吳 帥，張振東，郁 強(qiáng)2

（1.上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，上海200093；2.上汽集團(tuán)商用車技術(shù)中心，上海200438）

0 引 言

汽車行駛跑偏是指汽車在正常直線行駛時(shí)，駕駛員將轉(zhuǎn)向盤自由地置于中間位置，而汽車行駛方向總是有規(guī)則地向右或向左偏離汽車縱軸線方向的現(xiàn)象。

一般汽車行駛跑偏容易導(dǎo)致零部件和輪胎磨損加快，油耗增加，動(dòng)力下降，轉(zhuǎn)向抖動(dòng)發(fā)飄；嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致爆胎，甚至車輛失控。故對(duì)整車行駛跑偏進(jìn)行分析并采取相關(guān)措施降低跑偏發(fā)生概率是十分必要的。

Minitab（Mini+Tabulator=小型+計(jì)算機(jī)）是1972年美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)開發(fā)的產(chǎn)品，以菜單的方式構(gòu)成，無(wú)需學(xué)習(xí)難度較大的命令文，只需擁有基本的統(tǒng)計(jì)知識(shí)便可使用。其圖表支持良好，特別是與六西格瑪關(guān)聯(lián)，為持續(xù)質(zhì)量改善和概率應(yīng)用提供準(zhǔn)確、易用的工具［1］。采用Minitab尋找變量之間的關(guān)系，可以得到比較準(zhǔn)確的結(jié)果。

1 輕型客車行駛跑偏因素分析

目前，衡量汽車行駛跑偏沒有詳細(xì)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，通常測(cè)量的方法有兩種：一是汽車在平坦直路上制動(dòng)或是行駛1 000 m，最大的偏差在4～5 m以內(nèi)可算正常；二是手力標(biāo)準(zhǔn)，為了維持車輛直線行駛需要施加的方向盤扭矩，一般小于0.45 N·m。

車輛行駛跑偏通常由車輛特性和外部因素構(gòu)成，其中，車輛特性包括轉(zhuǎn)向裝置、四輪定位、車輛結(jié)構(gòu)和輪胎四部分；外部因素包括輪胎氣壓、路面傾斜和風(fēng)向，如圖1所示。

1.1 輕型客車行駛跑偏特征

（1）以50～90 km／h速度行駛時(shí)跑偏比較明顯，即中高速時(shí)跑偏明顯；

（2）左右舵車型都跑偏，跟轉(zhuǎn)向系無(wú)關(guān)；

（3）隨車身生產(chǎn)精度變化而變化。

1.2 交換實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

根據(jù)整車跑偏問(wèn)題反饋和統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行交換試驗(yàn)，縮小原因查找范圍，然后將不跑偏車輛和跑偏車輛進(jìn)行底盤件與車身的互換，包括副車架、后橋、懸架。先換副車架，再換懸架，然后是后橋。

交換實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1：交換副車架、懸架、后橋后，跑偏車輛依然跑偏；正常車身交換到跑偏車輛后，跑偏車輛恢復(fù)正常。由此確定車身為跑偏問(wèn)題源頭。由于是剛下線的新車，尚未投入市場(chǎng)，故排除外部因素；由于左右舵車型都跑偏，排除轉(zhuǎn)向裝置因素；相同車型同時(shí)存在跑偏與不跑偏現(xiàn)象，與車輛結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)；問(wèn)題車輛車身?yè)Q上正常車輛底盤件之后依然跑偏，故車身是跑偏的問(wèn)題來(lái)源。

表1 交換實(shí)驗(yàn)結(jié)果

車身零部件安裝尺寸最終會(huì)影響四輪定位參數(shù)，所以重點(diǎn)分析四輪定位對(duì)車輛行駛跑偏的影響；同時(shí)，基于邏輯常識(shí)，輪胎的狀況也是行駛跑偏的一個(gè)重要影響因素，因而也進(jìn)行了相應(yīng)分析。

2 四輪定位與輪胎對(duì)行駛跑偏的影響分析

2.1 前輪前束

前輪前束是指車輛幾何軸線與車輪中心線的夾角，作用是減小或消除因前輪外傾使前輪前端向外滾動(dòng)所造成的不良后果。前束角與外傾角配合，可以降低車輛行進(jìn)時(shí)對(duì)輪胎的磨損，補(bǔ)償由于前輪外傾角的存在而使地面對(duì)輪胎產(chǎn)生的側(cè)向力，使駕駛穩(wěn)定［2］。前輪前束隨著前輪外傾角的增大而增大，隨其減小而減小。

