淺談前輪定位角對(duì)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(nèi)傾角、主銷后傾角和車輪前束，相應(yīng)角度的變化會(huì)引起行駛汽車輪胎的受力狀態(tài)發(fā)生變化，進(jìn)一步引起汽車車輪的側(cè)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(duì)前輪定位角進(jìn)行有效的控制，本研究探索潛能定位對(duì)汽車直線行駛性能所產(chǎn)生的影響，并研究相應(yīng)的控制措施對(duì)于科學(xué)合理的設(shè)計(jì)前輪定位角，進(jìn)而提高汽車行駛的性能有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：汽車;前輪定位角;直線行駛;影響;控制

中圖分類號(hào)：U463.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-9129（2020）14-0088-01

引言：在進(jìn)行汽車設(shè)計(jì)建造的過程中為了使汽車擁有良好的行駛性能和操縱穩(wěn)定性，通過設(shè)計(jì)前束角和外傾角來來針對(duì)車輪角度進(jìn)行調(diào)節(jié)可有效達(dá)到相應(yīng)的目標(biāo)。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(chǎn)生偏移角以后進(jìn)一步會(huì)影響汽車的操縱穩(wěn)定性，同時(shí)相應(yīng)的角度也會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)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(tài)下，其前束角、外傾角等相關(guān)參數(shù)都會(huì)隨著成長(zhǎng)狀態(tài)的變化而發(fā)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(duì)汽車的前輪定位角等相關(guān)基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行研究探索其對(duì)于汽車直線行駛等相關(guān)性能的影響作用，進(jìn)而提出科學(xué)合理的控制方法和措施，對(duì)于提升汽車性能有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1前輪定位角與汽車直線行駛的關(guān)系

汽車的前輪定位角是指與汽車行駛相關(guān)的前輪懸架、系統(tǒng)元件、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)元件等相關(guān)配件在與汽車車架進(jìn)行安裝過程中的相應(yīng)結(jié)合角度和尺寸，需要按照一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝，從而維持汽車在直線行駛狀態(tài)下的穩(wěn)定性，同時(shí)相應(yīng)的角度設(shè)計(jì)應(yīng)能夠保障汽車在轉(zhuǎn)向過程中的輕便性，轉(zhuǎn)向之后能夠具有良好的轉(zhuǎn)向回正性。通過這些性能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有效增強(qiáng)汽車行駛的穩(wěn)定性，同時(shí)降低操作難度，盡可能減少汽車輪胎及相應(yīng)機(jī)件所受摩擦力，延長(zhǎng)汽車的使用性能。

汽車前輪定位角包括車輪外傾角、主銷內(nèi)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(shè)置還可以有效減輕輪轂對(duì)軸承的負(fù)荷。在設(shè)置外傾角時(shí)若外傾角過大則會(huì)導(dǎo)致輪胎產(chǎn)生偏磨損，嚴(yán)重影響輪胎的使用壽命。

（2）其次，內(nèi)傾角的設(shè)置起作用較多一方面內(nèi)傾角的設(shè)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(wěn)定。另一方面內(nèi)傾角的設(shè)置可以使轉(zhuǎn)向操縱變得更加輕便，減少汽車在長(zhǎng)途行駛過程中司機(jī)的體力消耗。在進(jìn)行內(nèi)傾角設(shè)置時(shí)若設(shè)置過大，就會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向的過程中，車輪在繞著主銷偏轉(zhuǎn)時(shí)其輪胎與路面產(chǎn)生較大的摩擦力和滑動(dòng)，當(dāng)輪胎與路面的摩擦力增加時(shí)會(huì)使轉(zhuǎn)向變得更加困難，或者在緊急情況下難以轉(zhuǎn)向，同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷的摩擦也會(huì)嚴(yán)重影響輪胎的使用性能。

