汽车前轮侧滑的原因分析与预防
郑文源;刘晋丽
【摘 要】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.%转向轮侧滑量是车辆性能检测中的一个重要项目，其数值大小反映了转向轮定位参数的准确程度，以及汽车直线行驶的稳定性。通过对汽车前轮在行驶中的受力分析，得出车轮定位参数中外倾角和前束值对汽车侧滑量的影响关系，出汽车前轮在行驶过程中侧滑的原因以及调整前轮定位参数的方法。
【期刊名称】《汽车实用技术》
【年(卷),期】2016(000)008
【总页数】3页(P155-157)
【关键词】前轮侧滑;定位参数;车轮受力;侧滑原因;外倾角;前束
【作 者】郑文源;刘晋丽
【作者单位】陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710043;中北大学，山西 太原 030051
【正文语种】中 文
汽车跑偏【中图分类】U472
10.16638/jki.1671-7988.2016.08.051
CLC NO.: U472　Document Code: A　Article ID: 1671-7988(2016)08-155-03
车辆在行驶过程中，由于前轮定位参数不合理，特别是车轮外倾角和前束值匹配不佳[1]，将导致每个定位参数产生的侧向力不平衡（主要是外倾角产生的侧向力和前束产生的侧向力不平衡），使得汽车车轮在直线行驶时出现向左或者向右的偏移现象，即车轮侧滑。它反映的是汽车直线行驶的稳定性。
侧滑量过大时，会出现转向沉重，自动回正作用减弱，方向明显跑偏，车头摇摆等现象。在对侧滑量与轮胎磨损关系的定量分析后，得出磨损量和磨损速度与侧滑量成正比。另外侧滑量过大使得行驶阻力随之增大，导致了燃油消耗的增加。
GB 7258-2012《机动车运行安全技术条件》中对前轮侧滑量的合格范围作出了明确规定，即不大于5m/Km[2]。车辆前轮侧滑量的检测是通过侧滑检测仪进行的。
侧滑检测台滑板的侧向移动仅受滑板与支撑滚轮间摩擦力和滑板回位弹簧拉力的约束，当车轮通过滑板时，由前轮定位参数的偏差导致车轮自由滚动方向偏离实际行驶方向，只要所产生的侧向力大于滑板与支撑滚轮间摩擦力和弹簧弹性恢复力之和，车轮向前滚动的同时便会带动滑板侧滑。轮胎与滑板间有足够的侧向附着力，因此轮胎不可能相对于滑板产生侧向位移。侧滑量大小则通过位移传感器测出。
为了保证车辆在行驶过程中有灵敏的操纵性和可靠的稳定性，减少轮胎磨损。车辆在设计时将转向轮与车桥之间的相对位置形成一定的角度，从而形成了不同的定位参数，称之为“前轮定位”，通常包括4个方面：前轮外倾、主销内倾、主销后倾和前轮前束[3]。
由于前轮定位参数的存在，轮胎在行驶过程中并不是向正前方单纯的滚动，而是边滚动边产生横向滑移，进而形成转向轮侧滑。其中起主要作用的有2个参数：一是前轮外倾角引起的外倾侧滑量，二是前轮前束角引起的外倾侧滑量[4]。
当车轮具有正外倾角α0时，车轮会绕0点进行锥面转动。传动轴传来的扭矩T1在轮胎与地面接触点产生相切于外倾圆弧的力F1，F1可分解为竖直向前的分力F11和水平向外的分力F12，其中F11对地面的反作用力使得车辆向前滚动，F12对地面的反作用力使得车辆轮胎向外侧滚动。
在实际运动中，由于有车桥的约束，车轮不可能向外滚动，那么向前运动的车轮就有向外侧滚动的趋势。当车轮通过滑动板时，存在于车轮与滑板之间的弹性附着力就会推动滑动板向内产生距离为L1的位移，即为正外倾角所引起的侧滑分量。
