◆文/山東　吳際璋

在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的汽車(chē)上，轉(zhuǎn)向輪、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向橋三者之間的相關(guān)幾何角度位置稱(chēng)“前輪定位”。它包括主銷(xiāo)后傾角、主銷(xiāo)內(nèi)傾角、前輪外傾角、前輪前束等四個(gè)內(nèi)容，而后輪無(wú)定位角度內(nèi)容。其目的是保證汽車(chē)穩(wěn)定直行、轉(zhuǎn)向輕便、減小輪胎的磨損和行駛的安全性。這種傳統(tǒng)的理念，流傳了幾十年。隨著高速公路的出現(xiàn)，汽車(chē)已進(jìn)入高速化、電控化、高檔化的技術(shù)領(lǐng)域，先進(jìn)的結(jié)構(gòu)內(nèi)容，日新月異的變化，車(chē)輪的定位內(nèi)容和相關(guān)參數(shù)，發(fā)生了質(zhì)的變化。乘用車(chē)率先突破舊傳統(tǒng)觀點(diǎn)，“反其道而行”的新理念，隨著行業(yè)的發(fā)展而刷新。為此，汽車(chē)界人士，知識(shí)必須更新，不能用“老皇歷“過(guò)日子了。

一、當(dāng)代乘用車(chē)底盤(pán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

當(dāng)代乘用車(chē)除電控化的結(jié)構(gòu)內(nèi)容外，其底盤(pán)的結(jié)構(gòu)內(nèi)容和使用性能，有下述特點(diǎn)。

①車(chē)速高、輪速高——與地面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度高，存在急起步、急加速、急轉(zhuǎn)向、急制動(dòng)等“四急工況”，對(duì)汽車(chē)的操縱性、穩(wěn)定性和安全性要求高。不僅前輪有定位內(nèi)容，后輪也有定位內(nèi)容，要求“四輪定位”的差值應(yīng)小于30′。

②輪胎寬而軟——橫向的、縱向的、徑向的彈性變形量大，對(duì)汽車(chē)的操縱性、穩(wěn)定性、安全性影響力度大，輪胎的磨損量和偏磨損量也加大(如：前輪擺振等)。

③前輪多采用獨(dú)立懸架——“麥克弗遜式”(Mac Pherson)獨(dú)立懸架，它是依靠懸架系統(tǒng)中的桿件幾何形狀，來(lái)獲得合理的定位角度。因定位件和連接件及球關(guān)節(jié)多，在使用過(guò)程中磨損、松曠、變形量加大，正確的幾何定位角度易失準(zhǔn)(如：行駛跑偏問(wèn)題)。

④懸架彈簧軟——車(chē)橋和車(chē)身相對(duì)位置變化量大，因其間是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的桿件和球關(guān)節(jié)件連接，相互間的運(yùn)動(dòng)干涉量大，對(duì)使用性能的影響力度大(如：點(diǎn)剎車(chē)前輪擺振問(wèn)題)。

⑤獨(dú)立懸架的主銷(xiāo)軸線不是實(shí)體——螺旋彈簧的上支點(diǎn)與下擺臂球頭銷(xiāo)的連線(圖1)，它是轉(zhuǎn)向輪的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)中心線，與減振器的中心線不重合，但與萬(wàn)向節(jié)的球心重合，以防運(yùn)動(dòng)干涉。

⑥有轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)——轉(zhuǎn)向輕便問(wèn)題可保證。前輪定位參數(shù)可以打破常規(guī)，朝著更有利的功能要求方向發(fā)展(如：主銷(xiāo)大內(nèi)傾問(wèn)題)。

⑦多系前輪驅(qū)動(dòng)——轉(zhuǎn)向加驅(qū)動(dòng)合為一體后，可使汽車(chē)的操縱性和穩(wěn)定性有較大的改善，轉(zhuǎn)而可使其他性能得到更合理的滿足(如：車(chē)輪負(fù)外傾問(wèn)題)。

二、乘用車(chē)四輪定位參數(shù)

兩例乘用車(chē)四輪定位參數(shù)的對(duì)比如表1所示。

表1　兩例乘用車(chē)四輪定位參數(shù)對(duì)比

三、當(dāng)代乘用車(chē)“四輪定位”的特點(diǎn)

1.主銷(xiāo)后傾角(γ)小，有的為負(fù)值

(1)定義

主銷(xiāo)后傾角(γ)如圖2所示，即主銷(xiāo)軸線與地面垂線的后傾角。

(2)目的

主銷(xiāo)后傾角(γ)的設(shè)計(jì)目的如下。

①直行穩(wěn)定——由于主銷(xiāo)的后傾，輪胎的轉(zhuǎn)點(diǎn)A在前、力點(diǎn)B在后，行駛中，產(chǎn)生向后的拉力，若外力使車(chē)輪偏轉(zhuǎn)時(shí)，能自動(dòng)回正。

