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车子的四个轮子到底有哪些“位”需要“定”? Top
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文:沈博

不知道什么原因,很多地方一提到四轮定位就会祭出一大堆专用名词(前束外倾角主销外倾主销内倾),让人感觉高深莫测复杂非凡,问题被搞复杂后可能借以显示自身的专业性吧,也许就真的不明就里而人云亦云了。一辆汽车有4个车轮,对它们的滚动定位姿态,只要不故意往复杂里面整,描述起来就会相当地简单。其实只有2个参数:一个是轮子沿车子前进方向的偏离度,另外一个是沿地面垂直方向的倾斜度。仅凭这2个参数就能唯一确定轮子的三维滚动姿态。简单地说,四轮定位的关键目标就是汽车轮子滚动姿态的调整。即通过对汽车轮子的这2个重要工作角度调整,使得汽车正常行驶时四个轮子具有正确的滚动姿态。

轮子沿前进方向滚动姿态的定位参数:“滚动偏移度”

无论是何种汽车,要能够正常行驶,一个最基本的保证是汽车的前进方向同轮子的滚动方向是一致的。为了满足这一点就必然要求:汽车在直行时左右车轮在前进方向上互相平行。这样当汽车正常向前行驶时,轮胎着地面将承受正常的滚动摩檫力。如下图所示:轮胎的滚动方向同汽车的前进方向保持一致。由于轮胎橡胶都可以较好地应付正向滚动摩擦,使得轮胎具有很高的使用里程寿命(例如V级轮胎的正常使用寿命可以超过7万公里,而H级这种高耐磨的轮胎甚至可以跑到9万公里)。

但是如果左右轮子不平行的话会出现什么结果呢?会导致必然会有轮子的滚动方向同汽车行驶方式不一致,出现滚动偏移度(可以量化成滚动偏移角或简称为推力角)。这样由原本正常的向前滚动摩擦外,轮胎还要承受侧向的滑动摩擦。滑动摩擦会极大加速轮胎胎面的磨损,内耗汽车的推力(费油)。沈博这里要强调的是初中物理课本里面的知识(见下图),造成轮胎快速偏磨的元凶就是这个可怕的侧向滑动摩擦。

下图(a)中左边车的是2个前轮距前大后小的一个例子:正常行驶时候会发生右前轮朝右跑,而左前轮朝左跑的滚动趋势。图(b)中2个前轮的滚动偏移度同图(a)中正好相反。而左后轮同样也出现朝滚动左偏的情况。

此时由于左右轮子朝着不同方向前进,轮子又被车轴悬挂强拽着不让分开,这样轮胎表面除去正常的滚动摩擦以外,还会出现侧向的滑动摩擦。对于轮胎来说,可怕的滑动摩擦会快速消耗轮胎胎面橡胶,从而出现各种轮胎偏磨或跑偏问题了。

当然轮子发生轻微滚动偏移的时候,轮胎自身可以通过胎侧变形和胎面花纹扭曲退让来适配减小侧向滑动摩擦,但对于一些比较扁平比小的扁胎来说就不会那么幸运,侧向滑动摩擦会加剧轮胎的侧滑和偏磨。那么能不能发明一种可以完全克服侧向滑动摩擦的轮子呢?沈博告诉你真的还有一种叫麦克纳姆轮的汽车轮子可以同时提供正向和侧向的滚动能力(不属于本文范畴暂就不展开了)。

轮子沿地面垂直方向的定位姿态参数:“垂直倾斜度”

汽车在行进过程中,为了行驶的稳定性,轮子并不是完全垂直于地面的。对于普通乘用车来说,下图中表明正确的车轮垂直倾斜都是向里倾斜的(也就是一般定位数据所表述的“负外倾”)。在轮子的这2个姿态参数中,垂直倾斜度会给汽车驾驶及操控带来更多体验,而对于轮胎的磨损和节油方面的影响较弱。

很多车主不明白轮子垂直倾斜的道理,从车子后面看后轮是一个“外八字”。就主观地认为轮胎内侧偏磨都是这个“外八字”做的孽,然后就拼命地想办法去调整垂直倾角。其实外八字是汽车固有设计的。当年有一个叫白努力的丹麦人,他从机械能守恒(动能+重力势能+压力势能=守恒量)原理(高中物理知识)推导出的白努力方程,被后人巧妙运用在汽车垂直倾角设计上。当车子行驶时会有一个气动升力,车子越快气动升力也越大,这个时候车轮垂直倾角就会减少,轮子就立起来,从而抵消上升力使车身更稳定。

但是如果轮子沿前进方向存在较大的滚动偏移,那么再叠加上过大的垂直倾斜度就会导致轮胎表面的磨损更加严重,同时还会出现波浪形跳花磨损、胎面挖坑等各种奇怪的表象。同时方向盘会不正,憋劲有僵死的感觉。驾驶操控上可能会感觉车子跑偏、车身发飘、抖动等,过坑时方向盘晃动厉害等。

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