案例分析之四轮定位

车辆转向桥在保证汽车转向功能的同时，应使转向轮有自动回正作用，以保证汽车稳定的直线行驶。

即当转向轮在偶遇外力作用发生偏转时，一旦作用的外力消失后，应能立即回到原来直线行驶的位置。

这种自动回正的作用是转向轮的定位参数来保证的。

1.主销后倾角设计转向桥时，使主销在汽车的纵向平面内，其上部有一个向后的一个倾角，即主销轴线和地面垂直线在汽车纵向平面内的夹角。

1．1主销后倾角能形成回正力矩。

当主销具有正的后倾角时，主销轴线与路面交点将位于车轮与路面接触点的前面。

因此，车轮是从前方被拉着前进的，这个拉力减少车轮的干扰力，从而保持直线稳定行驶。

当汽车直线行驶时，若转向轮由于转向操作或受到外力作用而有偏转，这就产生了侧向力（如图示F2和F′2），它的方向正好与转向操作力及其它外力的方向相反。

这时，由于主销后倾角产生的拖距，这些侧向力起到围绕主销轴线旋转力的作用，T=F2×拖距L，驱动力（离心力）P越大，反作用力的分力（侧向力）F2也就越大，所产生的回正力矩T也就越大。

任何作用在销轴上的力都将使车轮偏转到与加力方向相同的位置。

在此力矩T作用下，将使转向轮回到原来的中间位置，从而保证车辆的直线行驶，故此力矩T称为稳定力矩。

但稳定力矩不宜太大，否则在转向时为了克服该稳定力矩，驾驶员要在转向盘上施加较大的力（即转向沉重），而且太大的主销后倾角会造成操作方向后回正太快。

因稳定力矩T的大小取决于主销轴线延长线与轮胎着地点之间力臂的长短（即拖距的大小）。

而力臂的长短以取决于主销后倾角的大小，现在一般采用的后倾角不超过2-3度，现代高速汽车则于轮胎气压降低，弹性增加，而引起稳定力矩增大，因此后倾角可以减小到接近于零，甚至于是负值。

一般情况下，车辆是向着后倾角较小的一侧跑偏。

1．2正的主销后倾角使左前心轴（转向节羊角）在左转向时向路面倾斜，这种转向节的向下运动会使轮胎压进地面，由于这是不可能的，所以左悬挂和底盘被升起，产生了一个使方向恢复回正的扭矩，由于这个扭矩的作用试图使车身回到水平位置并且保持车辆的直线行驶，保证了车辆的直线行驶的稳定性。

过大的正的主销后倾角增大了左转向时左前心轴（转向节羊角）向下倾斜，这增加了底盘的升高，因此过大的主销倾角增大了转向用力，即转向会沉重。

在右侧心轴也有同样的情况，只不过是右侧心轴向下倾斜。

过大的主销后倾角可能导致不平顺的行驶状况，因为主销中心线实际上可能是指向一些路面不平处的，在低速行驶时大的主销后倾角会导致前轮左右摆振。

小角度的主销后倾角或负的后倾角可减小这种情况的发生（提高低速平顺性）。

正的主销后倾角多用于大多数的前轮驱动的车辆。

一些厂家建议左前轮的正主销后倾角比右边的小一些平抵消由路拱引起的转向拉力。

如果主销后倾角用来抵消路拱的影响，两只前轮的外倾角应相同。

正的主销后倾角的重要性有以下几点：正的主销后倾角有助于前轮在转向后回到直线行驶的位置正确的主销后倾角能改善车辆的方向稳定性过大主销后倾角导致行驶不平顺过大的主销后倾角加剧前轮摆振左前轮可以调节的小点的主销后倾来抵消路拱的影响。

当后悬挂弹簧弹性减弱或车辆过载时，前轮的正的主销后倾角会变大，这就解释了为什么卡车严重过载时前轮可能发生摆振。

如果有人提高了后悬挂的高度并超过了厂家规定，前轮正的主销后倾角变小，这时前轮主销后倾角可能会由正变负或减小，这就解释了当后悬挂升高时，车辆的方向稳定性和控制性会降低的原因。