②轉(zhuǎn)向后回正——車(chē)輪轉(zhuǎn)向后，由于離心力的作用，在力點(diǎn)處產(chǎn)生地面反作用力Y，進(jìn)而產(chǎn)生回正力矩M=Y×L+ΔL ，方向盤(pán)即自動(dòng)回到中立位置。

(3)原理分析

主銷(xiāo)后傾角(γ)的原理分析如下。

①轉(zhuǎn)向時(shí)車(chē)速愈高、離心力愈大，地面反作用力Y愈大，附加力臂ΔL愈大，回正力矩M也愈大。

②回正力矩M不是愈大愈好，過(guò)大了會(huì)使方向盤(pán)回正過(guò)猛而打手，進(jìn)而加大了前輪擺振。

③前輪驅(qū)動(dòng)化后，穩(wěn)定性己經(jīng)提高。又因低壓胎彈性變化量大，附加力臂ΔL大，彈性穩(wěn)定效應(yīng)大，主銷(xiāo)后傾角可以減小或?yàn)樨?fù)值。

④主銷(xiāo)后傾角的獲得，是依靠轉(zhuǎn)向節(jié)正確的安裝位置來(lái)保證，一般不能調(diào)整，只能換件維修。

2.主銷(xiāo)內(nèi)傾角(β)大，有的阻力臂(e)為負(fù)值

(1)定義

主銷(xiāo)內(nèi)傾角(β)如圖3所示，即主銷(xiāo)軸線與行駛垂面的內(nèi)傾角。

(2)目的

主銷(xiāo)內(nèi)傾角(β)的設(shè)計(jì)目的如下。

①直行穩(wěn)定——由于主銷(xiāo)的內(nèi)傾，轉(zhuǎn)向時(shí)前橋?qū)⒈惶穑皹蜍?chē)重的勢(shì)能作用，可使前輪復(fù)位回正，保證了低車(chē)速、小轉(zhuǎn)彎時(shí)前輪回正直行。

②轉(zhuǎn)向輕便——使阻力矩的力臂(e)減小，轉(zhuǎn)向輪呈錐體轉(zhuǎn)動(dòng)，一般(e)為+30～40mm，轉(zhuǎn)點(diǎn)在垂線內(nèi)為正值；轉(zhuǎn)點(diǎn)在垂線外為負(fù)值。力臂(e)又叫“揉搓半徑”Serub Radius，可見(jiàn)，加大內(nèi)傾角使力臂(e)愈小愈好，即為錐體轉(zhuǎn)動(dòng)。

(3)原理分析

主銷(xiāo)內(nèi)傾角(β)的原理分析如下。①內(nèi)傾角加大，轉(zhuǎn)向輪的回正作用好。但會(huì)使前橋垂直位移量加大，在大轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)向時(shí)沉重，對(duì)于無(wú)轉(zhuǎn)向助力的汽車(chē)是不利的?！叭啻臧霃健眅的減小，還有利于減小輪胎的磨損，它們是相互矛盾的兩個(gè)方面，有利有弊。②當(dāng)前乘用車(chē)多采用大內(nèi)傾角(10°～15°)，其力臂多為負(fù)值(-e)，即轉(zhuǎn)點(diǎn)在垂線之外，-e多為-10mm。這是為了提高行駛安全性和制動(dòng)效能，即保持前后橋制動(dòng)力比值不變，和提高附著力的利用率，多采用雙管路對(duì)角排列的制動(dòng)管路系統(tǒng)。為了防止一條制動(dòng)管路損壞，不產(chǎn)生“制動(dòng)跑偏”，和一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)或爆胎，失去了牽引能力，不產(chǎn)生“行駛跑偏”等危險(xiǎn)事故。此時(shí)，完好車(chē)輪的一邊產(chǎn)生抗偏力矩M=Fb×(-e)；或M=Ft×(-e)。起到了方向盤(pán)不必轉(zhuǎn)動(dòng)，自動(dòng)保持直線行駛的功能。可見(jiàn)，-e的存在挽救了不少的生命，國(guó)外又叫它為“安全半徑”(Relief Radius)。如果發(fā)生了上述危險(xiǎn)事故，應(yīng)把握好方向盤(pán)，緩慢減速停車(chē)，保證安全無(wú)恙。主銷(xiāo)內(nèi)傾角(β)的工作原理如圖4所示。

