轻型客车行驶跑偏研究与分析

吴 帅，张振东，郁 强2

（1.上海理工大学机械工程学院，上海200093；2.上汽集团商用车技术中心，上海200438）

0 引 言

汽车行驶跑偏是指汽车在正常直线行驶时，驾驶员将转向盘自由地置于中间位置，而汽车行驶方向总是有规则地向右或向左偏离汽车纵轴线方向的现象。

一般汽车行驶跑偏容易导致零部件和轮胎磨损加快，油耗增加，动力下降，转向抖动发飘；严重时会导致爆胎，甚至车辆失控。故对整车行驶跑偏进行分析并采取相关措施降低跑偏发生概率是十分必要的。

Minitab（Mini+Tabulator=小型+计算机）是1972年美国宾夕法尼亚州立大学开发的产品，以菜单的方式构成，无需学习难度较大的命令文，只需拥有基本的统计知识便可使用。其图表支持良好，特别是与六西格玛关联，为持续质量改善和概率应用提供准确、易用的工具［1］。采用Minitab寻找变量之间的关系，可以得到比较准确的结果。

1 轻型客车行驶跑偏因素分析

目前，衡量汽车行驶跑偏没有详细的国家标准，通常测量的方法有两种：一是汽车在平坦直路上制动或是行驶1 000 m，最大的偏差在4～5 m以内可算正常；二是手力标准，为了维持车辆直线行驶需要施加的方向盘扭矩，一般小于0.45 N·m。

车辆行驶跑偏通常由车辆特性和外部因素构成，其中，车辆特性包括转向装置、四轮定位、车辆结构和轮胎四部分；外部因素包括轮胎气压、路面倾斜和风向，如图1所示。

1.1 轻型客车行驶跑偏特征

（1）以50～90 km／h速度行驶时跑偏比较明显，即中高速时跑偏明显；

（2）左右舵车型都跑偏，跟转向系无关；

（3）随车身生产精度变化而变化。

1.2 交换实验及结果分析

根据整车跑偏问题反馈和统计，进行交换试验，缩小原因查找范围，然后将不跑偏车辆和跑偏车辆进行底盘件与车身的互换，包括副车架、后桥、悬架。先换副车架，再换悬架，然后是后桥。

交换实验结果如表1：交换副车架、悬架、后桥后，跑偏车辆依然跑偏；正常车身交换到跑偏车辆后，跑偏车辆恢复正常。由此确定车身为跑偏问题源头。由于是刚下线的新车，尚未投入市场，故排除外部因素；由于左右舵车型都跑偏，排除转向装置因素；相同车型同时存在跑偏与不跑偏现象，与车辆结构无关；问题车辆车身换上正常车辆底盘件之后依然跑偏，故车身是跑偏的问题来源。

表1 交换实验结果

车身零部件安装尺寸最终会影响四轮定位参数，所以重点分析四轮定位对车辆行驶跑偏的影响；同时，基于逻辑常识，轮胎的状况也是行驶跑偏的一个重要影响因素，因而也进行了相应分析。

2 四轮定位与轮胎对行驶跑偏的影响分析

2.1 前轮前束

前轮前束是指车辆几何轴线与车轮中心线的夹角，作用是减小或消除因前轮外倾使前轮前端向外滚动所造成的不良后果。前束角与外倾角配合，可以降低车辆行进时对轮胎的磨损，补偿由于前轮外倾角的存在而使地面对轮胎产生的侧向力，使驾驶稳定［2］。前轮前束随着前轮外倾角的增大而增大，随其减小而减小。

2.2 前轮外倾角

前轮外倾角是车轮中心平面与垂直面间的夹角。外倾角与主销内倾角构成主销偏距。合适的主销偏距使车辆易于驾驶，既可以减小路面的冲击，又可以使方向盘有很好的回正能力。如果车轮上端向外倾斜即为正外倾角，可以减少转向时所需的力量，使转弯较为轻松，如果车轮上端向内倾斜，为负倾角，可帮助汽车抵抗转弯时的离心力。

2.3 主销内倾角

主销内倾角是指主销装在前轴略向内倾斜的角度，它的作用是使前轮自动回正。角度越大前轮自动回正的作用就越强烈，但转向时也越费力，轮胎磨损增大；反之，角度越小前轮自动回正的作用就越弱，因此这个主销内倾角有一个范围，约5°～8°之间［3］。

2.4 主销后倾角

主销后倾角是转向旋转轴与车轮轴中垂线的夹角。它使车辆转弯时产生的离心力所形成的力矩方向与车轮偏转方向相反，迫使车轮偏转后自动恢复到原来的中间位置上。由此，主销后倾角越大，车速越高，前轮稳定性愈好。但后倾角大也会令驾驶者转动方向盘费力，因此主销后倾角有一个范围，一般不大于3°［3］。有些轿车的轮胎气压低弹性大，行驶时轮胎与地面接触面中心向后移动，也会产生一种力矩，故后倾角可以减少，甚至变为负值，即主销前倾。

