摘要：国内市场上基于丰田新海拉克斯平台开发的非承载式SUV车型具有越野能力强，载重量大，乘坐人数多等优点，可以做到跋山涉水如履平地。但是随着该车型的市场保有量逐步增大，逐渐有用户提出一些问题，转向轮轮胎偏磨就是对用户体验影响较大的其中一项。转向轮轮胎偏磨问题与底盘参数设定关联较大，本文从故障问题现象出发，探讨通过优化底盘参数改善产品性能的可行性。
关键词：偏磨，外倾角，轮胎，前束值
1、轮胎磨损与偏磨
车轮和轮胎都是汽车行驶机构中的重要组成部分，在使用过程中，轮胎除了正常磨损外，也会由于使用不当而出现不正常的磨损，轮胎的磨损跟众多的影响因素有关，例如过高或者过低的气压，车轮发卡，车轮运转不平顺等，当我们发现轮胎出现单边磨损，俗称“偏磨”的现象，一般是车辆的轮胎定位参数不良所致。
2、四轮定位对前轮轮胎的影响：
前轮定位包括主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角、前轮前束四个参数。
1）、主销后倾角
主销后倾角作用：在转向轮发生偏转时形成回正的稳定力矩，使车轮回到原来中间的位置，从而保证汽车稳定直线行驶[1]。过大的主销后倾角将导致驾驶员在转向过程中要在转向盘上施加较大的力（即产生转向沉重），过小的主销后倾角将会引起转向回正不足的问题。主销内倾角主要依靠上下摆臂的装配精度保证，无法四轮定位仪进行调整。
2）、主销内倾角
主销内倾角作用：一、使转向轮具有自动回正的作用。二、减少转向时驾驶员加在转向盘上的力，使转向操纵轻便。三、减小从转向轮传到方向盘上的冲击力[1]。过大的内倾角将在轮胎转向过程与轮面间产生较大的滑动，增加轮胎与路面间的摩擦阻力，导致转向沉重同时加速轮胎的磨损。主销内倾角主要依靠上下摆臂的装配精度保证，无法四轮定位仪进行调整。
3）、前轮外倾角。
转向轮外倾作用：一、消除车桥因承载变形而出现的车轮内倾、汽车轮胎的偏磨损问题；二、减轻路面对车轮的垂直反作用力沿轮毂的轴向分力对外端小轴承及轮毂紧固螺母的负荷；三、车轮有了外倾角后，可以与拱形路面相适应[1]。但是，过大的外倾角会使轮胎外侧胎肩产生偏磨损，而过小的外倾角会使轮胎内侧胎肩产生偏磨损。当左右转向轮外倾角不等，则会引起车辆向外倾角大的一边跑偏，并产生前轮摆动，加剧轮胎磨损
4）、车轮前束。
车轮前束作用：车轮在只有外倾角的作用下，就会做滚锥运动，但由于底盘机构的约束使车轮不可能完成滚锥运动，因而出现边滚边滑的现象增加轮胎磨损，前轮前束就是为了消除外倾带来的不良现象，保证轮胎磨损均匀 [1]。
5）、前轮外倾和前轮前束相互配合关系
前轮外倾和前轮前束均有正负值设定情况（图1，图2），轮胎在不同的外倾和前束下具有不一样的运动趋势：
当车轮只在正外倾角作用下，存在向外做圆锥滚动的运动趋势，反之，存在向内做圆锥滚动的运动趋势。
当只在正前束作用下，车轮存在具有向内做滚动的运动趋势，反之，车轮存在具有向外做滚动的运动趋势。
因此，要保证轮胎直线行驶，减少轮胎偏磨的情况，当车辆前轮外倾值设定为正值时，需要通过合适的正前束值约束抵消转向轮的向外滚开的趋势。反之，当车辆前轮外倾值设定为负值时，需要通过合适的负前束约束抵消转向轮的向内滚开的趋势。
3、检讨某车型四轮定位参数的情况：
选取售后市场反馈轮胎偏磨情况较多的某车型作为研究对象，该车型前轮定位参数如下表所示，前轮前束值设定为-2.6～3.4mm，前轮外倾值-10’ ～50’。两参数具有较大的正负值跨度区间，但是相互之间没有其他的约束条件，显然存在不合理的地方：假设，将前轮外倾值设定为30’，而前轮前束值设定为-1mm，此刻两参数数值均在设计要求范围内，符合出厂标准，但两参数的作用加大了转向轮向外做滚锥运动的趋势，转向轮外侧胎肩偏磨问题更加严重。