由于存在前轮前束，因此形成了前束角β。由于前束角的存在，传动轴传来的扭矩T2在轮胎与地面接触点产生平行于轮胎前进方向的力F2，F2可分解为竖直向前的分力F21和水平向外的分力F22，其中F21对地面的反作用力使得车辆向前滚动，F22对地面的反作用力使得车辆轮胎向内侧滚动。
具有正前束角的车轮在前进时，车轮有向内滚动的趋势，但因受到车桥的约束，在实际前进时，车轮不可能向内侧滚动，但在通过滑动板时，由于车轮与滑动板问的附着作用，车轮就会推动滑动板产生向外侧的距离为L2的位移，即为正前束角引起的侧滑分量。
汽车前轮定位参数失准是是导致侧滑主要原因。前轮定位的作用就是保证汽车行驶的稳定性，其参数变化必然引起汽车跑偏、侧滑。在路试过程中可以发现跑偏的方向不是固定不变的，而是时左时右的。造成的主要原因是：车架变形、悬挂系统损坏变形、前轴变形、转向节松旷及前束调整不当等。另外在车辆严重超载的情况下，使车架变形、弹簧钢板的弧度发生较大变化，也将造成前轮定位不正确，引起侧滑[5]。
车轮与地面附着条件的差异也是导致侧滑的原因。车辆行驶要求车轮与路面要有足够的附着系数由于轮胎气压、轮胎不对称磨损、轮胎单边湿滑、路面泥泞、凹凸不平、偏斜等因素，汽车行驶时也将出现侧滑[6]，这就要求我们在进行道路试验时必须在平直、干燥、清洁、附着系数较高的水泥或沥青路面上进行，以排除道路因素对汽车行驶侧滑的影响。车辆胎压过高、磨损过度，在道路路面不平、弯道、坡道或越过路拱时速度过快，在低附着系数路面上行驶时车辆与路面附着力大大减小，车轮承受侧向力的能力急剧下降，此时只要很小的侧向力就可能引起侧滑。
当侧滑初检超过规定值时，维修人员习惯把车开至车槽，然后调节横拉杆，通过改变前束使侧滑量达到要求。这种做法忽视了车轮外倾角对车辆性能的影响[7]。转向轮侧滑，实际上是转向轮外倾角与转向轮前束综合作用的结果。如果只调整前束，而外倾角达不到原车设计要求。那么车辆满载时前轴将因承载变形和各部间隙增大而出现车轮内倾。地面垂直反力使产生一沿转向节轴向处的横向分力，将使轮毂压向轮毂外端的小轴承，降低了外端小轴承及轮毂紧固螺母的使用寿命，严重时还会使车轮脱出。因此，当车辆侧滑量超过规定值时正确的调校步骤应是：
a.使轮胎气压符合规定值，保证轮胎花纹完整、左右轮胎磨损量正常。
b.检查轮毂轴承、悬架、连接衬套是否松动。
c.检查车轮外倾角、主销内倾角及后倾角是否满足设计初始要求。
d.检查并调整前束，通过改变转向梯形机构中的横拉杆长度来实现。
e.对侧滑进行复检。直至符合标准。
汽车在平直的公路上直线行驶时，由于外倾角的存在使轮胎产生向外侧偏移，前束的存在使轮胎向内侧偏移。对同一车而言，若能选取适当的外倾角与前束角，即可使外倾角产生的侧偏与前束角产生的侧偏相互抵消，或者部分抵消，以达到较小的轮胎侧向滑移，降低轮胎磨损的目的。
a.根据轮胎的特性合理地选择前束[8-9]
这种选择最佳前束方法的原理在于，当轮胎外倾存在所产生的外倾侧向力与前束角存在所产生的内倾侧向力相等时，即轮胎不产生横向滑移，轮胎磨损最小。根据轮胎的特性，可用下式来计算前束角：
β——前束角；α0——外倾角；Kα——轮胎外倾刚度；Kβ——轮胎内倾刚度
该方法仅考虑轮胎的特性，没有考虑使用条件，可供参考。
b.根据轮胎无横向滑移量确定前束角与外倾角的合理匹配[8-9]
根据车轮定位参数与轮胎运动关系的理论分析知道，当轮胎只有外倾角α0，而前束角为零时，轮胎横向滑移量为δα0，当轮胎只有前束角β0，外倾角为零时，轮胎横向偏移量δβ0。
令；则有：。
不同的轮胎特性具有不同的K值。当K值确定后,就可以计算出外倾角与前束的合理匹配关系。