车辆行驶跑偏的原因及案例分析

 杜满胜，王  胜

 （江铃汽车股份有限公司整车工程开发部，江西  南昌  330000）

摘要：车辆直线行驶时，如果发生跑偏现象将会严重影响行车安全。通过对行驶跑偏的原因进行研究，系统地归纳出了解决行驶跑偏的方法。通过对实际案例的分析，得到某新款车型跑偏的根本原因，并提供相应的解决方案。

关键词：行驶跑偏；转向轮；原因中图分类号：U4 61.6

0  引言

 为了保证行车安全，车辆在行驶过程中应该具有稳定的直线驾驶性能。也就是说，汽车的转向轮在保证转向作用的同时，还应该具有自动回正的作用，转向轮在外力作用下发生相应的偏转，而当外力消失后，它就会回正到原来的方向。

 车辆行驶跑偏就是指车辆在行驶过程中偏离了原来直线驾驶的状态，这会影响车辆的操纵稳定性和转向性能，加剧汽车零部件的损耗。车辆在高速行驶过程中出现跑偏是十分危险的，甚至会危及乘客的人身安全。因此，为了保证车辆的操纵性能和行驶安全，需要对车辆行驶跑偏的原因进行研究，并通过对实际案例的分析来验证。

1  转向轮结构与定位参数

 根据车桥上车轮的作用，车桥可以分为转向桥、驱动桥、转向驱动桥和支持桥4种类型。普通汽车大多以前桥为转向桥．通过转动方向盘使车轮发生偏转，从而实现汽车转向的功能。

 在设计汽车时，为了使其具有转向轻便、准确和行驶稳定的性能，在转向轮上设定了相应的定位参数。这些参数包括主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前轮前束，它们是影响转向桥功能状态的重要因素。转向轮定位的准确性，不但影响汽车零部件的损耗，而且也影响车辆行驶的稳定性、经济性和安全性。

1.1  主销后倾角

 主销后倾角τ是指主销轴线向后倾斜，在汽车纵向平面内与地面法线产生的夹角，如图1所示。当汽车转弯时，在离心力的作用下，会使地面在车轮接地点产生一个侧向的反作用力，该反作用力会使车轮绕着主销轴线产生相应的稳定力矩。稳定力矩的方向刚好与车轮偏转方向相反，因此能使车轮回正，保持直线行驶状态。主销后倾角可以提高车辆直线行驶的稳定性，但是它的范围一般不超过30，否则会需要驾驶员在转向时施加更大的力（容易引起驾驶疲劳）。

1.2  主销内倾角

 主销内倾角δ是指主销轴线向内倾斜，在汽车横向平面内与地面法线产生的夹角，如图2所示。当转向轮在外力的作用下产生偏转时，车轮的下边缘会与路面发生接触，使整车高度相应地向上移动，然后在汽车自身的重力作用下，会使车轮回正，保持直线行驶状态。主销内倾角的范围一般不超过80，否则会使轮胎与地面产生相对滑动，增加轮胎的磨损。

1.3前轮外倾角

 前轮外倾角y是指车轮平面向外倾斜，在车轮中心处与汽车横向平面产生交线，该交线与地面法线产生的夹角，如图3所示。由于汽车在加装载荷时会使车桥发生变形，从而产生相应的车轮内倾。车轮内倾一方面会使轮胎产生偏磨，另一方面也会使轮毂轴承的受力不均，因此车轮在预装时需要有一定的外倾角。前轮外倾角是由转向节的设计来确定的，它不宜过大，一般为10左右。

1.4前轮前束

 根据滚锥效应，车轮在外倾角的作用下会有向车辆两侧滚动的趋势，因此需要对其进行约束。左右两侧车轮在安装时，它们的车轮平面是不平行的（车轮前、后两端之间的距离不相等），车轮后端之间的距离B减去车轮前端之间的距离C，就是前轮前束V，如图4所示。前轮前束可以使车轮近似地朝正前方滚动，从而减少了前轮外倾角的不良影响，其一般为0 mm～12mm。

2车辆行驶跑偏的原因

 车辆行驶跑偏很常见但也很复杂，其影响因素有很多，而且不同因素之间还存在相互作用，因此是一个系统性的问题。通常来说，车辆行驶跑偏主要受四轮定位参数、轮胎参数、结构件与装配工艺、道路与环境等因素的影响。

2.1  四轮定位参数的影响

 四轮定位参数对车辆的转向性和操纵稳定性具有重大影响，它们之间需要相互匹配和教调，不同车型的四轮定位参数都是不同的，每个定位参数都会对车辆行驶跑偏产生影响。各定位参数对车辆行驶跑偏产生的影响如下：

 (1)主销后倾角：主销后倾角可以使转向轮回正，其回正作用与车速有关。虽然两侧车轮的主销后倾角都符合四轮定位标准，但是如果它们不相等，则总后倾角（两个主销后倾角之差）不为零，会使车辆在行驶过程中产生跑偏。在符合四轮定位标准的前提下，左、右两侧车轮的主销后倾角之差不能大于10，否则车辆会向主销后倾角偏小的那侧跑偏。

 (2)主销内倾角：主销内倾角也可以使转向轮回正，但它的回正作用与车速无关。虽然两侧车轮的主销内倾角都符合四轮定位标准，但是如果它们不相等，则车轮侧向力的合力也不为零，会使车辆在行驶过程中产生跑偏。在符合四轮定位标准的前提下，左、右两侧车轮的主销内倾角之差不能大于30’，否则车辆会向主销内倾角偏大的那侧跑偏。