4、利用前轮前束与前轮外倾角的匹配关系
关于前束值与外倾角的匹配关系许多学者已做过广泛深入的研究，例如有文献{2}推算前轮前束和前轮外倾角的匹配关系应为：
式中；ｄ为测量前束处的轮辋直径。；r为转向轮轮胎名义外径；l为轮胎接地印迹长度；γ为外倾角；T为前束值
同时也有文献[3]指出该公式在匹配过程中缺少对车辆轴距和轮胎侧滚动的影响，存在不合理处。下面参考文献[3]综合考虑前轮在外倾和前束共同作用下的运动分析结论验算公式对我司新车型的四轮定位参数进行优化：
式中ｄ为测量前束处的轮辋直径。；r为转向轮轮胎名义外径；l为轮胎接地印迹长度；γ为外倾角；T为前束值；L为车辆轴距。
其中轮胎接地印迹长度l是受多种因素影响的参数，在计算过程中可以使用匈牙利学者G.Komandi推荐的半经验公式：
式中 D为转向轮轮胎名义外径；△为转向轮在垂直载荷作用下的径向变形量；C为系数（普通斜交轮胎C=7.22，子午线轮胎C=11.2）；K为系数，（K=0.0015B+0.42）；B为轮胎断面宽度；G1为转向轮垂直载荷；P为轮胎气压
5、样车计算和试验验证：
1）、前轮前束与前轮外倾角的匹配验算
为了验证前轮前束与前轮外倾角的匹配公式对某车型四轮定位优化的适用性，随机抽取某车型两不同基本参数的样车进行推算：
样车1转向轮胎径向变形量和轮胎接地印迹长度分别计算得：
将外倾角值分别代入计算得出前束值T1（见表3），T1对应的变化范围为-0.44～2.17 mm。
样车2转向轮胎径向变形量和轮胎接地印迹长度分别计算得：
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将外倾角值分别代入计算得出前束值T2（见表3），T2对应的变化范围为-0.47～2.28mm。
从以上的计算结果可以看出，两台样车的前束值T计算结果均在原参数范围内，设定范围更加精确，满足设计要求。
2）、样车实车路试和侧滑试验：
为了验算前轮前束与前轮外倾角的匹配计算结果是否满足实际路试结果，分别将两台样车根据外倾角和对应前束角进行四轮定位调整，并分别上试车道和检测线做路试试验和侧滑试验。从路试结果，两台样车直线行驶性良好，没有发现明显的形式跑偏问题，从检测线侧滑试验台实验结果，两台样车侧滑均小于2（ ），符合国标规定的前轮侧滑量不得超过5（ ）的标准[5]。
6、结论
①某车型前轮定位参数的设定中，对前轮前束与前轮外倾角之间缺少约束关系，在调整设定过程中存在一定的不合理性，是引起前轮偏磨的影响因素之一。
②利用前轮前束与前轮外倾角的匹配验算公式对我司新车型的轮胎尺寸、轮胎压力、车辆轴距等因素进行综合考虑，计算出的优化参数可满足新车型前轮定位需求，从路试和过线检验过程验证其合理性。
③利用前轮前束与前轮外倾角的匹配公式优化某车型前轮定位值达到解决轮胎偏磨的方案可行。
参考文献：
[1] 陈家瑞，汽车构造（下册）[M]，吉林工业大学，2005，
[2] 安部正人著，陈辛波译，汽车的运动与操纵[M]北京：机械工业出版社，1998
[3] 魏道高，陈雪琴，胡能俊等，车辆前轮前束值与外倾角合理匹配算法的商讨[M]，农业工程学报，2003，139～142
[4] 马骏，钱立军，汽车外倾角与前束值的合理匹配研究[J]，合肥工业大学学报，2012，25～27。
[5] GB/7258-2012机动车安全运行技术条件[S]。
论文作者:何健斌
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/6
标签：前轮论文; 倾角论文; 轮胎论文; 车轮论文; 磨损论文; 参数论文; 车型论文; 《电力设备》2017年第18期论文;