大多数前轮驱动的车辆采用麦弗逊式前悬挂并设置较小的正主销后倾角。

因此滑柱上支座向后倾斜。

对于这种悬挂，如果它的高度降低，后倾角变小。

升高则后倾增大。

负的主销后倾角无助于在转向后前轮的回正负的主销后倾角导致方向失稳并减弱对方向的控制负的主销后顷角消除了前轮的摆振负的主销后倾角减轻了传到悬挂与底盘的路面冲击。

2.主销内倾角（SAI）主销在汽车的横向平面内，其上部向内倾斜而产生一个角度，即主销轴线与地面垂直线在汽车横向平面内的夹角，称为主销内倾角。

2．1主销内倾角也有使车轮自动回正的作用。

当转向轴线向车辆中心倾斜并且车轮处于直行位置时，转向节的高度距离底盘最近。

由于重力的作用，这使得车辆的高度被降低，当转向轮在外力作用下同中间位置偏转一个角度时，每个转向节沿一条弧线运动，车轮的最低点将下陷入路面以下。

但实际上车轮下边缘不可能陷入路面以下，而是将转向车轮边同整个汽车前部向上抬起一个相应的高度。

这样，汽车本身的重量有使转向轮回到原来的中间位置的效应。

2．2因为转向轮以转向主销轴线为中心，以主销偏距为半径向左或向右转动。

转向阻力以偏距为力臂作用于主销轴线，产生一个阻碍转向的力矩，主销偏距越大，此力矩越大，即转向阻力也就越大。

主销的内倾还使得主销轴线与路面交点到车轮中心平面与地面交线的距离减小（即偏距减小），从而可减少转向时驾驶员加在转向盘上的力，使转向操纵轻便。

2．3主销内倾角可减小从转向轮传到转向盘上的冲击力。

如果偏距过大，由于驱动或制动的力就会在转向轴线周围产生一种扭矩，其扭矩的大小与偏距的大小成正比关系。

同时，对车轮施加的任何路面冲击都会使方向盘突然跳动或反冲。

这些现象可以通过缩小偏距量来得到改善。

如果汽车左右轮主销内倾角不同的话，行驶时，车辆将向内倾小（在偏距）的车轮一侧跑偏。

但这个距离不宜过小，即内倾角不宜过大，否则在转向时车轮绕主销偏转的过程中，轮胎与路面将产生较大的滑动，因而增加了轮胎与路面间的磨擦阻力。

这不仅使转向变得沉重，而且加大了轮胎的磨损。

因此，一般内倾角不大于8度。

主销内倾角是在前大梁设计中保证的，由机械加工来实现。

麦弗逊式悬挂有一个较大的主销内倾角（13-18度），比后轮驱动车辆的双横臂悬挂的内倾角（6-8度）大一些。

前轮驱动车辆需较大的主销内倾角以获得方向稳定性，主销内倾角较大即主销偏距较小（零或负），用以防止因刹车或驶过障碍路面造成的转向轮冲击传到方向盘，并减小因突然加速时的驱动力绕主销产生的力矩转向。