3.車(chē)輪外傾角(α)小，有的為負(fù)值

(1)定義

車(chē)輪外傾角(α)如圖5所示，即車(chē)輪的旋轉(zhuǎn)平面與縱向垂直平面之角。(2)目的

車(chē)輪外傾角(α)的設(shè)計(jì)目的如下。①提高車(chē)輪的安全性，使重力反力T的分力S壓向內(nèi)軸承，減小了輪轂軸承鎖緊螺帽的軸向切割力，防止了車(chē)輪飛脫。②轉(zhuǎn)向輕便，減小了阻力臂(e，揉搓半徑)。③減小輪胎的偏磨損，提高了汽車(chē)的橫向穩(wěn)定性。

(3)原理分析

車(chē)輪外傾角(α)的原理分析如下。①車(chē)輪外傾是依靠轉(zhuǎn)向節(jié)軸的下垂來(lái)獲得，不易過(guò)大，過(guò)大了會(huì)產(chǎn)生錐體滾動(dòng)，橫向刮磨量加大(吃胎)；過(guò)小了，易產(chǎn)生負(fù)外傾，加重了鎖緊螺帽的負(fù)擔(dān)，車(chē)輪易飛脫。②乘用車(chē)高速轉(zhuǎn)向時(shí)離心力大，車(chē)身向外傾斜量大，使外側(cè)懸架和車(chē)輪超量變形，車(chē)輪瞬時(shí)產(chǎn)生更大的正外傾，即：“+”加“+”更外傾。又因?yàn)榈蛪浩捷喬ヲ?qū)動(dòng)加轉(zhuǎn)向的緣故，輪胎偏磨損量加大。即：r內(nèi)＞r外，外側(cè)連滾帶拖；內(nèi)側(cè)連滾帶揉，瞬時(shí)純滾動(dòng)的轉(zhuǎn)向功能降低。當(dāng)車(chē)輪外傾角為負(fù)值時(shí)，可使車(chē)輪在轉(zhuǎn)向時(shí)瞬時(shí)r內(nèi)外相等，即：“－”加“+”=0，減小了輪胎的偏磨損量，還使車(chē)身的傾斜量減小，提高了橫向穩(wěn)定性。③應(yīng)該說(shuō)明，當(dāng)前乘用車(chē)前輪多用密封式雙排輪轂軸承，內(nèi)外尺寸相同，受力均勻，定期更換，可靠性好，車(chē)輪飛脫之事很少發(fā)生。

4.車(chē)輪前束小，有的為負(fù)值

(1)定義

車(chē)輪前束，輪距前窄后寬，如圖6所示。A-B之差，用mm或角度表示。

(2)目的

車(chē)輪前束的設(shè)計(jì)目的如下：①消除車(chē)輪外傾所造成的向內(nèi)刮磨現(xiàn)象；②減小輪轂軸承鎖緊螺帽的負(fù)擔(dān)，防止車(chē)輪飛脫；③減小輪胎磨損和燃油的消耗。

(3)原理分析

車(chē)輪前束的原理分析如下。①調(diào)節(jié)橫拉桿的長(zhǎng)度，來(lái)獲得正確的前束，雙拉桿的應(yīng)等量調(diào)節(jié)，以保證方向盤(pán)居中。②當(dāng)前乘用車(chē)的前束多為0～5mm，前束過(guò)大會(huì)加大車(chē)輪外側(cè)的刮磨；前束過(guò)小會(huì)加大車(chē)輪內(nèi)側(cè)的刮磨，并加大了鎖緊螺帽的負(fù)擔(dān)。同時(shí)，使行駛阻力加大，油耗增大。③車(chē)輪外傾和前束是“雙胞胎“，屬性應(yīng)相同，外傾為正值時(shí)；前束應(yīng)為正值。外傾為負(fù)值時(shí)；前束應(yīng)為負(fù)值。以減輕動(dòng)態(tài)的橫向刮磨量(側(cè)滑量)，它是車(chē)輪外傾和前束綜合抵消后的差值，是代數(shù)和的關(guān)系，要求在動(dòng)態(tài)下通過(guò)側(cè)滑板時(shí)，側(cè)滑量每公尺應(yīng)小于5mm(5mm/1m)。但應(yīng)有正負(fù)值之分，屬性應(yīng)相同，才能正確的反應(yīng)抵消合理性。

5.乘用車(chē)后輪定位內(nèi)容

乘用車(chē)后輪也有定位內(nèi)容，即后輪也有外傾和前束值。這是由于汽車(chē)高速化后，要求前后輪的重合性好，即車(chē)轍相符，減小前后輪的橫向相對(duì)滑移量，防止搖擺行駛，提高車(chē)身的橫向穩(wěn)定性。另外，可使后輪的輪轂軸承鎖緊螺帽減負(fù)，安全性得到提高。為此，乘用車(chē)就出現(xiàn)了“四輪定位”內(nèi)容，四輪定位檢測(cè)儀器就應(yīng)運(yùn)而生。