（3）后傾角是保障車能自動(dòng)回正的作用，也是促進(jìn)汽車在直線行駛過程中穩(wěn)定性的重要影響因素，若設(shè)置時(shí)其后傾角過大則會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)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(jìn)和行駛過程中因外傾角所產(chǎn)生的側(cè)滑現(xiàn)象，有效維持車輛的穩(wěn)定性，降低不安全事件的發(fā)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(wěn)定，促進(jìn)車輪回正，保障汽車轉(zhuǎn)向操縱方便，延長(zhǎng)輪胎使用壽命等相關(guān)方面都有著非常重要的作用和價(jià)值，因此科學(xué)的設(shè)置前輪定位角非常重要。

2前輪定位角的穩(wěn)態(tài)操穩(wěn)特性控制

汽車的穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)包括不足轉(zhuǎn)向度、側(cè)傾角梯度、0.05g時(shí)的方向盤轉(zhuǎn)角、0.7g時(shí)的方向盤轉(zhuǎn)角和最大側(cè)向加速度，這些指標(biāo)是在汽車前輪定位角設(shè)置過程中的重要參考。

（1）首先當(dāng)前前束角在增大的過程中，其不足轉(zhuǎn)向度會(huì)隨著增大。通常情況下當(dāng)前數(shù)據(jù)達(dá)到0.53度時(shí)其穩(wěn)態(tài)不足轉(zhuǎn)向度數(shù)值為最小值，此狀態(tài)可以有效避免車輛在轉(zhuǎn)向的過程中過度轉(zhuǎn)向，因此當(dāng)前輪前束角低于這個(gè)閾值后可有效保障車輛的轉(zhuǎn)向安全。同時(shí)前束角的增大會(huì)導(dǎo)致汽車行駛過程中的質(zhì)心策略減小，但是其變化值較小，當(dāng)后輪的前束角從-1度增加到1度時(shí)，其質(zhì)心的側(cè)偏角變化為1度。

（2）其次當(dāng)前輪的外傾角增大時(shí)，且穩(wěn)態(tài)不足轉(zhuǎn)向度數(shù)值也會(huì)增大，可有效減少車輛過度轉(zhuǎn)向的趨勢(shì)，有利于維持車輛的穩(wěn)定性。同時(shí)在直線側(cè)偏方面前輪外傾角對(duì)直線側(cè)偏所產(chǎn)生的影響較小，后輪的外傾角由-2度變化到2度時(shí)，其直線側(cè)偏角會(huì)增加0.58度，相對(duì)來說其影響較大。

（3）在穩(wěn)態(tài)側(cè)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(duì)穩(wěn)態(tài)測(cè)梯度所產(chǎn)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(shí)的側(cè)滑特性及相應(yīng)摩擦力，以此有效改變車輛行駛過程中的最大側(cè)向加速度，然而當(dāng)前輪前束角增大時(shí)，其相應(yīng)的側(cè)向加速度會(huì)隨著增加，而前輪的外傾角增加時(shí)，整車所達(dá)到的最大側(cè)向加速度反而會(huì)減少。而表現(xiàn)在方向盤轉(zhuǎn)角方面當(dāng)前輪外傾角增加時(shí)，0.05g側(cè)向加速度方向盤轉(zhuǎn)角會(huì)隨之增加，此時(shí)車輛具有良好的低速轉(zhuǎn)彎性能，而前束角減小時(shí)，0.7g側(cè)向加速度方向盤轉(zhuǎn)角會(huì)增加，在相同的側(cè)向加速度情況下其轉(zhuǎn)角變大，車輛的穩(wěn)定性更高，而汽車的高速轉(zhuǎn)彎性能更高。

綜合分析，前束角使車輪向外側(cè)偏，而外傾角使車輪向內(nèi)側(cè)偏，兩者對(duì)于汽車行駛方向所產(chǎn)生的影響趨勢(shì)剛好相反，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)相應(yīng)角度的過程中也應(yīng)考慮到其角度對(duì)于汽車穩(wěn)態(tài)操穩(wěn)的影響也是相反的效果。

3小結(jié)

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(nèi)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(zhuǎn)向的過程中所產(chǎn)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(wěn)定的相互關(guān)系，從而結(jié)合相應(yīng)的影響因素針對(duì)相應(yīng)角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，在有效維持車輛行駛穩(wěn)定性的情況下，為車輪回正、汽車直線行駛的穩(wěn)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(chǎn)生有效的作用。

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