其中，主销内倾和主销后倾都可以使汽车转向自动回正，并保持直线行驶。不同的是主销内倾的回正作用与车速无关，而主销后倾的回正作用与车速有关，所以高速时主销后倾角的回正作用大，低速时主销内倾角的回正作用大。

2.5 轮胎锥度对跑偏的影响

锥度效应指在轮胎的滚动过程中，总有作用于其上的侧向力Fk使其偏离原来行驶方向的现象，新胎也有这种情况。

当车轮以一定的速度直线行驶时，锥形侧向力Fk力图使车轮向左或向右偏摆，超过一定值时，车辆就开始跑偏。驾驶员通过方向盘可以感觉到锥形侧向力Fk的存在，并需要始终校正方向盘，才能保持车辆直线行驶［4］。

轮胎供应商可以通过对轮胎进行锥度大小和锥度方向分级，在轮胎大头方向打空心或实心红色标，进行锥度区分，将相同锥度等级的轮胎装到同一辆车上，减少左右轮锥度的差异［5］。

2.6 轮胎残留转弯力对跑偏的影响

（1）残留转弯力：为了对抗路面倾斜而产生的横力，轮胎本身的结构必须能产生向左推的力，是对抗路面斜度唯一的力，这个力称为残留转弯力［4］。

（2）控制残留转弯力的方案：一款轮胎一旦设计完成，残留转弯力基本稳定。因此，每一种车型在批量投产以前，要根据车辆自身的特性和跑偏趋势，确定使用轮胎的残留转弯力。生产中车辆轮胎的残留转弯力已经确定，无法调整，为保证生产，必须通过控制前轮外倾差和后轮推进角，进行纠偏［6］。

3 某轻型客车行驶跑偏分析

3.1 车辆四轮定位设计参数

轻客四轮定位设计参数如表2所示。

表2 轻客四轮定位原设计参数

3.2 综合分析

轻型客车主要是在中高速时跑偏，通过对四轮定位各角度的分析，中高速时主销后倾角的回正作用较大，确定主销后倾角偏小是本次跑偏核心原因；加大主销后倾角，可以提高车辆高速行驶时的稳定性，但不宜过大，不然会使转向困难。

由于车辆设计过程是在引进车型消化吸收的基础上进行，有不少参数沿用原车设计，包括四轮定位角度。原版车设计时，主销后倾角较小，以满足转向轻便的要求。且原版车型所处生产环境、工装、设备、人员整体状况较好，可以保证生产精度，故原版车很少出现行驶跑偏现象。重新设计投产后，由于制造部门设备老化、维护保养不及时，很难保证生产精度，使主销后倾角原本被制造能力掩盖的设计偏小缺陷暴露。

轮胎锥度和残留转弯力，结合此次分析和抽检结果，并不存在问题，不作为整改对象。

主销后倾角设计偏小，加上制造精度不能满足设计要求，导致了车辆行驶跑偏的发生。

4 改进措施

经过分析，可以通过调整车身下球销中心点来改变主销后倾角。调整量与主销后倾角变化规律如表3所示。

表3 调整量与主销后倾角的关系

利用Minitab统计分析软件拟合散点，得到主销后倾角与车身下球销中心点变化量之间的关系，如图2所示。

图2 调整量与主销后倾角关系

车身下球销中心点调整量与主销后倾角之间是线性关系，通过调整其X方向位置来调整主销后倾角大小。最后，将右侧下球销中心点沿X方向调整3.5 mm，主销后倾角增加到1.75°。

更换生产线核心工位焊接工装，调整设备保养要求，加强员工培训。

经过以上措施之后，轻型客车跑偏概率降低到1%以内，达到生产要求。

5 结 论

（1）较小的主销后倾角，可以提升汽车转向轻便性和操纵稳定性，避免一部分转向不足，但会影响直线行驶稳定性；增大主销后倾角，可以提高车轮自动回正能力，提升高速行驶稳定性，但会使转向沉重。适当提高主销后倾角，可以减轻行驶跑偏；

（2）制造设备老化、维护不当影响制造精度，进而影响四轮定位参数，故在日常生产中，应该十分注意设备维护保养并做好定期检查；

（3）采用Minitab软件寻找变量之间的关系，可以为后续的参数调整、改进提供准确依据。

［1］何晓群，王作成.六西格玛管理与MINITAB软件［J］.中国统计，2005，（9）：41-42.

［2］柳 杨，刘红领，陈 伟，等.影响汽车跑偏的因素［J］.计算机辅助工程，2006，（9）：165-168.

［3］李秀玲，王东凤，贾玉芬.汽车行驶跑偏的原因探析［J］.制造业自动化，2011，33（2）：119-121.

［4］段晓静，崔 杰.轮胎的锥度和残留转弯力对汽车直线跑偏的影响［C］.郑州：第十届河南省汽车工程技术研讨会论文集，2013：385-386.

［5］李及春，王秀冰.汽车行驶跑偏与轮胎生产［J］.中外企业家，2013，（19）：173-174.

［6］沈逸敏.轮胎对汽车行驶跑偏的影响［J］.轮胎工业，2005，25（8）：498-499.