2.2 前輪外傾角

前輪外傾角是車輪中心平面與垂直面間的夾角。外傾角與主銷內(nèi)傾角構(gòu)成主銷偏距。合適的主銷偏距使車輛易于駕駛，既可以減小路面的沖擊，又可以使方向盤有很好的回正能力。如果車輪上端向外傾斜即為正外傾角，可以減少轉(zhuǎn)向時(shí)所需的力量，使轉(zhuǎn)彎較為輕松，如果車輪上端向內(nèi)傾斜，為負(fù)傾角，可幫助汽車抵抗轉(zhuǎn)彎時(shí)的離心力。

2.3 主銷內(nèi)傾角

主銷內(nèi)傾角是指主銷裝在前軸略向內(nèi)傾斜的角度，它的作用是使前輪自動(dòng)回正。角度越大前輪自動(dòng)回正的作用就越強(qiáng)烈，但轉(zhuǎn)向時(shí)也越費(fèi)力，輪胎磨損增大；反之，角度越小前輪自動(dòng)回正的作用就越弱，因此這個(gè)主銷內(nèi)傾角有一個(gè)范圍，約5°～8°之間［3］。

2.4 主銷后傾角

主銷后傾角是轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)軸與車輪軸中垂線的夾角。它使車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生的離心力所形成的力矩方向與車輪偏轉(zhuǎn)方向相反，迫使車輪偏轉(zhuǎn)后自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)的中間位置上。由此，主銷后傾角越大，車速越高，前輪穩(wěn)定性愈好。但后傾角大也會(huì)令駕駛者轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤費(fèi)力，因此主銷后傾角有一個(gè)范圍，一般不大于3°［3］。有些轎車的輪胎氣壓低彈性大，行駛時(shí)輪胎與地面接觸面中心向后移動(dòng)，也會(huì)產(chǎn)生一種力矩，故后傾角可以減少，甚至變?yōu)樨?fù)值，即主銷前傾。

其中，主銷內(nèi)傾和主銷后傾都可以使汽車轉(zhuǎn)向自動(dòng)回正，并保持直線行駛。不同的是主銷內(nèi)傾的回正作用與車速無(wú)關(guān)，而主銷后傾的回正作用與車速有關(guān)，所以高速時(shí)主銷后傾角的回正作用大，低速時(shí)主銷內(nèi)傾角的回正作用大。

2.5 輪胎錐度對(duì)跑偏的影響

錐度效應(yīng)指在輪胎的滾動(dòng)過(guò)程中，總有作用于其上的側(cè)向力Fk使其偏離原來(lái)行駛方向的現(xiàn)象，新胎也有這種情況。

當(dāng)車輪以一定的速度直線行駛時(shí)，錐形側(cè)向力Fk力圖使車輪向左或向右偏擺，超過(guò)一定值時(shí)，車輛就開始跑偏。駕駛員通過(guò)方向盤可以感覺到錐形側(cè)向力Fk的存在，并需要始終校正方向盤，才能保持車輛直線行駛［4］。

輪胎供應(yīng)商可以通過(guò)對(duì)輪胎進(jìn)行錐度大小和錐度方向分級(jí)，在輪胎大頭方向打空心或?qū)嵭募t色標(biāo)，進(jìn)行錐度區(qū)分，將相同錐度等級(jí)的輪胎裝到同一輛車上，減少左右輪錐度的差異［5］。

2.6 輪胎殘留轉(zhuǎn)彎力對(duì)跑偏的影響

（1）殘留轉(zhuǎn)彎力：為了對(duì)抗路面傾斜而產(chǎn)生的橫力，輪胎本身的結(jié)構(gòu)必須能產(chǎn)生向左推的力，是對(duì)抗路面斜度唯一的力，這個(gè)力稱為殘留轉(zhuǎn)彎力［4］。

（2）控制殘留轉(zhuǎn)彎力的方案：一款輪胎一旦設(shè)計(jì)完成，殘留轉(zhuǎn)彎力基本穩(wěn)定。因此，每一種車型在批量投產(chǎn)以前，要根據(jù)車輛自身的特性和跑偏趨勢(shì)，確定使用輪胎的殘留轉(zhuǎn)彎力。生產(chǎn)中車輛輪胎的殘留轉(zhuǎn)彎力已經(jīng)確定，無(wú)法調(diào)整，為保證生產(chǎn)，必須通過(guò)控制前輪外傾差和后輪推進(jìn)角，進(jìn)行糾偏［6］。

3 某輕型客車行駛跑偏分析

3.1 車輛四輪定位設(shè)計(jì)參數(shù)