 (3)车轮外倾角：汽车在行驶时，车轮外倾角会产生相应的滚锥效应。虽然两侧车轮的外倾角都符合四轮定位标准，但是如果它们不相等，则滚锥效应的作用也不同，会使车辆在行驶过程中产生跑偏。在符合四轮定位标准的前提下，左、右两侧车轮的外倾角之差不能大于30’，否则车辆会向车轮外倾角偏大的那侧跑偏。

 (4)车轮前束：车轮前束主要是与外倾角配合，保证车轮与路面之间的滚动，减少轮胎的磨损。一般来说，前轮前束对车辆行驶跑偏的影响不大，而后轮前束对此影响很大。后轮总前束的角平分线（推进线）与车体中心线的夹角被称为后轮推进角，如图5所示。由于后轮推进角的存在，导致推进线与车体中心线不重合，车辆行驶跑偏。跑偏方向以推进线为基准，车体中心线向哪侧偏移，车辆就向哪侧跑偏。后轮推进角越大，车辆跑偏越严重。为了保证车辆的直线行驶，后轮推进角不能大于20’。

2.2轮胎参数的影响

 轮胎参数对车辆行驶跑偏产生的影响如下：

 (1)轮胎气压：轮胎气压越高，滚动半径越大，在地面滚动一周的距离也越长。而且胎压越高，轮胎与地面的接触面积就越小，相应的滚动阻力也越小。因此，车辆在直线行驶时，会向轮胎气压低的那侧跑偏。

 (2)轮胎锥度力：轮胎在制造过程中，由于尺寸、花纹和材质等因素不会完全相同，而且轮胎与地面接触时，内、外两侧的刚度也不相同，因此，导致对地面的压力也不同，使轮胎的横截面类似于圆锥形，产生相应的锥形侧向力（锥度力），如图6所示。左、右两侧轮胎锥度力的合力决定车辆的跑偏方向。

2.3  结构件尺寸与装配的影响

 底盘是汽车的基础，而结构件又是悬架的基础，因此悬架结构件尺寸和底盘装配工艺对车辆行驶跑偏的影响十分明显。如果副车架、摆臂和转向节等结构件的尺寸超差，就有可能导致车辆两侧的轴距不相等，并使悬架产生变形和磨损。底盘上面装有传动、行驶、转向和制动系，并且最后还要与车身进行装配，如果其装配工艺出现偏差，也会导致车辆行驶跑偏，

2.4道路与环境的影响

 道路在设计时会有一定的排水坡度（从中间向两侧倾斜），因此车辆在道路上靠右行驶时，在重力的作用下会有向右跑偏的趋势。因此，在设计交通法规靠右行驶的车辆时，需要具有轻微的向左行驶跑偏，用来抵消路面不平而产生的向右跑偏趋势。此外，如果汽车在强风或其他恶劣环境的作用下，也可能会产生行驶跑偏。

3  实际案例分析

 某新款车型在动态驾评的过程中，试验样车总是会向左跑偏，因此，需要产品研发人员对样车跑偏进行分析，找到问题的根本原因，并在新车型量产之前提供解决方案。

3.1  判定标准

 国标GB7258 - 2012规定：机动车在平坦、硬实、干燥和清洁的道路上行驶不应跑偏，其方向盘不应有摆振、路感不灵或其他异常现象。在符合国标的前提下，每个主机厂针对行驶跑偏也都有自己的标准。该新车型的驾评判定标准是“车辆以100 km/h匀速直线行驶时，驾驶员双手离开方向盘，车辆在10 s内的偏移距离不得超过2.7 m”。

3.2  分析方法

 车辆行驶跑偏可以由多种原因导致，属于系统性问题，如果不采用科学的研究方法，就会浪费大量的人力物力，并且还不容易找到根本原因。通过实践经验，本文总结出一个从简到繁的分析方法：首先，对样车的轮胎胎压进行检测；其次，对样车的轮胎进行左、右互换，调整锥度力的合力；再次，检查底盘结构件的尺寸和装配；最后，校准四轮定位参数。

 通过对样车的胎压进行检测．发现符合标准，调整轮胎锥度力的合力后，行驶跑偏依然存在。检查结构件的尺寸，没有超差，符合设计标准，底盘的装配也没有出现干涉现象。最后对样车进行了四轮定位，发现右轮外倾角偏小，不符合设计标准。样车四轮定位的设计要求和实测结果分别如表1和表2所示。

 在左、右两侧车轮的外倾角相差很大时，车辆会向外倾角偏大那侧跑偏。样车的左轮外倾角大于右轮外倾角，因此车辆会向左跑偏。

3.3解决措施

 该新款车型的前悬为麦弗逊式独立悬架，可以对前束值进行调整，但是车轮外倾角不属于正常调整范围，因此，需要对悬架的结构件进行调整，使右轮外倾角增大。样车右前悬的减震器和转向节是用两个螺栓相连，通过调整上连接螺栓的垫片厚度，可以调整右轮外倾角的大小，如图7所示。

 考虑到四轮定位参数的设计要求，最后决定把上连接螺栓的垫片增厚4.5 mm，使右轮外倾角符合设计标准，调整后的四轮定位结果如表3所示。

3.4  驾评验证

 在调整四轮定位参数后，对样车重新进行动态驾评，发现它已经完全符合判定标准，没有再出现向左跑偏。

4结论

 车辆行驶跑偏的主要原因是四轮定位参数、轮胎参数、结构件尺寸和道路环境等。研究车辆行驶跑偏问题要采用从简到繁的分析方法，先检查轮胎的胎压和锥度力合力，再检查悬架结构件尺寸和底盘装配工艺，最后检查四轮定位参数，从而可以找到问题的根本并提出相应的解决措施。