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引言 | 这次,你准备死多少脑细胞?
近日,论坛里闹得沸沸扬扬的众泰T600吃胎事件,让大家开始聚焦众泰这个善于借(chao)鉴(xi)的中国品牌。
众多帖子显示,T600在一万公里内,甚至6000公里时,后轮胎就出现严重磨损的情况。根据现阶段的分析结果,媒体舆论纷纷将矛头指向后桥的车轮定位参数。
那么,究竟是不是车轮定位参数造成了后桥吃胎?吃胎的真正原因是什么?有什么解决办法?
车聚君愿意从以下技术角度来简析一下(如果感觉今天的文章过于烧脑了,请直接跳到文末,看车聚君对T600吃胎案例的解析)。
1车轮并非完全垂直于路面
大家在保养爱车时,4S店会检查四轮定位参数。利用车轮定位检测台,可以测量前后轮的定位参数。目前国内的主流车型, 一般检查和调整车轮前束、车轮外倾角和主销后倾角。通常在使用说明书中,标注有前后轮的定位参数。根据油箱油量以及车辆是否加载,该参数略有变化。
车辆实际行驶时,轮胎不是完全垂直于路面的。举个通俗易懂的例子。滑雪时为了保持平衡,人的双脚一般脚尖向内、脚跟朝外,同时腿部呈人字形。车轮也一样,车轮的前端向内,后端向外,称为前束;轮胎的上端向内,下端向外,称为负外倾(内倾)。把车轮的姿态想象成我们滑雪时双脚的姿势,就容易理解了。这样的车轮姿态,对抵抗侧向干扰、提高转弯时车辆的稳定有重要作用。
车轮不是100%垂直于路面行驶,就会增加轮胎的磨损。所以具体选取多少角度十分重要。下面,车聚君将以专业角度,详细介绍车轮前束、车轮外倾、主销后倾的作用和设计要求。
2前束V和前束角δV
前束,指左右两侧车轮轮辋前端与后端的差值,如下图中,V=b-a。前束角,是轮迹线(车轮平面与地面的相交线)和车辆纵向轴线的夹角。前束和前束角可以通过车轮轮辋半径换算。
负的前束,也可称为后束。
▲ 车轮前束和前束角
适当的前束(常见在0~50’以内),有以下优点:
▎车轮前束配合车轮内倾,可使轮胎内外侧的磨损均匀
车轮前束+车轮内倾(即:负的车轮外倾),是目前全球乘用车主流的设计理念。车轮前束,轮胎外侧磨损较多。下一节将介绍的车轮内倾,轮胎内侧磨损较多。所以两者配合合理,可以改善车轮的偏磨。如果大家的爱车,出现车轮偏磨严重的情况,很有可能是车轮前束或者外倾出现了问题,应尽快检测四轮定位参数。
▎提高车辆的行驶稳定性
车辆在行驶过程中,会受到侧向力的作用(比如侧风、转弯时的离心力等)。通过轮胎变形,地面对车辆提供一个反作用力,维持车辆的平衡。
对于轮胎、橡胶衬套等弹性元件,其刚度特性类似下图的曲线。当弹性件没有变形时,其刚度较低,可以提供的反作用力小。当弹性件有一定预变形,其刚度提高,可以提供较大的反作用力。所以车轮前束,使轮胎预先有一定的变形,当侧向外力施加到行驶中的车辆时,轮胎可以快速提供一个反作用力,保持车辆的稳定行驶。
▲ 弹性件刚度特性曲线
▎车轮跳动时,恰当的车轮前束变化,保证车辆实现不足转向特性
驾驶员打方向盘,保持一个角度。随着车速提高,如果车辆的转向半径R增大,称为过度转向;如果转向半径R减小,称为不足转向;如果转向半径R不变,称为中性转向。通常认为,操纵性良好的车辆,应具有适度的不足转向特性,保证车辆的行驶安全。
