汽車前輪側滑的原因分析與預防

鄭文源，劉晉麗（.陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 70043；.中北大學，山西 太原 03005）

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汽車前輪側滑的原因分析與預防

鄭文源1，劉晉麗2
（1.陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710043；2.中北大學，山西 太原 030051）

轉向輪側滑量是車輛性能檢測中的一個重要項目，其數值大小反映了轉向輪定位參數的準確程度，以及汽車直線行駛的穩定性。通過對汽車前輪在行駛中的受力分析，得出車輪定位參數中外傾角和前束值對汽車側滑量的影響關系，找出汽車前輪在行駛過程中側滑的原因以及調整前輪定位參數的方法。

前輪側滑；定位參數；車輪受力；側滑原因；外傾角；前束

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.051

CLC NO.: U472Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-155-03

1、前輪側滑

車輛在行駛過程中，由于前輪定位參數不合理，特別是車輪外傾角和前束值匹配不佳[1]，將導致每個定位參數產生的側向力不平衡（主要是外傾角產生的側向力和前束產生的側向力不平衡），使得汽車車輪在直線行駛時出現向左或者向右的偏移現象，即車輪側滑。它反映的是汽車直線行駛的穩定性。

側滑量過大時，會出現轉向沉重，自動回正作用減弱，方向明顯跑偏，車頭搖擺等現象。在對側滑量與輪胎磨損關系的定量分析后，得出磨損量和磨損速度與側滑量成正比。另外側滑量過大使得行駛阻力隨之增大，導致了燃油消耗的增加。

GB 7258-2012《機動車運行安全技術條件》中對前輪側滑量的合格范圍作出了明確規定，即不大于5m/Km[2]。車輛前輪側滑量的檢測是通過側滑檢測儀進行的。

2、側滑檢測原理

側滑檢測臺滑板的側向移動僅受滑板與支撐滾輪間摩擦力和滑板回位彈簧拉力的約束，當車輪通過滑板時，由前輪定位參數的偏差導致車輪自由滾動方向偏離實際行駛方向，只要所產生的側向力大于滑板與支撐滾輪間摩擦力和彈簧彈性恢復力之和，車輪向前滾動的同時便會帶動滑板側滑。輪胎與滑板間有足夠的側向附著力，因此輪胎不可能相對于滑板產生側向位移。側滑量大小則通過位移傳感器測出。

3、側滑原理

為了保證車輛在行駛過程中有靈敏的操縱性和可靠的穩定性，減少輪胎磨損。車輛在設計時將轉向輪與車橋之間的相對位置形成一定的角度，從而形成了不同的定位參數，稱之為“前輪定位”，通常包括4個方面：前輪外傾、主銷內傾、主銷后傾和前輪前束[3]。

由于前輪定位參數的存在，輪胎在行駛過程中并不是向正前方單純的滾動，而是邊滾動邊產生橫向滑移，進而形成轉向輪側滑。其中起主要作用的有2個參數：一是前輪外傾角引起的外傾側滑量，二是前輪前束角引起的外傾側滑量[4]。

當車輪具有正外傾角α0時，車輪會繞0點進行錐面轉動。傳動軸傳來的扭矩T1在輪胎與地面接觸點產生相切于外傾圓弧的力F1，F1可分解為豎直向前的分力F11和水平向外的分力F12，其中F11對地面的反作用力使得車輛向前滾動，F12對地面的反作用力使得車輛輪胎向外側滾動。

在實際運動中，由于有車橋的約束，車輪不可能向外滾動，那么向前運動的車輪就有向外側滾動的趨勢。當車輪通過滑動板時，存在于車輪與滑板之間的彈性附著力就會推動滑動板向內產生距離為L1的位移，即為正外傾角所引起的側滑分量。

由于存在前輪前束，因此形成了前束角β。由于前束角的存在，傳動軸傳來的扭矩T2在輪胎與地面接觸點產生平行于輪胎前進方向的力F2，F2可分解為豎直向前的分力F21和水平向外的分力F22，其中F21對地面的反作用力使得車輛向前滾動，F22對地面的反作用力使得車輛輪胎向內側滾動。

具有正前束角的車輪在前進時，車輪有向內滾動的趨勢，但因受到車橋的約束，在實際前進時，車輪不可能向內側滾動，但在通過滑動板時，由于車輪與滑動板問的附著作用，車輪就會推動滑動板產生向外側的距離為L2的位移，即為正前束角引起的側滑分量。

4、導致側滑的原因

汽車前輪定位參數失準是是導致側滑主要原因。前輪定位的作用就是保證汽車行駛的穩定性，其參數變化必然引起汽車跑偏、側滑。在路試過程中可以發現跑偏的方向不是固定不變的，而是時左時右的。造成的主要原因是：車架變形、懸掛系統損壞變形、前軸變形、轉向節松曠及前束調整不當等。另外在車輛嚴重超載的情況下，使車架變形、彈簧鋼板的弧度發生較大變化，也將造成前輪定位不正確，引起側滑[5]。

車輪與地面附著條件的差異也是導致側滑的原因。車輛行駛要求車輪與路面要有足夠的附著系數由于輪胎氣壓、輪胎不對稱磨損、輪胎單邊濕滑、路面泥濘、凹凸不平、偏斜等因素，汽車行駛時也將出現側滑[6]，這就要求我們在進行道路試驗時必須在平直、干燥、清潔、附著系數較高的水泥或瀝青路面上進行，以排除道路因素對汽車行駛側滑的影響。車輛胎壓過高、磨損過度，在道路路面不平、彎道、坡道或越過路拱時速度過快，在低附著系數路面上行駛時車輛與路面附著力大大減小，車輪承受側向力的能力急劇下降，此時只要很小的側向力就可能引起側滑。

