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车辆数据里有很多角度和尺寸,有轮胎角度,悬挂角度,车体尺寸,综合角度,等等……行驶时的车辆又有运动产生的角度。
上期讲的前束就是轮胎的角度,今天再聊聊轮胎另个一个角度:外倾角。
外倾角是车辆角度里面最基础角度,也是车辆最早涉及的。
外倾角是轮胎的角度,所以我们先说说轮胎。静止的轮胎有三个维度,每个维度都有一条轮胎中心线,如下图:
同样车辆也有三个维度,轮胎和车辆的轴向相同,X轴和Z轴组成的平面为车辆和中心面,X轴和Y轴组成的平面是车体平面,Z轴和Y轴为组成的平面为车辆横截面。车辆在运动时不同的力会让车辆围绕不同轴向旋转,我们称之为三个平移自由度和旋转自由度。
X轴方向为纵向运动,围绕X轴旋转为侧倾
Y轴方向为侧向运动,围绕Y轴旋转为俯仰
Z轴方向为上下运动,围绕Z轴旋转为偏航
这在后面会用到,大家先记住。
外倾角的定义
外倾角λ是指车辆中心面和轮胎中心面组成的夹角,如果轮胎上侧要比轮胎下侧距离车辆中心面更远,那此时外倾角为正,反之外倾角为负。我们称之为正外倾角和负外倾角,根据车辆运动学,相对于车辆中心面的外倾角与悬架弹性行程有关。如下图:
除了这样定义外倾角以外,对于汽车行驶状态有意义的定义是以重力铅垂线为基准或者说是以路面垂线为基准的外倾角。也就是轮胎Z轴线和铅垂线(路面垂直线)之间的夹角,相对于垂线,轮胎中心线上部远离车体,则为正外倾角,反之,轮胎中心线上部靠近车体,则为负外倾角。
如果车体中心面和铅垂线(路面垂线)平行,则外倾角在数值上是相等的。
大家可以看看下图外倾角为“+”,还是为“-”
图A
图B
图A为正外倾角,图B为负外倾角
车辆行驶时,车体上下回跳会造成外倾角的变化,这样对车辆行驶稳定行、转向不足和转向过度都有很大影响。这是因为轮胎会产生与路面相对应的外倾推力,外倾推力与侧滑角产生的侧向力合成为车辆转向的横力,因此,在考虑外倾变化与车辆特性的关系时,需要考虑对地面的外倾变化。
那车轮为什么要有外倾角呢?
如果轮胎要完美地放置在地面上,并且胎面上的磨损是对称的,则在行驶过程中产生的所有条件下,车轮都应具有零外倾角(即完全垂直于地面)。然而,由于条件极其多变,在某些特定情况下,必须承认正确设置正负外倾角的存在。
车轮外倾角是为了满足特定的需求而创造的,这些需求源于过去,最早可追溯到马车。在这些时期,车轮是大直径的,以克服崎岖不平的路面,保证通过性,同时,由于重量的原因,他们安装了辐条,连接到中央外轮毂(如下图):
但是这样的直上直下的垂直设计在装了重物1后,轮胎会向内倾斜,成为负外倾,而且当车辆横向移动时,辐条会受力更大,为了抵销横向力,这时变成了下图的情形:
这时由于倾斜的原因,当路过障碍物时,A和B的地方就很容易断裂,为了解决这个问题,将轮毂指向下方,使车辆的重量在垂直位置时位于辐条上(下图);同时,车轮的凹形保持了非常强的抵抗碰撞引起的侧面冲击的能力,并且由于车辆的重量产生的反作用力,车轮无法分离,固定在轮毂的内胎肩上。这样就变成了这样:
所以一直以来车轮上部向外倾斜就设定为正的外倾角。
但是,为什么现在的轿车大多为负外倾角呢?
哪些车为零外倾呢?为什么?
外倾会造成什么问题呢?
外倾到底调到多少合适呢?
当车辆颠簸时,悬架臂运动造成外倾如何变化呢?
……
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