理想中的车轮前束,随车轮跳动(即弹簧拉伸和压缩)的变化,按照图3设计。当车辆右转向时,受离心力作用,左侧弹簧受压缩,右侧弹簧受拉伸。左前轮,弹簧压缩,左轮后束;右前轮,弹簧拉伸,右轮前束。前桥左右轮由于前束变化引起的转动,对车辆的转向有一定的抑制作用,车辆呈现不足转向特性。当后桥车轮前束随车轮跳动的变化与前桥正相反时,如下图曲线,可以使车辆进一步趋向不足转向。
在设计普通乘用车底盘时,工程师致力于实现车轮跳动过程中如图3的前束变化。
3前束V和前束角δV
车轮外倾角,指车轮平面与路面法向的夹角(下图所示)。外倾为正值,内倾为负值。负的车轮外倾角可以提高轮胎提供侧向力的潜力。但外倾或内倾会增加直线行驶时的轮胎磨损和滚动阻力,通过与车轮前束的配合,可以降低轮胎磨损。
如图5的车辆,向右转向。车辆受到向左的离心力,左侧车轮承受路面垂向作用力Fz大于右侧车轮。因此左轮提供侧向力Fz的潜力大于右侧车轮,重点考察左轮。左轮负的外倾角,使轮胎与路面间产生更大的侧向力Fy,保持车辆稳定行驶。因此目前多数乘用车采用负的车轮外倾角,常见的车轮外倾角为0~-2°。
▲ 车轮外倾角
▲ 车轮外倾角对车轮侧向力的影响
▎主销
车轮实际的转向,不是完全绕z轴,而是绕主销转动。与主销有关的参数较多,图6所示为与主销有关的运动学参数。
▎主销内倾角σ及其相关参数
主销内倾角σ,在y-z平面内,主销与地面法线z向的夹角。
主销偏移距rL,在y-z平面内,车轮接地面中心与主销延长线和地面交点的距离。当主销延长线和地面交点在车轮中心平面外侧,是负值。设计底盘时,尽量选择中性或者略微负值的主销偏移距,以便当两侧车轮制动力不平衡时,能够使车辆自动平衡。
图7所示,左轮位于冰雪路面(附着系数低),右轮在普通干燥路面上,进行制动。由于附着系数不同,右轮制动力远大于左轮制动力,车辆向右偏移。对于负的主销偏移距,普通路面上的右前轮,制动力与主销偏移距的乘积得到的力矩,使右前轮逆时针方向转动,抑制车辆向右的偏移,起到稳定车辆行驶姿态的作用。
实现负的主销偏移距,需要将主销靠近车轮中心平面,这将占据轮辋及制动盘的安装空间,空间布局存在一定难度。
▲ 主销偏移距的作用
在x-z平面内,主销后倾角τ为主销与路面法线z向的夹角。主销后倾偏移值no为,在车轮中心高度,主销与车轮中心的距离。设计主销后倾nK为,主销延长线与地面交点和车轮接地点中线的距离。
此外还有一个参数,轮胎后倾nR,指车轮接地点受横向力中心与z向的距离。由于轮胎变形,轮胎侧向力受力点在轮胎前进方向靠后的位置。
当车辆直线行驶时,如果车辆偏移,主销后倾会使车轮产生回正力矩,保持车辆直线前进。主销后倾越大,车辆直线行驶时,车轮回正性能越好;但与此同时,路面突如其来的侧向干扰对转向系统的影响也越显著。
4众泰T600后轮吃胎问题
通过不太清晰的网上照片,车聚君隐约感觉外侧轮胎磨损更为严重。这可能是车轮前束或者车轮外倾角过大引起的。
车聚君特地查阅了网上公布的众泰T600四轮定位参数。从这张表可以看到,前后轮的定位参数正常,属于通常的范畴。但该参数是在车辆空载时测量的。如真如网上部分车主所言,在4S调整了四轮定位参数、做了动平衡之后,轮胎磨损问题依然严重,那极有可能是车辆有乘员和物品后,载荷增加,后轮的前束和外倾角远离了空载的数值。
如果要解决这个问题,需要重新设计后桥结构,减小后轮跳动时,四轮定位参数的变化量。仅仅依靠目前免费更换轮胎的方法,治标不治本。
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