5、故障處理

當側滑初檢超過規定值時，維修人員習慣把車開至車槽，然后調節橫拉桿，通過改變前束使側滑量達到要求。這種做法忽視了車輪外傾角對車輛性能的影響[7]。轉向輪側滑，實際上是轉向輪外傾角與轉向輪前束綜合作用的結果。如果只調整前束，而外傾角達不到原車設計要求。那么車輛滿載時前軸將因承載變形和各部間隙增大而出現車輪內傾。地面垂直反力使產生一沿轉向節軸向處的橫向分力，將使輪轂壓向輪轂外端的小軸承，降低了外端小軸承及輪轂緊固螺母的使用壽命，嚴重時還會使車輪脫出。因此，當車輛側滑量超過規定值時正確的調校步驟應是：

a.使輪胎氣壓符合規定值，保證輪胎花紋完整、左右輪胎磨損量正常。

b.檢查輪轂軸承、懸架、連接襯套是否松動。

c.檢查車輪外傾角、主銷內傾角及后傾角是否滿足設計初始要求。

d.檢查并調整前束，通過改變轉向梯形機構中的橫拉桿長度來實現。

e.對側滑進行復檢。直至符合標準。

6、根據已定的前輪內傾角計算前束值

汽車在平直的公路上直線行駛時，由于外傾角的存在使輪胎產生向外側偏移，前束的存在使輪胎向內側偏移。對同一車而言，若能選取適當的外傾角與前束角，即可使外傾角產生的側偏與前束角產生的側偏相互抵消，或者部分抵消，以達到較小的輪胎側向滑移，降低輪胎磨損的目的。

a.根據輪胎的特性合理地選擇前束[8-9]

這種選擇最佳前束方法的原理在于，當輪胎外傾存在所產生的外傾側向力與前束角存在所產生的內傾側向力相等時，即輪胎不產生橫向滑移，輪胎磨損最小。根據輪胎的特性，可用下式來計算前束角：

β——前束角；α0——外傾角；Kα——輪胎外傾剛度；Kβ——輪胎內傾剛度

該方法僅考慮輪胎的特性，沒有考慮使用條件，可供參考。

b.根據輪胎無橫向滑移量確定前束角與外傾角的合理匹配[8-9]

根據車輪定位參數與輪胎運動關系的理論分析知道，當輪胎只有外傾角α0，而前束角為零時，輪胎橫向滑移量為δα0，當輪胎只有前束角β0，外傾角為零時，輪胎橫向偏移量δβ0。

不同的輪胎特性具有不同的K值。當K值確定后,就可以計算出外傾角與前束的合理匹配關系。

c.根據輪胎接地印跡長度選擇前束值[10]

當輪胎的外傾剛度和內傾剛度未知時，也可用輪胎接地印跡長度來計算出外傾角與前束的合理匹配關系。該計算方法的原理是由于前束和外傾角是一對相互制約的因素，其正確取值應能保證汽車沿直線滾動向前行駛而無橫向滑移，通過幾何關系計算，得出下式：

式中：δ——前束值；γ——外傾角；D——輪胎直徑；rr——輪胎滾動半徑；L0——輪胎接地印跡長度。

7、結束語

汽車前輪定位參數中的前輪外傾角和前束值的調整對前輪側滑起著至關重要的作用。本文從受力角度分析導致側滑的原因以及正確的調整方法。最后，根據前輪外傾角和前束值相互制約的理論，從三個角度出發，得出前束值（或前束角）與前輪外傾角的關系公式，通過此公式可以簡單估算前束值，在實際設計和調整過程中起到一定的參考作用，簡化了調整前束的過程。

[1]劉陳光等.汽車前輪側滑量計算方法的研究[J].機械工程師，2015(1)：121-122.

[2]GB/7258-2012.機動車安全運行技術條件[S].

[3]余志生.汽車理論[M].北京：機械出版社，2009.

[4]門濤.汽車轉向輪側滑量不合格的原因分析[J].汽車維護與修理，2015(7)：78-80.

[5]武深秋.影響汽車側滑的因素[J].交通與運輸，2007(5):66.

[6]肖永清.汽車制動跑偏與側滑[J].客車技術與研究，2003(2).

[7]張小蘭.汽車側滑的檢測及故障處理[J].交通世界，2011(8):116-117.

[8]安相壁.車輪定位與輪胎磨損的關系分析[J].汽車研究與開發，2001(2)：30-32.

[9]尤明副.汽車四輪定位分析及檢測[J].汽車技術，2002(3):38-40.

[10]季喜軍，耿振江.現代汽車轉向定位參數的變化[J].山西交通科技，2001(1)：41-42.

Analysis and Prevention of Automobile Steering Wheels Skid

Zheng Wenyuan1,Liu Jinli2
（1.Shaaxi Heavy Duty Automobile Co.,Ltd,Shaanxi Xi'an 710043; 2.University of north,Shaanxi Taiyuan 030051）

The steering wheels skid testing is an important project of vehicle performance,its numerical size reflects the accuracy of the steering wheel alignment parameters ,as well as car straight running stability.By analysis of car driving the front wheels in stress ,obtained wheels alignment parameters including camber angle and toe-in affect the relationship between cars skidding and found car front wheels slip reason during driving and adjusting method of front wheels positioning parameter.

front-wheels skid; targeting parameters; wheels force; slip reasons; toe-in; camber angle

U472

A

1671-7988（2016）08-155-03

鄭文源（1989-），男，助理工程師，就職于陜西重型汽車有限公司，從事工藝技術工作。