由于主销内倾角有助于维持前轮处在中间位置，因而它实际上减少了对大的正主销后倾角的需求。

3.车轮外倾角除了上述主销后倾角与主销内倾角两个角度保证汽车稳定直线行驶外，前轮外倾角也具有定位的作用。

车轮外倾角是通过车轮中心的汽车横向平面与车轮平面的交线与地面垂线之间的夹角。

车轮外倾角是轮胎磨损角之一。

在早期的汽车中，给正的车轮外倾，以便改善前桥的耐用性前使轮胎与路面成直角接触，以防止因道路中间比两边高而造成的轮胎不均匀磨损。

如果空车时车轮的安装正好垂直于路面，则满载时车桥将因承载变形而可能出现车轮内倾，这将加速汽车轮胎的偏磨。

另外，路面对车轮的垂直反作用力沿轮毂的轴向分力，将使轮毂压向轮毂外端的小轴承，加重了外端及轮毂紧固螺母的负荷，降低了它们的使用寿命。

因此，为了使轮胎磨损均匀和减轻轮毂外轴承的负荷，安装车轮时应预先使车轮有一定的外倾角，以防止车轮内倾。

但是，外倾角也不宜过大，否则会使轮胎产生偏磨损。

在高速行驶急转弯时，离心力促使车辆重心向转向外侧移动，车辆较多的重量转移到车辆的外侧的车轮，因而弯道外侧的前悬挂受压向下移而内侧向上提高。

这时，内侧轮的正外倾角减小而内边缘得以与路面较好地接触以阻止侧向打滑。

同时，外侧车轮向正外倾角更大的方向倾斜，这使车轮外边缘得以与路面较好地附着以阻止侧滑。

经常高速转向易使胎冠边缘磨损。

在现代汽车中，悬架和车桥的强度比过去的汽车都有要好，并且路面也平坦了很多。

结果是车轮定位正在趋向于零车轮外倾或负车轮外倾，事实上，负车轮外倾角更有利于车辆转弯时的操控性。

这是因为在车辆拐弯时总是伴有离心力，轮胎迫使车辆用比驾驶员想要的更大弧形转向，除非车辆能产生足够大的反力，这种反力叫做向心力，来平衡离心力。

这种向心力是由于轮胎与路面之间产生磨擦，由胎面变形和侧滑行产生的。

这种力叫侧向反作用力。

在向外倾轮胎施加垂直载荷时，在水平方向产生一个力，叫车轮外倾推力。

外倾推力对于负外倾的车轮时，是指向于车轮内侧的，而正外倾角的车轮是指向外侧的。

在转弯时，因为车辆偏倾于外侧，轮胎的外倾向正的方向变得更大，而对车辆内侧的车轮外倾推力就减小，并且侧向反作用力也减小。

因此在转弯过程中负车轮外倾能抑制轮胎的正外倾并有助于保持良好的侧向反作用力，即有利于车辆在弯道上的操控性能。

4.车轮前束车轮有了外倾角后，在滚动时就类似于滚锥，从而导致两侧车轮向外滚开。

由于转向横拉杆和车桥的约束使车轮不可能向外滚开，车轮将在地面上出现边滚边滑的现象。

从而增加了轮胎的磨损。

为了消除车轮外倾带来的这种不良后果，在安装车轮时，使两侧车轮的中心面不平行，两轮前边缘距离小于后边缘距离，这两个距离之差就称为车轮前束。

这样可使车轮在每瞬时的滚动方向接近于向着正前方，从而在很大程度上减轻和消除了车轮外倾角而产生的不良后果。

近年来随着负前轮外倾的不断普及及轮胎、悬挂性能的不断改进，设法抵消前轮外倾带来的不良已无必要。

前束的初始目的已变为确保车辆的直线行驶稳定性。

当车辆行驶在倾斜路面上时，车身就会倾向一侧，。

车辆将有向车身倾斜方向转向的趋势。

如果各轮的前端都转向内侧（前束）时，车辆试图按车身倾斜的相反方向运动。

结果是保持了车辆的直线稳定性。

如果前束过大，侧滑力会使轮胎有均匀磨损，如果后束过大，则难以保证直线稳定性。

5.前驱车辆的后轮外倾角和后轮前束在FF前置前驱的汽车上，后轮是从动轮，汽车的驱动力通过纵臂（大梁的纵梁）作用于后轴上，当汽车行驶时，在驱动力的作用下，后轴将产生一定弯曲，使车轮出现前张现象，而预先设置的前束角就是用来抵消这种前张的。

后轮外倾角有两个作用：1.由于外倾角是负值，可增加车轮接地点的跨度，增加汽车的稳定性。

2.负外倾角是用来抵消当汽车高速行驶且驱动力较大时，车轮出现的负前束（前张），以减少轮胎的磨损。

案例:题目：四轮定位在车辆跑偏中的影响一．故障现象：一辆HONDA 在行驶过程中偏右，且方向自动回正性能差。

二．故障诊断：接到此车后，首先对该车车主进行询问，得知次车在一次小事故中碰撞到右前轮，当时的情况是右前轮在与路基的接触中、严重起包，并且更换了右前轮。

先进行常规检查，轮胎气压，减震器，轮胎的尺寸都无问题，但前轮的轮胎内侧有偏磨的迹象。

然后去试车，结果同车主所描述的一样，这辆车在平整的路面上行驶时方向总是偏右，而且操纵方向盘时感觉有发飘感觉。

在这时维修人员提出先作四轮定位检查，车主同意了，检查结果如下：通过上表内的检测结果，维修人员判断右前轮的主销后倾角过小是造成车辆跑偏的原因，进而推该车在上次的碰撞中使右前轮的悬挂变形向后移动，使后倾角变小。

维修人员又测量了两侧的轮距，比较后发现右侧轮距比左侧小5mm。

三、维修方案：举起车辆，对车辆的底拦，特别是右前轮处进行检查，右前轮处的各部件似乎都没有损坏，对照以往的经验，维修人员决定减少左前轮主销后倾角来补尝右侧的损失，从而使两侧一致。