輕客四輪定位設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

表2 輕客四輪定位原設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 綜合分析

輕型客車主要是在中高速時(shí)跑偏，通過(guò)對(duì)四輪定位各角度的分析，中高速時(shí)主銷后傾角的回正作用較大，確定主銷后傾角偏小是本次跑偏核心原因；加大主銷后傾角，可以提高車輛高速行駛時(shí)的穩(wěn)定性，但不宜過(guò)大，不然會(huì)使轉(zhuǎn)向困難。

由于車輛設(shè)計(jì)過(guò)程是在引進(jìn)車型消化吸收的基礎(chǔ)上進(jìn)行，有不少參數(shù)沿用原車設(shè)計(jì)，包括四輪定位角度。原版車設(shè)計(jì)時(shí)，主銷后傾角較小，以滿足轉(zhuǎn)向輕便的要求。且原版車型所處生產(chǎn)環(huán)境、工裝、設(shè)備、人員整體狀況較好，可以保證生產(chǎn)精度，故原版車很少出現(xiàn)行駛跑偏現(xiàn)象。重新設(shè)計(jì)投產(chǎn)后，由于制造部門設(shè)備老化、維護(hù)保養(yǎng)不及時(shí)，很難保證生產(chǎn)精度，使主銷后傾角原本被制造能力掩蓋的設(shè)計(jì)偏小缺陷暴露。

輪胎錐度和殘留轉(zhuǎn)彎力，結(jié)合此次分析和抽檢結(jié)果，并不存在問(wèn)題，不作為整改對(duì)象。

主銷后傾角設(shè)計(jì)偏小，加上制造精度不能滿足設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致了車輛行駛跑偏的發(fā)生。

4 改進(jìn)措施

經(jīng)過(guò)分析，可以通過(guò)調(diào)整車身下球銷中心點(diǎn)來(lái)改變主銷后傾角。調(diào)整量與主銷后傾角變化規(guī)律如表3所示。

表3 調(diào)整量與主銷后傾角的關(guān)系

利用Minitab統(tǒng)計(jì)分析軟件擬合散點(diǎn)，得到主銷后傾角與車身下球銷中心點(diǎn)變化量之間的關(guān)系，如圖2所示。

圖2 調(diào)整量與主銷后傾角關(guān)系

車身下球銷中心點(diǎn)調(diào)整量與主銷后傾角之間是線性關(guān)系，通過(guò)調(diào)整其X方向位置來(lái)調(diào)整主銷后傾角大小。最后，將右側(cè)下球銷中心點(diǎn)沿X方向調(diào)整3.5 mm，主銷后傾角增加到1.75°。

更換生產(chǎn)線核心工位焊接工裝，調(diào)整設(shè)備保養(yǎng)要求，加強(qiáng)員工培訓(xùn)。

經(jīng)過(guò)以上措施之后，輕型客車跑偏概率降低到1%以內(nèi)，達(dá)到生產(chǎn)要求。

5 結(jié) 論

（1）較小的主銷后傾角，可以提升汽車轉(zhuǎn)向輕便性和操縱穩(wěn)定性，避免一部分轉(zhuǎn)向不足，但會(huì)影響直線行駛穩(wěn)定性；增大主銷后傾角，可以提高車輪自動(dòng)回正能力，提升高速行駛穩(wěn)定性，但會(huì)使轉(zhuǎn)向沉重。適當(dāng)提高主銷后傾角，可以減輕行駛跑偏；

（2）制造設(shè)備老化、維護(hù)不當(dāng)影響制造精度，進(jìn)而影響四輪定位參數(shù)，故在日常生產(chǎn)中，應(yīng)該十分注意設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)并做好定期檢查；

（3）采用Minitab軟件尋找變量之間的關(guān)系，可以為后續(xù)的參數(shù)調(diào)整、改進(jìn)提供準(zhǔn)確依據(jù)。

［1］何曉群，王作成.六西格瑪管理與MINITAB軟件［J］.中國(guó)統(tǒng)計(jì)，2005，（9）：41-42.

［2］柳 楊，劉紅領(lǐng)，陳 偉，等.影響汽車跑偏的因素［J］.計(jì)算機(jī)輔助工程，2006，（9）：165-168.

［3］李秀玲，王東鳳，賈玉芬.汽車行駛跑偏的原因探析［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2011，33（2）：119-121.

［4］段曉靜，崔 杰.輪胎的錐度和殘留轉(zhuǎn)彎力對(duì)汽車直線跑偏的影響［C］.鄭州：第十屆河南省汽車工程技術(shù)研討會(huì)論文集，2013：385-386.

［5］李及春，王秀冰.汽車行駛跑偏與輪胎生產(chǎn)［J］.中外企業(yè)家，2013，（19）：173-174.

［6］沈逸敏.輪胎對(duì)汽車行駛跑偏的影響［J］.輪胎工業(yè)，2005，25（8）：498-499.