車的操縱穩定性，同時相應的角度也會進一步增強輪胎與地面的摩擦力，造成輪胎大幅度的磨損。而且在不同核載狀態下，其前束角、外傾角等相關參數都會隨著成長狀態的變化而發生改變，這也是影響汽車整車操縱性能的重要因素。因此針對汽車的前輪定位角等相關基礎參數進行研究探索其對于汽車直線行駛等相關性能的影響作用，進而提出科學合理的控制方法和措施，對于提升汽車性能有重要的現實意義。

1前輪定位角與汽車直線行駛的關系

汽車的前輪定位角是指與汽車行駛相關的前輪懸架、系統元件、轉向系統元件等相關配件在與汽車車架進行安裝過程中的相應結合角度和尺寸，需要按照一定的標準進行安裝，從而維持汽車在直線行駛狀態下的穩定性，同時相應的角度設計應能夠保障汽車在轉向過程中的輕便性，轉向之后能夠具有良好的轉向回正性。通過這些性能目標的實現有效增強汽車行駛的穩定性，同時降低操作難度，盡可能減少汽車輪胎及相應機件所受摩擦力，延長汽車的使用性能。

汽車前輪定位角包括車輪外傾角、主銷內傾角、主銷后傾角以及車輪前束。

（1）首先，外傾角是有效保障輪胎摩擦均勻的角度，該角度的設置還可以有效減輕輪轂對軸承的負荷。在設置外傾角時若外傾角過大則會導致輪胎產生偏磨損，嚴重影響輪胎的使用壽命。

（2）其次，內傾角的設置起作用較多一方面內傾角的設置具有車輪回正的作用，車輪回正有利于直線行駛的汽車更加穩定。另一方面內傾角的設置可以使轉向操縱變得更加輕便，減少汽車在長途行駛過程中司機的體力消耗。在進行內傾角設置時若設置過大，就會導致轉向的過程中，車輪在繞著主銷偏轉時其輪胎與路面產生較大的摩擦力和滑動，當輪胎與路面的摩擦力增加時會使轉向變得更加困難，或者在緊急情況下難以轉向，同時長時間高負荷的摩擦也會嚴重影響輪胎的使用性能。

（3）后傾角是保障車能自動回正的作用，也是促進汽車在直線行駛過程中穩定性的重要影響因素，若設置時其后傾角過大則會導致轉向較為沉重，影響汽車的操作性能。

（4）最后車輪前束其作用主要是減輕和消除車輛在前進和行駛過程中因外傾角所產生的側滑現象，有效維持車輛的穩定性，降低不安全事件的發生率。綜合分析汽車前輪定位角在有效保障汽車直線行駛穩定，促進車輪回正，保障汽車轉向操縱方便，延長輪胎使用壽命等相關方面都有著非常重要的作用和價值，因此科學的設置前輪定位角非常重要。

2前輪定位角的穩態操穩特性控制

汽車的穩態回轉評價指標包括不足轉向度、側傾角梯度、0.05g時的方向盤轉角、0.7g時的方向盤轉角和最大側向加速度，這些指標是在汽車前輪定位角設置過程中的重要參考。

（1）首先當前前束角在增大的過程中，其不足轉向度會隨著增大。通常情況下當前數據達到0.53度時其穩態不足轉向度數值為最小值，此狀態可以有效避免車輛在轉向的過程中過度轉向，因此當前輪前束角低于這個閾值后可有效保障車輛的轉向安全。同時前束角的增大會導致汽車行駛過程中的質心策略減小，但是其變化值較小，當后輪的前束角從-1度增加到1度時，其質心的側偏角變化為1度。

（2）其次當前輪的外傾角增大時，且穩態不足轉向度數值也會增大，可有效減少車輛過度轉向的趨勢，有利于維持車輛的穩定性。同時在直線側偏方面前輪外傾角對直線側偏所產生的影響較小，后輪的外傾角由-2度變化到2度時，其直線側偏角會增加0.58度，相對來說其影響較大。

（3）在穩態側傾梯度方面，其前輪的外傾角變化速度相比于前輪前束角對穩態測梯度所產生的影響更小，雖然前束角和外傾角都是改變車輪與地面接觸時的側滑特性及相應摩擦力，以此有效改變車輛行駛過程中的最大側向加速度，然而當前輪前束角增大時，其相應的側向加速度會隨著增加，而前輪的外傾角增加時，整車所達到的最大側向加速度反而會減少。而表現在方向盤轉角方面當前輪外傾角增加時，0.05g側向加速度方向盤轉角會隨之增加，此時車輛具有良好的低速轉彎性能，而前束角減小時，0.7g側向加速度方向盤轉角會增加，在相同的側向加速度情況下其轉角變大，車輛的穩定性更高，而汽車的高速轉彎性能更高。

綜合分析，前束角使車輪向外側偏，而外傾角使車輪向內側偏，兩者對于汽車行駛方向所產生的影響趨勢剛好相反，因此在實際設計相應角度的過程中也應考慮到其角度對于汽車穩態操穩的影響也是相反的效果。

3小結

影響汽車直線行駛的前輪定位角主要包括車輪外傾角、主銷內傾角、主銷后傾角以及車輪前束，這些定位角作用于車輪以及轉向的過程中所產生的效果和性能也各不相同，充分分析前輪定位角與車輛直線行駛以及穩定的相互關系，從而結合相應的影響因素針對相應角度進行設計，在有效維持車輛行駛穩定性的情況下，為車輪回正、汽車直線行駛的穩定性、降低車輪與地面的摩擦、全面提升車輛車輛的使用性能等多方面產生有效的作用。

參考文獻：

[1]王青春，劉培勇，范潔，張文金. 汽車轉向輪定位參數調整教具的設計與仿真[J]. 成都工業學院學報，2014，17（02）：39-41.

[2]黃如君，張梅. 汽車行駛過程中對車輪定位參數影響的研究[J]. 科技通報，2016，32（12）：200-204.

[3]李耀超，馬化海，張文新，孫英會. 汽車轉向輪定位參數的作用[J]. 汽車實用技術，2017（12）：150-153.

[4]宋麗. 某車型車輪定位參數異常問題的分析和解決[J]. 汽車實用技術，2020（05）：148-153.