汽车前轮定位参数设计

孙飞豹，毋师平

(沈阳工学院，辽宁 沈阳 113122)



汽车前轮定位参数设计

孙飞豹，毋师平

(沈阳工学院，辽宁 沈阳 113122)

本文通过对汽车前轮定位参数力学分析，论述了前轮定位结构参数对直线行驶稳定性和操纵轻便性作用原理，进而明确了设置前轮定位参数的必要性，并给出了前轮定位参数的设计原则及限值。

前轮外倾；主销内倾；主销后倾；前轮前束

1 前言

汽车前轮定位参数对汽车直线行驶稳定性、行驶安全性、操纵性、转向轻便性及轮胎寿命影响极大，根据机动车相关标准,合理选择前轮定位参数及其结构形式、是实现整车综合性能设计优化的一个重要环节。

2 车轮外倾角α

车轮外倾角是车轮中心平面相对于垂直面的倾角。站在汽车前面向后看，如图1所示，车轮外倾角有正、负之分。较早的车辆常具有较大的正外倾角，其目的是保证车轮垂直于当时的表面弧度较大的单车道路面。商用车空车时车轮有外倾角要求，而当满载时由于前轴受载变形，车轮外倾角明显减小。

图1 汽车前轮定位参数示意图

在现代汽车上，前轮外倾角通常为0°或+1°以内的小角度。具有外倾角的车轮趋向于向其倾斜的方向滚动，从而产生一个侧向力(外倾侧向力)，它对转向车轮具有如下两个有益的作用：

(1)趋向于抵消由路面不平而作用到车轮上的不大的侧向力。

(2)在转向连杆系中施加一个小的侧向预加载荷，有利于消除其中的间隙。

因而，其总的作用是提高汽车直线行驶的稳定性。

3 主销内倾角β

主销内倾角β是前轮的旋转轴线(主销轴线)相对于垂直线的倾角，如图1所示。在非独立悬架前轴转向系统中，确实有主销存在，前轮在转向时就绕着它旋转，旋转轴线与主销的轴线重合。

但是在独立悬架转向系统中，不存在主销这个零件。采用不等长双横臂式悬架中，主销轴线是上、下球头销中心的连线；在麦弗逊悬架中，转向时车轮的主销轴线是减振器总成的上支点中心和悬架横摆臂球销中心的连线。

主销内倾角对改善汽车的操纵性是有利的。当转向轮绕倾斜的旋转轴线旋转时，汽车的前部被稍稍抬起，势能增大，有降低高度的趋势。这样就对转向轮施加一个回正力矩，而且这种趋势在汽车向前和向后行驶中都存在。在现代汽车中，主销内倾角的范围在6°～12°之间。

4 主销偏移距

主销偏移距是主销轴线与地面的交点和车轮中心线与地面的交点之间的距离，如图1所示。主销偏移距也有正负之分，如果偏移距在车轮中心线与地面交点的内侧，为正；如果在外侧，则为负。设计主销偏移距的主要目的是减小停车转向力。

在一些比较新型的汽车中采用负偏移距。其优点是在一个轮胎放气或左、右车轮上制动力不相等时，具有抵抗汽车改变行驶方向的能力。但当偏移距为正时，不具有这种特性。

当主销轴线与地面的交点和轮胎在地面上的印迹中心重合时，偏移距为零，这种转向称为中心点转向(其主销内倾角一般不小于10°而当偏移距为负时，主销内倾角更大)。

中心点转向的一个重要优点在于制动力和驱动力(在转向驱动桥情况下)对主销轴线均无转矩作用，因为它们都通过轮胎在地面上的印迹中心。其缺点在于停车转向阻力较大。

5 主销后倾角γ

主销后倾角γ是转向车轮的旋转轴线相对于垂直线(从汽车侧面看，如图1所示)的倾角。主销后倾角也有正、负之分。正的主销后倾角的作用是使主销轴线与地面的交点位于轮胎接地印迹中心之前，二者之间的距离称为机械拖距。汽车在转向时，转向车轮上作用有侧向力，引起弹性轮胎出现侧偏角。地面对轮胎作用的侧向力的合力作用点位于轮胎的地面印迹中心之后。侧向力合力作用点与轮胎的地面印迹中心的距离，称为轮胎拖距。

在现代装有子午线轮胎的车辆上，其主销后倾角的范围大致为-1°～+3°，也有采用+6°的。但在后置发动机的汽车中，由于前轮负荷较轻，轮胎拖距较小，为提供足够的回正力矩，往往采用更大的主销后倾角。

6 前束和反前束

在汽车的俯视图上，如图1所示；反前束使两个前轮的中心线向汽车前方发散。在实际中，前束和反前束是用在车轮轮辋最前点和最后点之间的距离之差表示，一般为0～5mm。

在前轮不是驱动轮时，往往设置前束。

对前轮驱动汽车，当主销偏移距为正时，往往设置反前束。

7 结束语

正确的前轮定位参数设计具有以下特点；保证可靠地承受车轮所受的各种力和力矩,使转向轮受干扰后回正能力强、响应快速、运动稳定，操纵轻便并减轻轮胎的磨损。转向轮的摆振应尽可能小，以保证汽车的正常、稳定行驶。对前轮驱动汽车，当主销偏移距为正时，应设置反前束。

[1] 余志生主编.汽车理论(第5版)[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2] 刘惟信主编.汽车设计[M].北京：清华大学出版杜，2001.

孙飞豹(1959.4-)，男，汉族，辽宁沈阳人，高级工程师(副教授)，本科，沈阳工学院，研究方向：汽车设计，汽车操纵稳定性研究，汽车理论教学 毋师平(1959.12-)，女，汉族，辽宁丹东，教授，本科，辽宁广播电视大学丹东分校，研究方向:机械结构优化设计、机械设计理论教学。

TH122

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1671-1602(2016)20-0075-01