在传统结构的汽车上,转向轮、转向节、转向桥三者之间的相关几何角度位置称“前轮定位”。它包括主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角、前轮前束等四个内容,而后轮无定位角度内容。其目的是保证汽车稳定直行、转向轻便、减小轮胎的磨损和行驶的安全性。这种传统的理念,流传了几十年。随着高速公路的出现,汽车已进入高速化、电控化、高档化的技术领域,先进的结构内容,日新月异的变化,车轮的定位内容和相关参数,发生了质的变化。乘用车率先突破旧传统观点,“反其道而行”的新理念,随着行业的发展而刷新。为此,汽车界人士,知识必须更新,不能用“老皇历“过日子了。
一、当代乘用车底盘的结构特点
当代乘用车除电控化的结构内容外,其底盘的结构内容和使用性能,有下述特点。
①车速高、轮速高一与地面间的相对运动速度高,存在急起步、急加速、急转向、急制动等“四急工况”,对汽车的操纵性、稳定性和安全性要求高。不仅前轮有定位内容,后轮也有定位内容,要求“四轮定位”的差值应小于30'。
②轮胎宽而软,一横向的、纵向的、径向的弹性变形量大,对汽车的操纵性、稳定性、安全性影响力度大,轮胎的磨损量和偏磨损量也加大(如:前轮摆振等)。
③前轮多采用独立悬架—“麦克弗逊式”(MacPherson)独立悬架,它是依靠悬架系统中的杆件几何形状,来获得合理的定位角度。因定位件和连接件及球关节多,在使用过程中磨损、松叭变形量加大,正确的几何定位角度易失准(如:行驶跑偏问题)。
④悬架弹簧软—车桥和车身相对位置变化量大,因其间是转向系统的杆件和球关节件连接,相互间的运动干涉量大,对使用性能的影响力度大(如:点刹车前轮摆振问题)。
⑤独立悬架的主销轴线不是实体,螺旋弹簧的上支点与下摆臂球头销的连线(图1),它是转向轮的实际转动中心线,与减振器的中心线不重合,但与万向节的球心重合,以防运动干涉。
⑥有转向助力系统一阵专向轻便问题可保证。前轮定位参数可以打破常规,朝着更有利的功能要求方向发展(如:主销大内倾问题)。
⑦多系前轮驱动—转向加驱动合为一体后,可使汽车的操纵性和稳定性有较大的改善,转而可使其他性能得到更合理的满足(如:车轮负外顷问题)。
二、乘用车四轮定位参数
两例乘用车四轮定位参数的对比如表1所示。
三、当代乘用车“四轮定位”的特点
1.主销后倾角(Y)小,有的为负值
(1)定义
主销后倾角(Y)如图2所示,即主销轴线与地面垂线的后倾角。
(2)目的
主销后倾角(Y)的设计目的如下。
①直行稳定----由于主销的后倾,轮胎的转点A在前、力点日在后,行驶中,产生向后的拉力,若外力使车轮偏转时,能自动回正。
②转向后回正----车轮转向后,由于离心力的作用,在力点处产生地面反作用力Y,进而产生回正力矩M=Y×L+△L,方向盘即自动回到中立位置。
(3)原理分析
主销后倾角(Y)的原理分析如下。
① 向时车速愈高、离心力愈大,地面反作用力Y愈大,附加力臂△L愈大,回正力矩M也愈大。
②回正力矩M不是愈大愈好,过大了会使方向盘回正过猛而打手,进而加大了前轮摆振。
③前轮驱动化后,稳定性己经提高。又因低压胎弹性变化量大,附加力臂△L大,弹性稳定效应大,主销后倾角可以减小或为负值。
④主销后倾角的获得,是依靠转向节正确的安装位置来保证,一般不能调整,只能换件维修。
2.主销内倾角(因大,有的阻力臂(e)为负值
(1)定义
主销内倾角(β)如图3所示,即主销轴线与行驶垂面的内倾角。
(2)目的
主销内倾角(β)的设计目的如下。
①直行稳定----由于主销的内倾,转向时前桥将被抬起,前桥车重的势能作用,可使前轮复位回正,保证了低车速、小转弯时前轮回正直行。
②转向轻便—使阻力矩的力臂(e)减小,转向轮呈锥体转动,一般(e)为+30~40mm,转点在垂线内为正值;转点在垂线夕伪负值。力臂(e)又叫“揉搓半径,Serub Radius,可见,加大内倾角使力臂(e) 愈小愈好,即为锥体转动。
(3)原理分析
主销内倾角(β)的原理分析如下。①内倾角加大,转向轮的回正作用好。但会使前桥垂直位移量加大,在大转角转向时沉重,对于无转向助力的汽车是不利的。“揉搓半径”e的减小,还有利于减小轮胎的磨损,它们是相互矛盾的两个方面,有利有弊。②当前乘用车多采用大内倾角(10°~15°),其力臂多为负值(-e),即转点在垂线之外,-e多为-10mm。这是为了提高行驶安全性和制动效能,即保持前后桥制动力比值不变,和提高附着力的利率,多采用双管路对角排列的制动管路系统。为了防
止一条制动管路损坏,不产生“制动跑偏”,和一侧驱动轮滑转或爆胎,失去了牵引能力,不产生“行驶跑偏”等危险事故。此时,完好车轮的一边产生抗偏力矩M=Fb×(-e);或M=Ft×(-e)。起到了方向盘不必转动,自动保持直线行驶的功能。可见,-e的存在挽救了不少的生命,国夕汉叫它为“安全半径”(ReliefRadius)。如果发生了上述危险事故,应把握好方向盘,缓慢减速停车,保证安全无恙。主销内倾角(β)的工作原理如图4所示。